面向智能电网的物联网技术及其应用
物联网是指“物物相连的互联网”，通过传感器、射频识别、全球定位系统等技术，采集任何被测物的声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种信息，并通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的广泛连接，实现被测物的智能化感知、识别、交互和管理。物联网可应用于军事、智能交通、数字家庭、食品安全、旅游服务、城市公共管理、现代物流、生产制造、医疗健康等多个领域。

　　智能电网与物联网作为具有重要战略意义的高新技术和新兴产业，已引起世界各国的高度重视，我国政府不仅将物联网、智能电网上升为国家战略，并在产业政策、重大科技项目支持、示范工程建设等方面进行了全面部署。应用物联网技术，智能电网将会形成一个以电网为依托，覆盖城乡各用户及用电设备的庞大的物联网络，成为“感知中国”的最重要基础设施之一。智能电网与物联网的相互渗透、深度融合和广泛应用，将能有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，进一步实现节能减排，提升电网信息化、自动化、互动化水平，提高电网运行能力和服务质量。智能电网和物联网的发展，不仅能促进电力工业的结构转型和产业升级，更能够创造一大批原创的具有国际领先水平的科研成果，打造千亿元的产业规模。

　　物联网的基本架构

　　融合智能电网应用的物联网主要分为感知层、网络层和应用层。

　　感知层包括感知控制子层和通信延伸子层。感知控制子层是对物理世界感知、识别、信息采集的各类传感器。通信延伸子层是将物理实体联接到网络层和应用层的通信终端模块或延伸网络。智能电网通过感知控制子层实现各环节电气量、非电气量、微环境等信息的采集，并通过通信延伸子层接入物联网的网络层。

　　网络层包括接入网和核心网，实现感知层与应用层间信息的传递、路由和控制。鉴于智能电网对数据安全、传输可靠性及实时性的严格要求，物联网的信息传递、汇聚与控制主要依托电力专用通信网实现，在不具备条件或特殊条件下也可借助公网。

　　应用层包括应用基础设施/中间件和各种应用。应用基础设施/中间件是实现信息存储、计算的基础设施，为各种应用提供技术支撑。应用层通过先进的信息分析处理技术实现电网智能化的决策、控制和服务。

　　智能电网中的物联网应用

　　物联网技术将进一步助力智能电网的实现，如设备状态的预测和调控，资产全寿命周期管理的辅助决策，电网与用户间的智能互动等。

　　利用物联网技术，通过在常规机组内布置各种传感器掌握机组运行状态，包括各种技术指标与参数，可提高常规机组运行维护水平;通过在坝体部署压力传感器群监测坝体变形情况，规避水库调度风险;通过各类气象传感器实时采集风电场、光伏发电厂的风速、风向、温度、湿度、气压、降雨、辐射等微气象信息，实现新能源发电的监控和预测。

　　利用物联网技术，通过各类传感器监测输变电设备的微气象环境、线路覆冰、导线微风振动幅度、导线温度与弧垂、输电线路风偏、杆塔倾斜度、图像视频、绝缘子污秽度等信息，与电网运行信息进行融合、分析，及时发现并消除缺陷，提高电网运行水平。

　　利用物联网技术，通过在杆塔、输电线路或重要设备上部署各种传感器，实现目标识别、侵害行为的有效分类和区域定位，提高电力设备全方位防护水平。

　　利用物联网技术，通过传感器监测电力现场作业人员、设备、环境等方面信息，实现智能化互动，减少误操作风险和安全隐患，提高作业效率和安全性。

　　利用物联网技术，能及时获知用户侧需求，有助于实现智能用电双向交互服务、智能家居、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电，提高供电可靠性和用电效率，并为节能减排提供技术保障。

　　利用物联网技术，通过传感器实时感知电动汽车运行状态、电池使用状态、充电设施状态以及当前网内能源供给状态并进行综合分析，实现对电动汽车、电池、充电设施、人员及设备的一体化集中管控、资源的优化配置。

　　利用物联网技术，通过各类传感器监测电力设备的全景状态信息，评估设备状态并预估寿命，为周期成本最优提供辅助决策等功能，实现电力资产全寿命周期管理，提高电网运行水平、管理水平。

