物联网技术在智能电网中的应用

2022-11-17李来存

无线互联科技 2022年14期

李来存

（上海邦德职业技术学院，上海 200444）

0 引言

物联网技术在人们生活及商业发展中得到广泛应用，而应用到智能电网却是近几年发展起来的，目的是充分利用物联网技术实现内部资源的有效连接和整合，对智能电网输配电、变电及用电加以科学管理，做到电能的实时传输和供应，在满足日常生产生活用电的同时，实现电能节约，推动电力产业的可持续发展。

1 物联网技术与智能电网的内涵

1.1 物联网

物联网是物理和网络信息融合下的产物，通过传感器技术、GPS技术实现网络连接及信息的相互传递，掌握客观事物的具体内容，借助自动化分析和判断，了解事物特点或需求，达到智能化管理目的。物联网是大数据时代发展的必然产物，随着信息技术的不断升级，应用范围的扩张，物联网在很多领域得到了广泛应用，与人们生活的联结也愈加紧密。物联网技术不仅是互联网发展中的重要组成部分，还可以满足标准、可交互操作等通信协议要求，是目前重要的终端设备系统。物联网技术中的高频识别、传感器和互联网技术，能够实现物品间的有效衔接，真正满足物物相连的要求，为网络运营及人们生活提供更多便利［1］。

1.2 智能电网

智能电网是当前电力企业发展的主流形式，智能电网中融入了信息通信、传感测量、自动化、智能化控制技术等多种先进技术，除可以保证电网日常运营外，还可以实现自动化检测和维护、科学抵抗和管理等任务目标，满足现代化社会发展需求。智能电网的出现，实现了电网的全面化、自动化监督和管控，做到故障实时监控和准确判断，解决传统模式带来的弊端，提高电网运行可靠性，优化管理水平。在智能电网中融入物联网技术，不但可以提高电网运营管理水平及日常作业效率，还能对电网结构实行优化调整，使得整体管控更加科学有效。

2 智能电网中物联网技术应用优势和作用

2.1 扩展业务范围

电力系统管理过程中，供电到用电消费的整个过程会消耗较多劳动力，加上电力设备的操作、监管及调节工作，所需人力数量相对较大。目前，电力部门人员配备有所限制，导致部分工作因为人员不足、工作压力大而出现疏忽现象，使得电网运行中信息数据收集不及时、不精准，出现问题后很难第一时间予以快速处理和解决，降低了电网整体运行效率，进而带来较大的经济损失和能源消耗。物联网技术在电网中的融合应用，实现了电网系统的自动化、智能化管理和控制，能够结合运行情况及用电需求，做到及时调整和优化处理，既保证了电网运行质量，又解决了人员不足存在的各类问题及资源消耗，强化了电网系统的整体运行效果。在物联网技术推动下，智能电网体系结构逐渐完善，工作效率明显提升，失误率大大下降［2］。

2.2 实现多能源交互目标

随着信息技术的快速发展，物联网技术得到了长足进步，通信效率显著提升，融入物联网技术的智能电网结构在发电等业务活动中逐渐呈现多样化特征，不仅降低了作业人员的工作压力，提高了智能电网的实时运转效率，还能对电能输出科学把控，保障电能分配的合理性与有效性。如：白天可以借助太阳能、风能等绿色资源的收集与转化，达到电网发电的目的；夜晚可采取水力或火力发电的方式，保证电能正常供应。在物联网技术的辅助作用下，可对智能电网的运行情况加以实时动态化的了解和监督，对用电装置实行科学调整和处理，保证电能传输质量。在物联网技术的推动下，智能电网对自身用电设备也加大了监督和管控力度，加强了故障处理的有效性和及时性［3］。

3 物联网技术在智能电网中的应用

3.1 物联网技术下的智能电网结构优化

物联网下的智能电网结构可划分为感知层、传输层和应用层3部分，每层实用技术各不相同，技术间的有效融合可以满足智能输变电、配电及用电的要求。

3.1.1 感知层

感知层是进行物识别的重要部分，运用的技术以光纤通信、无线传感技术为主，利用智能电网中传递的电信号开展采集、分析和控制工作，了解电能传输质量，加强电能供应的可靠性。在该结构层内，利用新型传感器设备及射频识别技术，能够对智能电网内部信息予以快速识别和处理。感知层是智能电网中物联网技术潜能发挥最为突出的结构，以嵌入方式对整个系统运行加以把控，利用先进技术和设备，实现信息的快速获取和利用，增强智能电网运行的有效性。

