物联网技术在智能电网中的应用研究

2022-11-10白雪杰郭雷岗姜丽鸽

物联网技术 2022年3期

白雪杰，郭雷岗，姜丽鸽

（1.平高集团储能科技有限公司，天津 300304；2.郑州电力高等专科学校，河南郑州 450000；3.河南平高电气股份有限公司，河南平顶山 467000）

0 引言

随着计算机信息技术和网络技术的快速进步，物联网技术已广泛应用于社会生产生活的方方面面，各行业也在不断挖掘物联网技术的内在潜力，有力推动我国产业改革和升级工作的发展。物联网技术与各行业的结合已成为当今时代的重要发展潮流。近些年，随着人们生活水平的不断提升，人们对供电质量和总量的要求也在不断提高，相关企业和主管部门正不断加大力度完善能源供应体系和供电系统，供电系统可持续发展更是成为电力行业亟需解决的重要难题。物联网技术与智能电网技术的有效融合，可充分展现物联网技术在数据信息收集以及资源综合利用层面的优势。这些数据信息的采集和分析，可有效提高智能电网的运转水平，满足复杂多元化的供电需求，实现智能化供电的最佳效果。

1 物联网技术概述

物联网技术是一门复杂学科，其不单指某一项技术，而是不同技术的融合。物联网技术将不同学科融为一体，如电子信息、生物科学、机械等。在传统模式下，这些技术毫不相关，而物联网技术却可将这些技术的优势综合利用、完美结合，构成AI智能机器人等全新技术。因此，物联网技术可实现人与物、物与物之间的有效交流，技术人员在对其进行开发和优化后，可适用于各类社会生产和生活场景，进一步改善人们的生活质量和生产效率。因此，物联网技术的场景适应能力很强，对社会生产力的提升更是十分明显，其市场前景十分广阔。

现阶段，因物联网技术自身具有的高度兼容性与发展空间，尚未对其形成明确定义，人们只是笼统地把信息技术与其他产业技术结合后的产物叫做物联网，而实际融合的技术资源以及对应的产业类别却是千变万化。通过物联网技术可对相关设备和物体进行扫描，获取与其相关的各类数据信息，进而让信息技术与物体连接成为可能，辅以数据交换以及远程操作等手段，可进一步提高人与物、物与物的交互效率。

2 物联网技术与智能电网

近些年，电网智能化发展已成为整个供电系统管理工作的重要趋势，产业工作者为提高整个供电系统管理智能化水平和安全系数，也在不断尝试更多的新兴技术。物联网技术可为智能电网建设的有效开展提供技术支持，而物联网技术与智能电网的结合又被称之为电力物联网。电力物联网借助信息传感设备以及分布式识读设备，可搭建人与电力机电设备实时沟通协作的网络架构。电力物联网强调对不同元素以及具体行为的感知和识别，并将这些行为联系到一起，最终实现电力网络智能化控制目标。电力物联网功能主要体现在三个层面，分别为感知层面、网络层面和应用层面。感知层面可完成感知控制和通信延伸等操作要求，并可对各类元素的信息进行收集。网络层面承担数据传递以及数据安全保障，在智能电网内部保障数据信息安全是一项工作难点，而电力物联网会借助电力通信网络完成数据信息的传递以及对各类机电设备的控制。应用层面主要涵盖各类基础设施、中间件以及各类应用服务等，通过这些资源可对感知过程采集到的数据进行分析与处理，满足可视化需求，充分发挥物联网技术在智能电网中的应用优势。

3 物联网技术应用的关键点

3.1 网络通信技术应用

物联网技术的核心要点在于不同元素之间的信息交流，因此信息资源的传递和沟通效率就成为评价物联网技术应用水平的关键指标。与物联网技术相关的网络通信技术类型有很多，如交换技术、无线技术和网关技术等，这些技术的优化和发展也是提高物联网技术场景适应能力的基础。网络通信技术中，M2M技术是一种机器对机器的信息技术，这种技术可在控制系统与机器设备之间创建一条科学的沟通渠道。因此，M2M技术的应用会进一步改善物联网技术的应用水平。配合使用WiFi技术等近距离数据信息传递手段以及GPRS技术等远距离数据传输技术，可进一步减少M2M技术的应用限制。现阶段，M2M技术仅局限于机器与机器的沟通，这让技术应用受到很大限制，技术人员应加大M2M技术在各类行业的渗透，加快发展短程信息无线交换技术，进而推动物联网应用开发工作的升级和创新。