　　智能电网和物联网的深度融合发展不仅能加强电厂、电网以及用户间的互联互动，提高电网信息化、自动化、互动化水平，也将使生活更智能、更节能，极大提升生活品质。

智能电网应用物联网的几大特性分析
(1)智能电网是自愈电网

　　"自愈"指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来，并且在很少或不用人为干预的情况下，可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的免疫系统。这是智能电网最重要的特征。

　　自愈电网进行连续不断地在线自我评估，以预测电网可能出现的问题，发现已经存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。

　　自愈电网确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。

　　自愈电网将尽量减少供电服务中断，充分应用数据获取技术，执行决策支持算法，避免或限制电力供应的中断，迅速恢复供电服务。

　　基于实时测量的概率风险评估将确定最有可能失败的设备、发电厂和线路;实时应急分析将确定电网整体的健康水平，触发可能导致电网故障发展的早期预警，确定是否需要立即进行检查或采取相应的措施;和本地和远程设备的通信将帮助分析故障、电压降低、电能质量差、过载和其他不希望的系统状态，并于这些分析，采取适当的控制行动。

　　自愈电网经常应用连接多个电源的网络设计方式。

　　当出现故障或发生其他问题时，在电网设备中先进的传感器确定故障并和附近的设备进行通信，以切除故障元件或将用户迅速地切换到另外可靠的电源上，同时传感器还有检测故障前兆的能力，在故障实际发生前，将设备状况告知系统，系统就会及时地提出预警信息。

　　(2)智能电网激励和包容用户

　　在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。

　　从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有助于平衡供求关系，确保系统的可靠性;从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。

　　在智能电网中，用户将根据其电力需求和系统满足其需求的能力，来调整、平衡其消费。

　　同时将满足用户在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电力需求的能力，通过降低线损和减少效率低下的调峰电厂的运营，使电力公司尽量减少资本开支和运营开支，同时也提供了大量的环境效益。

　　在智能电网中，与用户建立双向实时的通信系统是实现鼓励和促进用户积极参与电力系统运行和管理的基础。实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、计划停电信息，同时用户也可以根据这些信息制自己的电力使用的方案。

　　(3)智能电网具有抵御攻击的能力

　　电网安全性的全系统解决方案，拟在增强电网的抗攻击能力。电网经常受到物理攻击和网络攻击，该方案要求电网能够从供电中断故障中快速恢复供电。智能电网将展示被攻击后快速恢复的能力，甚至是对那些决心坚定和装备精良的攻击者发起反击。

　　电网安全性的全系统解决方案使智能电网的设计和运行具有阻止攻击的能力，最大限度地降低损失和快速恢复供电服务。智能电网也能同时承受对电力系统几个部分的攻击和在一段时间内多重协调的攻击。

　　智能电网的安全策略包含威慑、预防、检测、反应，以尽量减少和减轻对电网的影响。面对重大威胁信息，不管是物理攻击还是网络攻击，智能电网都能通过加强电力企业与政府之间的密切沟通，在电网规划中强调安全风险，加强网络安全，提高智能电网抵御风险的能力。

　　(4)智能电网提供满足21世纪用户需求的电能质量

　　电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。

　　用电设备的数字化对电能质量越来越敏感，电能质量问题可以导致生产线的停产，对社会经济发展造成重大的损失;因此，提供能满足21世纪用户需求的电能质量，是智能电网的又一重要特征。

　　但是电能质量问题又不是电力公司一家的问题，因此需要制定新的电能质量标准，对电能质量进行分级，因为并非所有的商业企业用户和居民用户都需要相同的电能质量。

　　电能质量可以从"标准"到"优质"进行分级，这取决于消费者的需求。它将在一个合理的价格水平上平衡负载的敏感度与供电的电能质量。

　　智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不同电能质量水平的需求，同时要将优质优价写入电力服务的合同中。

　　智能电网将减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。通过先进的监控电网基本元件，快速诊断并准确地提出解决任何电能质量事件的方案。

　　此外，智能电网的设计还要考虑减少由于闪电、开关涌流、线路故障和谐波源引起的电能质量的扰动，同时应用超导材料、储能以及改善电能质量的电力电子技术的最新研究成果来解决电能质量的问题。

　　另外，智能电网将采取技术和管理手段，使电网免受由用户的电子负载所造成的电能质量的影响，将通过监测和执行相关的标准，限制用户负荷产生的谐波电流注入电网。除此之外，智能电网将采用适当的滤波器，以防止谐波污染送入电网，恶化电网的电能质量。

