前言：近年來，隨著電力負荷的快速增長，間歇性電源的高比例接入，全球極端天氣加劇等問題的增多，傳統(tǒng)電網的安全穩(wěn)定運行已受到巨大挑戰(zhàn)。面對如此情況，發(fā)展更加智能的電網，將先進的通信、信息和控制技術應用于傳統(tǒng)電網，解決源側、網側和荷側三方面的重難點問題將成為未來電網建設的主要任務與挑戰(zhàn)。
智能電網由美國首先提出，美國電科院于 2000年前后提出了 Intelli-Grid 的概念，認為這是未來電網發(fā)展的態(tài)勢和解決 21 世紀電網面臨的各種問題的途徑。智能電網具有自愈、互動、優(yōu)化、兼容、集成的特征。智能電網建設涉及面廣，面臨的問題較多，完全依靠傳統(tǒng)技術很難滿足其需求，因此更需要云、大、物、移、智等新興技術支撐。由此能源互聯(lián)網的概念應運而生，成為智能電網更開闊的發(fā)展空間。
國家電網公司早前發(fā)布的《泛在電力物聯(lián)網白皮書 2019》，將泛在電力物聯(lián)網建設分為兩個階段，重點構建能源生態(tài)、迭代打造企業(yè)中臺、協(xié)同推進智慧物聯(lián)、同步推進管理優(yōu)化，最終實現(xiàn)到 2024 年建成泛在電力物聯(lián)網。并提出了《配電物聯(lián)網技術發(fā)展白皮書》，實現(xiàn)了物聯(lián)網和配電網的融合，對配電物聯(lián)網關鍵技術的規(guī)?；こ虘煤蛨鼍斑M行推廣。
目前，在眾多實施的泛在電力物聯(lián)網應用項目中，嘉興烏鎮(zhèn)電力物聯(lián)網作為重點園區(qū)級綜合示范項目，實現(xiàn)了智慧路燈、電動汽車智慧車聯(lián)網、全感知配電房等多種場景的應用，建立了全景智慧用電平臺，實現(xiàn)數(shù)據共享。江蘇無錫作為國內唯一的國家級物聯(lián)網示范城市，系統(tǒng)規(guī)劃了物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展，促進以物聯(lián)網為龍頭的新一代信息技術與工業(yè)、經濟、城市治理深度融合，形成一系列“讓城市生活更美好”的智慧解決方案和運營管理模式。
當前物聯(lián)網技術在電網中的應用
目前電網經過多年的建設已經聯(lián)系到千家萬戶的每一臺電器，實現(xiàn)物聯(lián)網的物質基礎已然非常具備。建設智能電網需要在現(xiàn)有電網上增加傳感測量技術、集成通信技術和高級控制方法，而物聯(lián)網本身就是這三者的有機結合，因此物聯(lián)網技術可以和智能電網高度融合，二者相輔相成。物聯(lián)網通過傳感器技術、通信技術、云/邊緣計算技術等的支持在電網運行中的不同應用。
源-網-荷通信方式
物聯(lián)網技術在電源側的應用主要體現(xiàn)在傳感器應用及對發(fā)電機實時狀態(tài)監(jiān)測。對于傳統(tǒng)電源方面，物聯(lián)網技術可以應用于對 發(fā)電設備進行遠程故障診斷，設計發(fā)電設備遠程監(jiān)測系統(tǒng)，能夠檢測發(fā)電機組的實時情況， 并根據機組的異常情況查找故障原因。
源側：對于分布式電源方面，物聯(lián)網技術可以對風能、太陽能等新能源發(fā)電進行監(jiān)測和調節(jié)，從而使新能源更好的并網接入和運行。在光伏發(fā)電方面可以實現(xiàn)對偏遠地區(qū)的光伏系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制。除了可以實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的監(jiān)測，還可以實現(xiàn)對光伏系統(tǒng)中最大功率點的跟蹤。在風能發(fā)電方面，由于風電場具有單機數(shù)目大、分布地區(qū)廣且大的特點，因此需要長時間頻繁維護。若將物聯(lián) 網技術應用于風電場組網，則可以大大降低其運營維護的成本。