3.1.2 传输层

传输层也称为网络层，利用电力光纤网实现对感知层内信息信号的接收，位于系统结构的中间部分，可保证信息传递过程的安全性、及时性。目前传输层的设置可以加大无线传感器网络的应用频率，充分利用该技术对传输层结构实行优化调整，可以实现无线或有线连接，加快传输速度。同时，无线传感器网络设置的灵活性较强，虽然使用的小型传感器数量多，但连接较为便利，调整速度快，可促进传输层内部的良好运行。此外，目前传输层中还将新型的ZIG-REE技术应用其中，用以强化无线通信传输效果。该技术优势为传输距离短、成本低、能耗小、容量高、安全性强及短时延，应用在传输层内，能够在电力系统运行中快速与感知层中的智能传感器有效连接，加快信息数据的采集和融合速度。

3.1.3 应用层

在智能电网中，物联网技术依靠GIS数据、结构数据、非结构数据、实时数据发挥作用。这些数据的快速处理可以为电力信息平台运行提供有效支撑和保障，并在此基础上完善平台结构体系，增强业务能力，更好地处理电力系统运行中的各项问题。智能电网运行中，智能发电、输电及用电均有着不同要求和方案计划，如在智能输电中，需要明确了解导线和杆塔状态，通过天气变化特征预测可能出现的输电风险隐患，之后在系统内进行相应指令的下达，提前开展防控工作，保证电网运行安全性。

3.2 智能电网中物联网关键技术的应用

3.2.1 传感器技术

智能传感器是物联网技术在智能电网应用中，用于获得外界信息及信号指令的重要技术手段。相较传统的传感器，智能传感器的及时性和精准性更好，而且自身有较强的抗干扰能力，在诸多环境下能保持良好运行，适应性较强。在现阶段小型智能电网中，传感器技术的应用较为广泛，加快了信息采集、分析、处理、传递速度，设备安装便利，抗干扰能力强，可以提高信息准确度和及时性。微型智能传感器在智能电网感知层中的运用，可以解决大量数据处理面临的困难，解决电压检测难度大、功耗大等问题。此外，无线传感器在如今的智能电网中也较常出现，对于强化远程监控效果、实现智能化抄表起到了良好的促进作用。

3.2.2 通信技术

(1）宽带载波通信。相较传统的窄带载波通信技术，宽带载波通信技术的抗干扰能力更强、传输速度更快、通信存在的延时性更小。应用在智能电网中，能够保证指令下达的及时性、可靠性，减少不必要的麻烦产生。宽带载波通信技术可加快智能电网运行全过程信息采集速度，保障信息安全，提高通信效率。

(2）5G通信技术。5G通信技术是物联网发展中较为重要且新型的技术，具备大容量、高效率、低延迟的传输特点，在智能电网中能实现实时监测和管控，对于智能电网整体运行情况及时给出科学评估和考量，有效控制运行中故障等问题的产生。另外，5G通信技术可促进无人机巡线传输模式的落实，实时获取影像、图片信息，为现场监控及调整提供保障。

3.2.3 云计算

云计算与大数据技术是目前物联网发展中的关键技术，云计算的存储容量较大，计算量小，网络传输能力强，将其融入智能电网，可强化系统运行的自动化、智能化效果，做到电能科学调度及数据的快速分析。

(1）智能电网调度。智能电网建设的愈加完善，内部结构复杂性也越来越强。随着规模扩大，如果不能对其展开科学调度，很容易阻碍智能电网运行，影响供电效果，所以要运用物联网技术做到科学管控。云计算技术的应用为智能电网实时监控及调度工作的开展提供了依据，加快数据收集、分析及传输速度，实时掌握智能电网运行效率。基于物联网的云计算技术，可以以总线技术为基础，对分布在不同地区的调度系统实行功能整合，实现系统结构的高度集成，从而构建出实时、全面、准确的电网调度平台，存储海量数据，完成智能电网调度。