　　(5)智能电网容许各种不同类型发电和储能系统接入

　　智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网的过程，类似于"即插即用"，这一特征对电网提出了严峻的挑战。改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。

　　各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。

　　商业用户安装自己的发电设备(包括高效热电联产装置)和电力储能设施将变得更加容易和更加有利可图。在智能电网中，大型集中式发电厂(包括环境友好型电源，如风电、大型太阳能电厂和先进的核电厂)将继续发挥重要的作用。

　　加强输电系统的建设，使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时各种各样的分布式电源的接入一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和恐怖袭击具有重要的意义。

　　(6)智能电网会促使电力市场蓬勃发展

　　在智能电网中，先进的设备和广泛的通信系统在每个时间段内支持市场的运作，并为市场参与者提供了充分的数据，因此电力市场的基础设施及其技术支持系统是电力市场蓬勃发展的关键因素。

　　智能电网通过市场上供给和需求的互动，可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量，降低潮流阻塞，扩大市场，汇集更多的买家和卖家。

　　用户通过实时报价来感受到价格的增长从而将降低电力需求，推动成本更低的解决方案以及新技术的开发，新型洁净的能源产品也将给市场提供更多选择的机会。

　　(7)智能电网使运行更加高效

　　智能电网优化调整其电网资产的管理和运行，以实现用最低的成本提供所期望的功能。这并不意味着资产将被连续不断地用到极限，而是有效地管理需要什么资产以及何时需要，每个资产将和所有其他资产进行很好的整合，以最大限度地发挥其功能，同时降低成本。

　　智能电网将应用最新技术以优化其资产的应用。例如，通过动态评估技术使资产发挥其最佳的能力，通过连续不断地监测和评价其能力，使资产能够在更大的负荷下使用。

　　(8)智能电网高速通信在线监测

　　智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。系统的控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的调整，选择最小成本的能源输送系统，可以提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。

　　此外，先进的信息技术将提供大量的数据和资料，并将集成到现有的企业范围的系统中，大大加强其能力，以优化运行和维修过程。这些信息将为设计人员提供更好的工具，创造出最佳的设计，为规划人员提供所需的数据，从而提高其电网规划的能力和水平。
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智能电网未来在中国大发展的四大关键点
位于上海世博会浦西园区内的国家电网馆已成为中国未来智能电网梦想的浓缩展示区。除了展馆的精彩，在世博年的上海，智能电网示范工程已悄然全面铺开。一系列重大项目开启不仅标志着上海成为世界上最大的“绿电城市”，也意味着上海将率先接轨智能电网这一全球性战略新兴产业。――上海世博会成为首个智能电网全面示范区

　　智能电网是传统电网与现代传感测量技术、通信技术、计算机技术、控制技术、新材料技术等高度融合形成的新一代电力系统，能够实现对电力系统的全方位监控和信息、电能的智能化统一管理。把传统电网改造成为新一代安全、高效、环保的电网，并形成新的产业，是国家经济转型的一个重要途径，被视作各国重塑经济与能源格局的重要动力。

　　我国第一个智能电网示范工程已在上海世博园率先投运，将整个世博园区建成了智能电网。该示范工程内容包括新能源接入(东海大桥海上风电场、崇明太阳能光伏、世博场馆太阳能光伏)、储能系统、智能变电站、配电自动化、故障抢修管理系统(TCM)、电能质量监测、用电信息采集、智能用电楼宇与智能家居、电动汽车充放电与入网等9个子工程。

　　虽然智能电网在世博会上是浓缩展示，但其包含的技术和项目却已经代表了我国智能电网的发展方向。包括单体容量世界第一的650Ah钠硫电池，中国第一个电动汽车充放电站，中国电力行业第一套故障抢修管理系统(TCM)，东海大桥海上风电场(100MW)(亚洲第一个并网运行的海上风电项目)，上海崇明岛前卫村光伏电站(1MW)(中国第一个光伏上网示范工程)等。

