物联网技术在电力行业中的应用1物联网的发展历史及应用现状物联网(Internet of Things),最早岀现于比尔盖茨1995年的未来之路，书中比尔盖茨已经提及物联网的概念，只是 当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的 重视。1998年，美国麻省理工学院(MIT)创造性地提岀了被称作EPC系统的“物联网”的构想；1999年，美国Auto-ID首先提 岀“物联网”的概念，所谓物联网，是建立在物品编码、射频识 别(RFID)技术与互联网的基础上。2005年，ITU发布了ITU 互联网报告2005：物联网，综合了二者的内容，正式提岀了物联网”的概念，包括了所有物品的联网与应用。目前较为公 认的物联网的定义是：通过RFID技术、红外感应器、全球定位 系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品 与互联网连接起来，进行信息交换与通讯，以实现智能化识别、 定位、跟踪、监控与管理的一种网络。整个过程中，物与物的“交 流”都无需人工干预。物联网被认为是继计算机、互联网、移动通信网之后信息产业的又一重大里程碑。物联网催生新兴战略性产业，加速推进各 国经济振兴与社会发展转型，已经引起美国、欧盟、日本等国的 极大关注。2008年底由IBM向美国政府提岀“智慧地球”的战第1页略，强调传感等感知技术的应用，提出建设智慧型基础设施的构 想，奥巴马对此给予了积极地回应，并得到美国各界的高度关注， 甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国 家战略；2009年6月欧盟ichu物联网行动计划，强调RFID的广 泛应用，并注重信息安全;2009年8月日本提出了i-Japan战略， 强调电子政务与社会信息服务的应用。在我国，物联网技术也得到了高度重视。温家宝总理在2009 年11月向首都科技界发表的题为“让科技引领中国可持续发展” 的讲话中重点强调“着力突破传感网、物联网关键技术，及早部 署后IP时代相关技术研发。使信息网络产业成为推动产业升级、 迈向信息社会的 “发动机”，并首次明确了涉及新能源产业、 微电子等新型材料、物联网、生物医药、海洋工程等5大领域的 新兴产业范围。近期，国家发改委将物联网纳入正在起草的新兴 产业发展规划，标志着物联网将成为中国经济振兴与社会转型的 战略支点，建立物联网将是中国深入推进信息化与工业化协同发 展实现“两化融合”国家战略的重要举措也是跨越信息壁垒 瓶颈的关键突破口。物联网的问世打破了传统思维，实现了人类社会与物理系统 的整合，在这个整合的网络中具有能力超强的中心计算机群，能够对整个网络内的人员、机器、设备与基础设施实时管理与控制。 在此基础上，人们可以更加精细地管理生产与生活，达到“智慧” 第2页状态，提高资源利用率与生产力水平，改善人与自然的关系。因il；此物联网的应用将是极为广泛的，其应用领域遍及智能交通、环 境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、 老人护理、个人健康、电力电网、医疗系统等多个领域.ITU曾描绘物联网时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机 对颜色与水温的要求等还有诸如远程抄表、物流运输、移动POS 机应用，如果再结合云计算，物联网将有更多元的应用。本研究将讨论物联网技术在电力行业的应用，提高电力行业 的核心竞争力，研究实现中国电力行业信息化、数字化、自动化 与互动化所需要的关键技术。2我国电力行业发展的必然趋势经济的高速发展与环境的严峻形势给电力企业带来巨大压 力。首先，高峰负荷的增长使电力系统的容量日趋紧张；其次， 电气设备的老化严重威胁着网络的安全性与可靠性，而电力企业 的收入压力又限制了基础设施的投资。此外，自20世纪90年代 以来，分布式发电电源的利用不断增加，对电网强度提出了越来 越高的要求。