摘要:随着对电网信息化、自动化、智能化的建设需求，基于物联网技术的智能电网成为了未来电网的发展方向。文章首先介绍了物联网、智能电网的基本概念，并根据物联网当前的发展现状，建立了面向智能电网的物联网网络模型。最后，针对物联网技术在智能电网中具体应用，文章对物联网在智能配电巡检系统、智能电表、电动汽车充电系统中应用做了更深入、更具体研究。
关键词:物联网;智能电网;智能巡检;智能用电
1引言
随着互联网技术以及无线传感技术的飞速发展，物联网技术成为新一代技术引擎，受到政府、科研单位越来越多重视，通过以物联网为主的信息技术与其他产业相互融合，实现经济可持续增长。而随着国家经济形势的发展，用电需求持续增加，如何优化能源结构以实现可持续发展成为电力工业研究的热点，智能电网凭借高效特性成为电力工业应对未来挑战的选择。物联网与智能电网作为目前高新技术产业，已经上升到国家战略，物联网技术凭借其强大的信息分析、处理能力，极大推动智能电网技术发展，因此，把物联网技术与智能电网技术深度融合，可以全方位提升智能电网信息感知深度，实现电网智能化管理。
2物联网与智能电网概念
2．1物联网概念
国际电信联盟最先正式提出物联网(InternetofThings)的概念。该联盟认为，物联网是互联网应用的一种拓展，是物与物相连的互联网;而本质上，物联网是物理世界和网络信息世界融合的产物［1］。随后，欧洲联盟在《TheInternetofThingsin2020》中提出:物联网技术是通过ＲFID(射频识别技术)、传感器技术、智能定位技术等互联网传输手段，获得客观物体的相应信息，以方便对这些标识性个体信息在全球网络范围内实现智能化的识别管理［2］。
2．2智能电网概念
2008年，中美在可再生清洁能源会议上首次提出"SmartGrid"概念。2009年，国家电网公司在国内提出“坚强智能电网”的理论。该理论认为，坚强智能电网是以各级电网协调发展的坚强网架为基础，以特高压电网为骨干，以通信信息平台为支撑，具有自动化、信息化、互动化的特征，坚强智能电网涵盖了电网系统中发电、变电、输电、用电等各个环节，覆盖了所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，具备经济高效、清洁环保、坚强可靠、友好互动和透明开放内涵的现代电网［3－5］。
3物联网技术在智能电网中体系架构
通信技术是制约当前智能电网技术发展的关键，物联网作为智能电网的传输网络，在面向智能电网的体系架构上分为三层:感知层、传输层、应用层。具体结构如图1所示。通过将物联网技术植入智能电网平台，实现智能电网的智能输电、智能变电、智能配电、智能用电。
3．1面向智能电网的感知层
物联网面向智能电网的感知层主要包涵控制子层和通信延伸子层。在控制子层，主要通过智能传感器、Ｒubee、无线射频识别(ＲFID)芯片、智能采集设备、电子代码(EPC)等手段，对智能电网关键环节的电量信号、非电量信号进行采集。通信延伸子层则是通过WI－FI无线保真技术、无线自组织网络(Ad－hoc)、超宽带(UWB)、近场通信(NFC)、Zigbee等通信手段把物理实体链接到网络层和应用层［1，6］。物联网面向智能电网的感知层实际上是对"物"的识别技术。
3．2面向智能电网的传输层
以电力光纤网为主的传输层又称为网络层，该层属于中间层，用来接收来自感知层的信息，并在一定范围内通过电力通信网来传递这些数据信息。为了安全可靠、实时性的传递电网数据信息，电力系统需要构建局部电力通信网，并在大范围内依托公共电信网，以实现在全社会范围传递数据。无线传感器网络(WSN)凭借其设置灵活，可以与互联网进行无线或有线连接的优点［7］，成为构建电力通信网的一种新的发展趋势。无线传感器网络是分布式传感网络，由大量小型传感器节点构成，每个节点除了收集处理本地信息，还会对其他节点信息进行管理、融合。在无线传感器网络中，ZigBee技术是新兴的无线通信技术。凭借其近距离、低成本、低功耗、高容量、高安全、短时延的优点，ZigBee技术已开始应用于创建智能电网的局部电力通信网。在电力通信网中，感知层中的智能传感器对电网关键状态、信息进行采集，采集到的信息在本地节点进一步融合，随后，融合后数据在网络中传输，并由无线收发器完成数据的接收。具体结构如图2所示。