网络通信技术可为物联网创建一条稳定可靠的数据交换桥梁，而各类物联网技术应用也同样离不开信息通信系统的支持。因此，针对网络通信技术进行优化，是保障物联网技术可持续发展的重要前提，也使物联网向社会生产生活更深层次融合成为可能。

3.2 传感器技术

传感器承担数据信息收集工作，数据采集又是物联网技术得以应用的前提。随着科学技术的快速发展，传感器技术工艺也在不断进步，这就让数据采集变得更为精准可靠。如果没有传感器的帮助，物联网系统在数据收集环节就会出现问题，数据采集效率和准确性会受到很大影响，而数据采集效率太慢，也会给后续信息处理和分析带来干扰。这种情况下，物联网系统将无法发挥其本质效用，系统完整性会被破坏，各项控制和沟通命令更无法得到有效执行。

传感器技术在与物联网技术融合过程中，工作人员需要将感知收集信息功能作为系统研发的突破口，尽可能提高数据采集质量和效率，为后续处理和各项命令执行打好基础。此外，系统研发过程也要注重传感器自身的网络信息化，由不同传感器组成特定的数据采集体系。现如今，传感器已被应用于社会生产生活的各个环节，发展前景广阔，技术应用效果十分良好，传感器自身也实现了技术层面的创新和升级。多元化和集成化的智能传感器以及生物信息传感器的广泛应用，更凸显了传感器技术的综合性和功能特征，传感器技术的发展高度更是成为评价各项高新技术发展水平的重要标准。例如，我国某国际机场在搭建防入侵系统过程中，共布置3万多个传感器节点，实现地面和低空领域的全面覆盖，这种超大范围的传感器网络更是说明传感器技术的应用已非常普遍。

4 智能电网中物联网技术的应用价值

智能电网的设备状态预测和调控、资产全寿命周期管理的信息决策、电力网络与用户之间的智能互动等行为均需要依靠物联网技术完成，这些智能化控制和管理工作使物联网技术与智能电网的联系更为紧密。依照当前行业发展经验，智能电网中物联网技术的应用价值主要体现在以下几个层面：

（1）可实时提供各发电机组和各类机电设备的运行状态以及各项技术指标和参数，进而提高发电过程中的运行维护水平。

（2）可实时监控水力发电站坝体各部位压力变化，以传感器群的方式监控坝体变形现状，进而为规避水库调度风险提供数据支持。

（3）利用气象传感器可快速完成风力发电厂和光伏发电厂所在区域的各类气象数据的收集，如风向、风速、温度、湿度、气压、降水量、光照强度等，进而为新能源发电体系提供有效辅助，提高整体发电效率。

（4）输电网络监控过程中，借助传感器可实时观测变电站和输电设备的微气象环境、线路覆冰、导线温度和弧垂幅度、输电线路风偏、杆塔倾斜度、绝缘子表面污渍程度等信息，将这些信息与电网运行数据组合，可及时发现输电网络存在的隐患，最大限度提升电力能源网络的可靠性和稳定性。

（5）工作人员可在输电杆塔、输电线路以及各类机电设备上设置多类别传感器，完成目标识别以及侵害行为的具体分析和定位，提高对电力设备的全方位防护效能。

（6）物联网系统配属的传感器可实时监测电力作业现场人员、设备以及环境等信息，实现设备与设备、设备与人员的智能互动，尽可能减少人为因素对电力网络稳定性的破坏，消除安全隐患，提升作业质量。

（7）智能电网借助智能监控和实时反馈功能，可实时获取不同用户的用电需求，进而实现智能用电双向交互服务，有效改善供电可靠性和用电效率，为节能减排工作的顺利开展奠定技术基础。

（8）传感器可实时监测智能电网中各类机电设备的运行状态、实时获取设备状态信息，维护人员借助这些信息可有效评估不同设备的可用时长，满足周期成本最优控制决策需求，实现电厂资产全寿命周期管理，提高电网运行和管理水平。