(2）数据分析。智能电网中涵盖的设备信息较多，如智能电表、传感设备等，产生的数据信息巨大，对于这些数据信息的处理和利用，需要运用云计算技术加以科学处理。准确了解智能电网运行状况，快速找出问题所在并解决，实现智能电网的优化调整，提高电网透明度。

3.2.4 智能化技术

智能化技术下的电力设备不仅能够准确提供数字化信息，还能开展自我诊断及自我调整，增强设备适应能力，科学把控智能电网，智能化电力设备的出现为智能电网发展带来更多助力和支持。智能化技术的运用能够对电量与非电量监测信号的分布情况、传输及处理效果加以实时掌握，开展非接触下的测量工作；利用智能技术可对电力设备运行状态加以检测，自动开展故障诊断工作，判断设备的稳定性，并在发现问题后自动上报和处理。该技术下，电力设备能够加快信息采集和信号接收处理速度，增强智能诊断的有效性；智能电气设备下可实现开关最佳时间管控，促进数字化管理的有效落实，通过信息的快速收集和处理，为决策下达及设备操控提供依据；信息交互网络的构建更加完善，信息数据传输及共享的效率逐渐提升，拓展无线通信系统结构，以彰显信息传输及时性，为供配电管控提供保障。

4 智能电网中物联网技术的关键应用

4.1 生产管理应用

传统电网在整个运行过程中会消耗较大劳动力来实现系统设备的监控、计划、操作、调度。普通电网经常因为信息处理不及时、人员配备量不足，导致相关工作无法顺利开展，进而降低供配电质量，很难保证电力行业发展，增加电能消耗。智能电网的出现解决了上述问题，借助物联网技术的辅助，实现对电网的实时监控和科学测量，保障系统的高效稳定运行。在智能电网中，应用智能化传感器可开展电气量、开关量等信号的采集和识别工作，利用物联网技术构建线上监控平台或软件，做到动态化、移动化的监督和管理。气象测量元件、振动传感器及视频探测器等先进设备的运用，强化了电力设备的定位和测量，加大了日常巡检力度，降低人工作业消耗，进而缓解人员作业压力，完善工作质量。此外，传感器、电力设备及自动化监控系统也可为故障识别和位置判断提供帮助，提高故障处理精准度。物联网技术还能帮助电网实行发、供、配以及用电的智能化和信息化管理，促使电网开展生产决策管理、智能化思考，提出增大能源利用率的各项策略，使相应管理指令变得更加科学合理。

4.2 配电巡检中的应用

随着智能电网的快速发展，其配电设备数量及分布范围也发生了较大改变，为巡检工作的落实带来较大难度。为促进巡检工作的顺利进行，可加大物联网技术的应用力度，利用地理信息技术、射频识别技术构建智能配电巡检系统，为物联网在智能电网中的应用提供保障。该结构系统的构建，能快速对配电网开关站、配电室、架空线路、分支箱、环网柜等加以明确标注，加快不同模块下信息数据采集和处理速度，且能够自动将收集到的数据资料传输到指定服务器中，做到实时、有效，以此改进系统内部信息质量，为巡检工作提供助力。

4.3 能源调度的应用

物联网技术的应用，能够对智能电网运行中产生的电负荷值及负荷预测值等信息进行收集、分析与及时反馈。参照这些参数指标，重新对电力输出实行调整和优化，同时根据不同地区用户需求，调整能源用电计划，实现电能的科学管控，避免过度损耗。物联网技术还可以获取电网的实时信息，分布式撒网结合实际用电情况自动调节储能装置的充放电，合理开展智能微网能效管理，并自动采集电量信息，监测异常信息和分析用电经济性，从各方面保证能源的最佳使用状态。

4.4 智能用电服务的应用

电能已经是当前人们生产生活中不可或缺的能源，随着人们生活质量的提高，企业规模的扩大，用电需求量也在不断提升，工厂生产中监控系统、自动门系统等都需要电能的有效支撑，以保证工作的顺利进行。为改善电能供应质量，在智能电网发展中，需加大物联网技术融合力度，合理规划用电量，科学调度电能，提高服务质量。在实际作业中，可通过设置客户端的方式，利用物联网技术对其予以实时监督和把控，在智能电网载体作用下，配置控制器、智能插座、智能家电及安防设备，做到智能化管理，让用户明确了解用电情况，及时进行问题反馈和处理，提高服务水平。