物联网面向智能电网的应用层是以GIS(ge-ographicinformationsystem)数据、结构数据、非结构数据、实时数据等构成的电力综合信息平台为基础，搭建面向用户的各种电力应用平台。针对智能发电、智能输电、智能配电、智能调度、智能用电等不同的应用方向，有不同的应用内容。比如在智能输电环节中，通过对导线状态分析、气象条件分析、杆塔状态分析，实现对输电设备预警诊断和实时监控，以确保电力安全运行;在智能配电环节中，通过物联网技术对配电网小电流故障进行定位、有效隔离、重构，以实现配电自动化。在智能用电环节中，通过智能电表准确预测用户负荷需求，实现电网与用户的双向互动。在能量储存方面，引入电动汽车实现能量储存，并以Web为中心实现可互操作通信以及云计算。
4物联网技术在智能电网中关键应用
物联网技术在坚强智能电网中具有广阔的发展空间，建设坚强智能电网，不仅要对传统电网进行升级改造，而且要使用户、电网、电厂三者间互动，通过提高电网信息化水平，促进电网自动化、互动化、信息化建设。
4．1在智能配电巡检系统中的应用
在智能电网配电环节，配电设备数量众多、分布广泛，因此对配电设备巡检提出更多更高要求，基于GIS(地理信息系统)和ＲFID(射频识别技术)的智能配电巡检系统是物联网技术在智能电网中重要研究方向之一。将配电网中开关站、架空线路、配电室、分支箱、环网柜分成五个单元，每个单元安装若干电子标签，电子标签选择中频段无源只读式标签，该标签通过二进制编码对配电设备进行唯一标识。采集器(手持式智能终端)采集到配电设备ＲFID电子标签上设备履历、设备标识、设备台账及状态信息后，直接上传检查结果至服务器。智能配电巡检系统网络架构如图3所示。基于物联网ＲFID及GIS技术的智能巡检系统能够通过电子地图实现杆塔管理、利用GPS信号自动定位杆塔、可在地图上计算任意两点间实际距离、记录缺陷并实现无线数据同步。相较于传统的巡检系统，基于物联网技术的新型巡检系统能更有利于变电设备精细化管理、有效避免漏检、漏巡，提高了电网巡检系统的工作效率。
4．2在智能用电系统中的应用
基于物联网技术的智能电网，有效整合了电力资源，提高了电力信息化水平。而智能用电系统是坚强智能电网在用户侧的体现。目前，智能电网用户侧通常包括传统型居民用户、工业大用户、新型电动汽车充电系统等用户。传统用户、新型用户的具体需求由公共互联网传输至95598第2期王金鹏等:物联网技术在智能电网中应用研究35电力互动网站，而用户定制服务由电力主站通过电力通信网发送至用户侧。智能用电系统网络结构如图4所示。针对传统型用户，通过智能电表方便用户了解用电信息，用户根据分时电价信息，及时调整自己的用电模式。同时，电力公司可在线监测异常用电情况，实时监测电网状态，实现电网与用户双向交互。对于电动汽车充电系统等新型用户，首先在电动汽车电池中安装ＲFID电子标签，当电动汽车进入充电站，安装在充电站的采集器会首先检测电池电量情况，并及时反馈给调度中心，调度中心通过电力通信网将充电车位及行驶路线发送至车主，提供车主最优选择。物联网技术的应用使电动车充电系统更加高效。
5结论
随着电网规模不断扩大，以及用户对电力服务质量要求的逐渐提高，电网正面临前所未有的挑战。将物联网技术应用到电网的发电、输电、配电、用电、调度等环节，有利于电网进一步整合电力资源，提升电网监测、预警能力，从而改善电网的信息安全，同时也极大推动了电网的信息化建设、智能化建设，有利于实现电网可持续发展。
参考文献:
［1］何杰．输变电设备物联网关键技术研究［D］．长沙:湖南大学，2013．
［2］黄迪．物联网的应用和发展研究［D］．北京:北京邮电大学，2011．
［3］刘振亚．智能电网技术［M］．北京:中国电力出版社，2010．
［4］2009特高压输电技术国际会议情况介绍．
［5］柯斌．智能终端在智能变电站中的应用［D］．上海:上海交通大学，2011．
［6］胡雯，孙云莲，杨成月，张翔．基于物联网的智能电网信息化建设研究［J］．电力信息化，2013，11(4):87－90．
［7］王利霞．基于物联网的智能电网监控系统的研究和分析［J］．电源技术，2014，38(3):59－62．
作者：王金鹏 殷璐璐 李文辉 余智浩 张豪 单位：河南城建学院 河南平高通用电气有限公司 深圳市华星光电技术有限公司 国网河南省电力公司驻马店供电公司