在这种情况下，电力企业已经不可能采用传统的投 资方式，靠更换大量的电气设备或建设更多的输电线路来解决问 题，而是必须采用新技术，充分挖掘现有电力系统的潜力，提高其适用性与利用率。随着电力信息化的发展，电力企业相继建立了以经济效益为 核心的营销技术支持系统、以安全生产为核心的生产管理技术支 持系统、以客户服务为中心的CRM系统、提高企业内部管理效 率与降低成本的ERP系统与EAM系统、全面提高价值链竞争效 率的SCM系统、送配电管理的DMS/EMS、SCADA等业务应 用系统，并在电力企业的生产、经营、管理中发挥着应有的作用。从电力信息化建设的长远发展来看，要形成相互一致的业务基础 信息系统与有效运行的信息层次化体系，必须将原来分别建设的 各个业务应用系统平滑地整合在一起，使得各个业务系统间能够 顺畅地传递信息，形成一个有机整体，在整个系统范围内实现信 息的高度共享。只有这样，才能使企业应对激烈竞争带来的巨大 压力，针对快速变化的外部环境与客户需求，做出及时的调整与反应，真正提升企业的核心竞争力。2009年5月，国家电网公司首次公布了智能电网计划，全面 建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为 基础，以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先 的坚强智能电网。随即国家电网公司又提出物联网展的三个阶段：一是信息汇聚阶段，二是协同感知阶段，三是泛在聚合阶段。在物联网的专用芯片、应用系统开发、标准 体系、信息安全、无线宽带通信、软件平台、测试技术、实验技 第4页术等方面进行了全面部署，力争在未来3年内实现物联网技术在 电力系统应用多项核心技术的突破，形成若干项有重要影响的创 新性科研成果。电力行业发展的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能 力的多种能源统一入网与分布式管理的智能化网络系统，可对电 网与用户用电信息进行实时监控与采集，且采用最经济与最安全 的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与 利用，提高电网运行的可靠性与能源利用效率。智能电网的本质 是能源替代与兼容利用，它需要在开放的系统与共享信息模式的 基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行与管理。开放式整 体网络系统将彻底改变今天的电网结构，实现从能源接入、输配 电调度、安全监控与继电保护、用户用电信息采集、计量计费直 到用户用电侧的全过程控制，即在未来的智能电网中处处能够表 达物联网技术的存在。在能源接入方面，智能电网可以更方便、更迅速地让可再生 能源发电等新类型电力入网，比如分布式发电的入网。这么多独 立而相对不好预测的供电源，要求配电网从被动式单向网络演进 为从多个方向主动管理电流的系统。通过物联网技术在智能电网 中的应用，可通过信息的共享，通过实时分析天气变化对分布式 电源出力的影响，及时预测分布式电源的功率变化，从而使分布 式电源的出力在控制的范围内，不仅消除了分布式电源给电网带来的扰动，而且可以智能调度系统的需要，参与调峰。可见，物联网技术的应用完全可以消除分布式电源接入的不利影响。在输配电调度方面，通过物联网技术的应用，通过遍布电网 的传感器及时感知电网内部的运行情况，反馈给调度系统全局系 统电能的损耗情况，并能够辅助调度人员对系统的运行方式，在保证安全运行的前提下优化网络的运行，节省能源消耗，推动低 碳经济。在安全监控与继电保护方面，通过物联网技术的应用，一方 面可以实时感知在外界气象条件下，杆塔、线路等运行部件的受 力情况，将信息及时反馈。在恶劣的气象条件下，在杆塔、线路 受力接近临界状态的情况下实时报警，并通过杆塔上调节装置的 动作来缓解受力严重部位的情况，等待工作人员更换。甚至，在 覆冰情况下，自动感知冰层的厚度，进行危害评估，并自动融冰，增强了抵御灾害的能力。