面向智能電網的物聯網架構與應用方案研究

2014-03-13 10:03:49 大云網　點擊量：評論 (0)

引言雖然我國電網信息化程度在不斷地提高，但仍然面臨著一些特殊問題，如建設堅強骨干電力網架，提高電網抵御多重故障的能力，加強各區域電網骨干網架，提升電網穩定水平，增強電網運行靈活性，完善電力相

引言

雖然我國電網信息化程度在不斷地提高，但仍然面臨著一些特殊問題，如建設堅強骨干電力網架，提高電網抵御多重故障的能力，加強各區域電網骨干網架，提升電網穩定水平，增強電網運行靈活性，完善電力相關企業信息化建設，實現與用戶之間的信息互動，充分發揮信息技術在重大決策和現代化管理中的作用等。這些問題的解決是現有電網向可靠、自愈、經濟、兼容、集成和安全的智能電網演進的關鍵。搭建新一代智能電網信息通信技術（ICT）平臺是智能電網建設的基礎。

同時，物聯網作為一種實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的新型通信網絡，已經在物流管理、智能建筑、安全服務、健康醫療等多個領域進行了試點應用，并且收到了良好的效果。物聯網通過射頻識別（RFID）、無線傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，將任何物品與互聯網相連，從而實現物與物、人與物之間的信息交互和通信。其中無線傳感器網絡和RFID 技術是物聯網末端最關鍵的技術。

目前，智能電網和物聯網產業的發展均被提升到國家經濟發展的戰略決策層面，如何將智能電網和物聯網有機地結合起來是電力發展中需要解決的重要問題。將物聯網引入新一代智能電網信息通信技術（ICT）平臺中，不應是對當前電力通信網的重構，而是在現有各種網絡充分發展的基礎上，利用傳感器網絡擴展物與物之間的直接通信方式，從而降低電網生產環節中的人工參與度，提升電網的安全系數。與此同時，還應利用物聯網異構融合、兼容開放、自組織自愈等突出特點，與互聯網緊密結合，實現多種網絡的互聯互通，實現電網與社會的相互感知與互動。基于物聯網的應用能夠極大地拓寬現有電力通信網的業務范圍，提高電力系統的安全性和抗故障、御災害能力，實現與用戶的信息交互，最終達成智能電網節能減排、兼容互動、安全可靠的目標。

本文結合物聯網的基本網絡架構和業務特性，通過對智能電網輸電、變電、配電和用電四大環節的業務需求分析，提出了面向智能電網ICT 平臺的物聯網分層體系架構，并將物聯網與現有電力通信網的性能進行了對比。在此基礎上，針對智能電網生產環節提出了基于無線傳感器網絡的應用方案；針對智能用電環節的感知互動性需求，具體分析了面向智能用電以及智能電網互動化的物聯網解決方案。

1 面向智能電網的物聯網架構分析

多年來，盡管國內電力行業在通信技術方面做了大量工作，對電網自動化水平的提高發揮了巨大作用。然而，面向下一代智能電網，現有電力信息通信平臺仍然遠不能滿足其內在需求。因此，必須從戰略高度重視新型信息通信網絡體系結構的研究與試驗工作，構建安全、可靠、穩定、適用、快速的智能電網ICT 平臺。

從總體目標上看，面向智能電網的ICT 平臺應當是高度集成的開放式通信系統。它在覆蓋范圍上應涵蓋電源、電網、用戶的全流程，形成統一整體；在業務環節上應覆蓋電網建設、生產調度、電能交易、技術管理的全方位；在管理控制上應貫穿電網規劃、設計、建設、運行維護、技術改造、退役的全過程；在數據流傳送上應包括信息采集、信息傳輸、信息集成、信息展現、決策應用等各階段，最終形成電力流、信息流、業務流的高度融合和一體化。智能電網ICT 平臺除了為電網安全、穩定、經濟、優質和高效運行提供全方位技術支撐外，還將為綠色節能環保、資源最優化配置、防災減災等方面提供堅強的技術支持。

1.1 面向智能電網的物聯網應用框架

由于現有電力通信網在數據的終端采集上存在大量盲區，如對高壓輸電線路狀態監測多采用人工巡檢，無法實現線路的實時監控；系統自愈、自恢復能力完全依賴于實體冗余；對客戶的服務簡單、信息單向；系統內部存在多個信息孤島，缺乏信息共享；雖然局部的自動化程度在不斷提高，但由于信息的不完善和共享能力的薄弱，使得系統中多個自動化系統是割裂的、局部的、孤立的，不能構成一個實時的有機統一整體，所以整個電網的智能化程度還不夠高。

針對目前電力通信網中存在的諸多問題搭建面向智能電網的物聯網應用框架，其實質是利用物聯網搭建的支撐全面感知、全景實時的通信系統，將物聯網的環境感知性、多業務和多網絡融合性有效地植入智能電網ICT 平臺中，從而掃除數據采集盲區，清除信息孤島，實現實時監控、雙向互動的智能電網通信平臺。

圖1 面向智能電網的物聯網應用框架

從具體內容上看，如圖１所示，面向智能電網的物聯網結合電網各大環節的應用需求，確立了智能輸電、智能變電、智能配電和智能用電四大應用模塊，從四大模塊的應用需求側出發搭建電力綜合信息平臺，面向上層的信息處理和應用，信息平臺數據庫作為信息處理的有效載體，緊密結合云計算技術，以實現泛在數據的實時處理分析，通過對海量信息的有效處理實現包括對輸電線路、變電站設備、配電線路及配電變壓器的實時監測和故障檢修，統一調配電力資源，實現與用戶的信息雙向互動，進而實現高效、經濟、安全、可靠和互動的智能電網內在要求。