網側：傳統(tǒng)物聯(lián)網技術在輸電側的應用主要體現(xiàn)在對輸電線路狀態(tài)的監(jiān)測及線路安全檢修管控，其中通信一般依靠專用通信網(光纖網絡)或通用分組無線服務(General Packet Radio Service, GPRS)網絡。物聯(lián)網在輸電側的應用可以解決目前監(jiān)測系統(tǒng)存在的 運行維護費用高、數(shù)據傳輸率低等問題，從而提高輸電效率。
荷側：物聯(lián)網在負荷側的應用最顯著是低壓抄表方式 的轉變，除此之外，物聯(lián)網可以實現(xiàn)在用電安全管理、用電安全方面的應用，進一步推動了智能家居、 智能建筑方面的發(fā)展。
電力物聯(lián)網關鍵技術
物聯(lián)網三個關鍵技術是物聯(lián)網整體架構的重要組成部分，三者是各類應用環(huán)節(jié)的技術基礎，為物聯(lián)網中數(shù)據的傳輸作了重要支持。傳感器作為數(shù)據獲取的源頭，通信技術組成了數(shù)據傳輸網絡，邊緣計算提高了數(shù)據的傳輸速度，云計算是數(shù)據處理和管理的平臺，從而使海量的電力數(shù)據在泛在電力物聯(lián)網中變得更加可靠、更加高效，最終實現(xiàn)電力數(shù)據的綜合應用。在此我們重點分析一下傳感技術。
傳統(tǒng)傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并按一定規(guī)律變換后輸出，典型的器件有電阻應變式傳感器、電荷耦合器件、霍爾傳感器等。隨著傳感器不斷發(fā)展，具有信息處理功能的智能傳感器占據較大的應用空間，智能傳感器也是物聯(lián)網獲取外界信息的重要途徑。目前，小微智能傳感器是傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展方向，小微智能傳感器是傳統(tǒng)傳感器與微處理機相結合的產物，也稱為巨磁阻傳感器(Giant MagnetoResistance, GMR)，具有采集、處理、交換信息的能力，因其具有的特低功率、便于安裝、抗干擾等特點使智能電網透明化運行成為可能。例如將小微智能傳感器應用于物聯(lián)網的感知層，實現(xiàn)智能電網的大數(shù)據測量和收集，進一步拓展傳感器在物聯(lián)網中的應用范圍。小微智能傳感器作為透明電網最重要的單元，仍存在電壓測量、功率較大等問題，其未來將要突破的瓶頸是自行實現(xiàn)能量的補給以及電壓測量的問題。
除此之外，物聯(lián)網技術在智能電網中的應用還有無線傳感網絡，它通過節(jié)點內置傳感器進行采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中的目標信息。無線傳感器網絡具有自組織性、抗干擾能力強等特點，它能為物聯(lián)網帶來傳感、互通和驅動的高性能。但無線傳感器網絡也存在一定的缺陷，首先不同應用場合下無線傳感器網絡的結構和協(xié)議不同，需要設計相同的標準接入到電力通信網;其次無線傳感器網絡在電網中會受到電磁干擾，可能會導致數(shù)據采集和傳輸過程中出現(xiàn)失誤，需要完成電磁兼容的可行性設計;最后無線傳感器網絡節(jié)點需要持續(xù)的能量供應，若將小微智能傳感器與無線傳感器網絡相結合，從中可以挖掘小微智能傳感器在智能電網中可能的應用點。目前，無線傳感器網絡已經開始逐步應用于智能電網的數(shù)據收集的場景中，如無線自動抄表、遠程系統(tǒng)監(jiān)控、設備故障診斷等。
智能電網的發(fā)展愿景——透明配電網和泛在電力物聯(lián)網