另一方面，实时感知电网内部的运行状况，比如电压、电流的变化，预测故障的发生，通过网络重构， 改变潮流的分布将故障遏制在萌芽状态，并实时将信息反馈给调度中心。具有“自愈”功能。“自愈”就是把电网中有问题的元 件从系统中隔离出来，并在很少或不用人为干预的情况下使系统 迅速恢复到正常运行状态，几乎不中断对用户的供电服务。甚至在黑启动中，能够自动配置启动方案，进行网络重构，供调度人 员参考。在用户用电信息采集方面，通过物联网技术的应用，智能电 网可以对需求进行更准确的管理。传统的电力系统是按照用电峰 谷要求设计的，电网容量要大到能够满足用电高峰需求。但是在 夜间用电很少的时候，许多电站停止发电，电网的一部分容量也 闲置了。智能电网可能从根本上改变这种状况。比如，在智能电 表的协助下，供电方可以制定动态计费方案，以反映不同时刻的 发电、输电成本，或者鼓励消费者在可再生能源发出大量电力时 增加用电，这有助于舒缓用电峰谷，使电网保持供需平衡。在计 量计费方面，通过物联网技术的应用，计费表计可以自动进行电 量的统计、处理，实现不同等级电能用户的电费自动划卡收缴， 节约了人工费用与人工可能出现的差错。同时通过统计、判断， 可以防止窃电行为的发生。而在用户侧用电的过程中，物联网技 术的应用可以实现智能家居。智能家居中各种用电设备都集成了 智能用电芯片或安装了智能用电插座，能够根据电器各自的运行 特性优化运行，从而节能省电。比如，检测屋内无人，自动关闭 照明。能够实时监测电价信息的变化，从而实现在低电价时运行。又如夜间电价较低时，洗衣机自动进行洗衣。在白天通过与电力 交易中心信息的实时互动，将太阳能电池板上网售电实现盈利等 等。我国经济向低碳经济过渡将带来供能与用能方式的重大变 化，而电力系统的转变是其中的关键。建设智能电网的关键是数 第7页字通信基础设施，需要补充的是与现有电力系统集成的监测、通信与控制软件以及传感器、监视器、通信装置与智能电表等新硬 件。简单些说，智能电网就是现有的电网加上传感器、RFID技 术以及局域网络（有自己的IP协议）实现远程控制以及结构优化。而物联网本身就是传感器，RFID技术以及互联网的巧妙结合， 因此智能电网其实就是物联网技术在电网上的应用。将物联网技术应用于电网是电力行业发展的必然趋势，物联网技术影响着智 能电网发展的进程。3相关产业链分析物联网技术在电力行业的应用必然给相关的产业带来契机。首当其冲的就是通信产业。全球著名的美国思科公司称，美国的 智能电网将带来 1000 亿美元的商机，其中仅通讯部分就高达 200 亿美元。智能电网的规模将比互联网大 100 或 1000 倍，因为一个家庭可以没有互联网入户，但所有家庭都离不开电。对 我国而言，情况也必然相同。在电力行业应用物联网技术，建成智能电网。国家电网公布 了三个阶段的发展目标：第一阶段，全数字化变电站大面积试点， 数字化开关、互感器等元器件的试用，用电管理系统开发，分布 式电源接入方案等。第二阶段，高级调度系统全面推广，原有系 统更新升级全数字化变电站全面建设开始，柔性输电控制系统示范工程启动；在用户终端应用方面，智能电表与用电信息采集系统深入到居民小区，双向互动在大城市部分推广配电自动化管理、分布式电源接入开始试点。第三阶段，全数字变电站全面普 及，柔性输电技术全面应用，智能电表进一步推广。智能配电网基本建成，分布式能源、储能装置在主要城市得到广泛应用。由于智能电网具有极强的兼容性，因此还会带动太阳能、风 能、地热能等新能源产业加速发展。届时，国家电网优化配置资 源能力将大幅提升。可见，物联网技术在电力行业的应用将会个 各个产业带来极大的发展空间，蕴含着巨大的商机，必能推动经 济发展，实现产业结构升级。4市场前景分析智能电网技术允许我们更好的管理、节约、监控与使用能源， 将能源使用的决定权交给消费者，由他们决定何时、何地以及如 何使用。可以预计的好处包括节省电费、智能管理、更强的可靠 性与使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合动力车的接入 以及使家庭设备的智能化。