物联网技术与智能电网的深度融合，其作用范围可覆盖电厂、电网和用户侧。多端资源的高效配合和互动让智能电网在信息化、自动化和互动化层面更具优势，智能电网服务水平的进一步改进会极大程度改善人们的生活品质，生产生活过程更显智能和节能。

5 物联网技术在智能电网中的应用策略

5.1 确保物联网技术的科学完备

将物联网技术应用于智能电网建设时，对物联网技术自身的完备性要求很高。以当前技术发展水平角度分析，电力物联网技术的应用主要集中于控制能力和水平的提升，利用物联网技术满足智能电网的调控需求。对于智能电网系统而言，物联网技术的应用可进一步提高系统稳定性和可靠性，满足多类别用户的用电需求，适应多种供电场景，并及时应对供电网络变化。现阶段，我国智能电网建设工作可分为发电、输电、配电等多个环节，这些环节的相互配合和协调是智能电网不断升级的根本。因此，政府相关部门应不断加强物联网技术在电力行业的应用推广宣传工作，提高对产业的整体调控和监督，加大研发资金投入，设立专项资金项目，使先进技术和设备得到有效利用，提高智能电网对社会生产生活的保障效用。物联网技术在智能电网建设中的推广和应用，是完善我国供电事业体系的重要机制。因此，物联网企业与供电企业之间应加强合作，快速推进物联网技术在电力产业层面的系统研发和实施，发挥物联网技术的产业力量。

5.2 提高生产管理工作的实效性

智能电网电力设备的计划、操控和调度须消耗大量的人力和物力。如果是常规电网服务系统，其信息资源和人力资源极为有限，电力网络无法实现电能的科学高效调配。物联网技术应用过程中，技术人员可从这一角度入手，针对不同环节大量部署传感器和各类感知识别设备，帮助电网实现电力设备、控制系统和测量设备之间的信息集成和共享。在此模式下，维护保障人员的工作压力将得到有效控制，智能电网控制效率也会全面提升，与供电相关的各个环节之间实现有效协调，供电过程更为安全可靠。物联网技术促使智能电网的智能化和自动化特征全面展现，并使管理和控制工作更为精准有效，电力企业在制定各项决策时也能得到全面系统的信息支持，从而保障企业发展决策制定与企业发展实际完美契合。产业技术人员应对物联网技术应用模式有清晰的了解和认知，精准把控不同环节的具体需求以及相关产品的发展特性，合理运用各类传感器设备以及物联网控制思维，提高生产管理工作的实效性，推动智能电网建设工作的可持续健康发展。

5.3 注重能源调度的科学性

物联网技术可大幅提高数据信息采集和传输效率，并可在智能电网系统内部实现数据共享；智能电网下不同环节的工作人员可依照这些数据信息，及时调整供电网络各项参数和设备运行负荷，依照不同用户的用电需求，制定科学且合理的能源供应方案，保证智能电网对社会生产生活的服务能力，社会生产生活质量也会不断提升，物联网技术应用也将更加成熟。例如，智能电网管理人员可针对不同发电模式的工作特性安排供电计划，在白天使用太阳能进行供电，在夜晚使用水电或火电进行补充；如果区域环境允许，可放大清洁能源供应占比，削减火电等高污染供电方式的供电比例。在物联网技术的帮助下，可通过能源调度工作体系快速获取电网实时状况信息，快速收集不同用户的供电需求，电网运行也将变得更为高效可靠。

5.4 不断加大物联网技术应用的宣传力度

电力供应主管部门应充分认识到物联网技术对智能电网发展的影响，积极采取各项有效宣传策略，加强物联网技术应用宣传工作，让供电企业真正认识物联网技术为其管理和服务工作带来的改变和提升。此外，政府电力机关可定期举办物联网技术展览会，宣传各类系统设备以及物联网技术对电网的影响，并广泛开展试点工作，让企业亲身验证物联网技术的作用和效果，从而改变企业管理思维，提高其对物联网技术的重视。主管部门可专门设立物联网技术宣传站点，以实际应用为例，让电力企业从多个层面了解到物联网技术对电力产业发展的推动效用，精准展现物联网技术在不同环节的应用优势，强化对整个物联网技术体系的有效编辑，为产业工作者提供有效的知识学习途径。