透明配電網：透明電網通過各種“互聯(lián)網+”技術的綜合運用，使電網運行透明可觀可測。區(qū)別于運行數(shù)據少和設備狀態(tài)不可見的傳統(tǒng)配電網，透明配電網是近年來伴隨著數(shù)據采集、數(shù)據傳輸及數(shù)據分析技術在配電網深度應用而出現(xiàn)的一種新的配電網形態(tài)。
物聯(lián)網技術是構成透明配電網的重要基礎，能為透明配電網提供有力的技術支持。透明配電網以全面的數(shù)據監(jiān)測為基礎，為了實現(xiàn)配電網的透明化，要求數(shù)據全面且數(shù)量足夠多，而傳統(tǒng)的測量裝置無法實現(xiàn)大量數(shù)據的測量和實時傳送，此時物聯(lián)網便可以發(fā)揮其獨有的優(yōu)勢。傳感器技術可以解決透明配電網數(shù)據采集的需求，實時采集海量數(shù)據，實現(xiàn)配電網的數(shù)據透明。通信技術例如 LORA、NB-IOT可以解決透明配電網的通信需求，可以實時傳輸可靠的數(shù)據，從而實現(xiàn)配電網的狀態(tài)透明。云/邊緣計算可以解決透明配電網海量數(shù)據處理的需求，快速處理上傳海量數(shù)據，從而實現(xiàn)配電網的態(tài)勢透明。因此，物聯(lián)網技術的發(fā)展將使配電網透明化成為可能。
泛在電力物聯(lián)網：其實質與透明電網特別是透明配電網的內涵高度吻合，即圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術、先進通信技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統(tǒng)。傳統(tǒng)物聯(lián)網架構采用的是分層體系，分為感知層、網絡層、應用層三層，對應的層次特征分別是全面感知、可靠傳遞、智能處理。泛在電力物聯(lián)網是物聯(lián)網在智能電網高級應用的體現(xiàn)，可以分為感知層、網絡層、平臺層、應用層這四層結構。
感知層通過傳感器技術負責數(shù)據采集和處理，利用邊緣計算處理一些區(qū)域化的計算任務，從而減輕平臺層服務器的計算壓力，提升實時性和建立統(tǒng)一的終端操作系統(tǒng)是未來感知層的發(fā)展方向。網絡層負責對感知層和平臺層之間的數(shù)據進行傳輸，利用多種通信方式實現(xiàn)數(shù)據的可靠傳輸與靈活調度，提高信息的傳輸速度和流量，電力載波通信技術和 5G 技術是未來網絡層的發(fā)展方向。平臺層通過云計算技術負責數(shù)據高效處理和物聯(lián)管理，是實現(xiàn)高級應用的基礎，提高協(xié)同計算與實時響應能力是未來平臺層的發(fā)展方向。應用層實現(xiàn)電網的生產運營、經營管理和相關的用能服務，如微網運行管理、電動汽車的運營管理、園區(qū)能源管理等，跨專業(yè)的物聯(lián)管理是未來應用層的發(fā)展方向。泛在電力物聯(lián)網的建設為大數(shù)據與人工智能在能源互聯(lián)網領域的應用打下了基礎。
總之，物聯(lián)網技術將電力系統(tǒng)的各個元素緊密地、有機地聯(lián)系起來，不斷促進電力系統(tǒng)的自動化、信息化和智能化。傳感器技術、通信技術與云/邊緣計算技術等物聯(lián)網關鍵技術在電力系統(tǒng)源側、網側和荷側三方面的深化應用和擴大影響，推動了電力系統(tǒng)實現(xiàn)全面可觀可測、可調可控。隨著物聯(lián)網技術的進一步發(fā)展和突破，未來物聯(lián)網在智能電網具有巨大的應用空間。在物聯(lián)網技術的支撐下，智能電網將會朝著透明運行和泛在物聯(lián)的形態(tài)發(fā)展。
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