　　多个“第一”背后，还可反映出的是我国自主智能电网发展的基本结构和框架：如通过智能电表实现智能化用电信息采集，不但可实现自动抄表，也可让居民合理利用电价杠杆调整用电计划。配电网自动化可以实现更加智能化的配电，进一步优化电力资源的配置。电网电能监测系统可对电能质量进行实时监测、评估和治理。调度系统可实现新能源、风电、水电等“绿色能源”优先使用，并自动切除故障，有自愈功能。储能系统将解决以往电能无法储存的困境，实现削峰填谷、稳定间歇式能源电能质量，并提供应急电源。电动汽车应用是通过V2G(Vehicle-to-grid)电动车充电站，在智能电网和电动汽车之间形成可充放双向功能，不但推动未来汽车摆脱对石化资源的依赖，降低排放，更将汽车作为智能电网移动的储能装置。

　　――关注智能电网四大重头戏

　　智能电网未来在中国的大发展，有四大关键点值得关注：

　　一是“绿电”。我国智能电网的发展，有赖于清洁能源的大开发，包括水电、风电、太阳能光伏发电都是未来接入智能电网，优化国家能源结构，降低污染排放的关键性因素。尤其是近期投运的全球首个特高压向家坝-上海±800千伏直流输电示范工程，不仅将西南“绿电”送到了东部，更代表了我国建设坚强智能电网的基础。

　　二是电动汽车充放电技术。在世博国家电网馆的东北角，国际上最先进的电动汽车充放电技术――V2G已经开始应用。它能使电动车与电网进行互动，也就是电能可以互相传输。通过这种设计思路，当未来电动汽车大量应用时，电动汽车就成了智能电网的无数个移动储能装置，可随时将电能回输电网，支援城市用电的高峰负荷，从而大大节省发电能力投资，降低能耗。利用日夜电价差的价格杠杆，可以让这种智能电网与电动汽车的互动成为可能。

　　三是储能电池技术。由于电能具有瞬时性和季节性需求变化较大的特性，掌握电能储存方法是建设智能电网的关键。目前，中科院上海硅酸盐研究所与上海电力公司经过多年攻关，已完成了大容量城网储能钠硫电池的研发，建成了一条2兆瓦的中试生产示范线和一套10千瓦的储能系统示范装置，已成功完成2.2千瓦钠硫电池子模块的首次充放电，一举使我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。

　　四是智能家居。在浦东峨山路越富豪庭小区里，有一个上海世博会智能电网示范区，目前已经有100多户居民享受到了智能电网带来的便捷。这些用户使用了低压光纤、智能电表等新技术、新材料，使电力线、电话线、上网线和有线电视线实现了“多网融合”。

　　――发展智能电网潜力巨大上海将先试先行

　　国家电网总经理刘振亚表示，由于各国国情和基础条件的差异，发展智能电网的途径和重点也不尽相同。我国能源结构以煤为主，油气资源较为贫乏，目前人均能源消费水平也较低。加快水能、风能、核能、太阳能等清洁能源开发，对于保障能源安全和电力可靠供应、改善能源结构至关重要。同时，能源资源与生产力水平总体呈逆向分布。3／4以上的煤炭、水能以及风能、太阳能资源分布在北部、西部和西南地区，而2／3以上的能源需求集中在东部、中部地区，主要负荷中心与大型能源基地的距离一般都在800―3000公里。

　　因此，我国的电网发展必须立足于充分发挥电网在能源综合运输体系中的重要作用，以坚强的网架结构和强大的资源配置能力为基础，才能满足经济社会发展的需要。否则，不仅电网安全得不到保证，煤电运紧张的局面也难以从根源上解决。

　　根据规划，到2020年，全国范围内坚强智能电网将基本建成。届时，我国清洁能源装机将达到6亿千瓦，占全国总装机的35%左右，发电量将占总发电量的27%左右。

　　记者了解到，我国坚强智能电网技术标准建设分三步走：第一阶段，2009―2010年，建立体系框架、保障试点工程。初步形成坚强智能电网技术标准体系框架，重点制定／修订试点工程所需技术标准。第二阶段，2011―2015年，健全标准体系、支撑全面建设。滚动修订已有标准，补充制定所需标准，基本建成坚强智能电网技术标准体系，重点推进优势领域智能电网标准国际化。第三阶段，2016―2020年，完善标准体系、提升国际水平。优化完善坚强智能电网技术标准体系，全面推进坚强智能电网标准的国际化，提升坚强智能电网标准的国际水平。

　　借助世博会的示范效应，上海已率先成为智能电网示范区域，未来将进一步加快发展。日前，上海市政府与国家电网公司签署《智能电网建设战略合作协议》，双方将在加快国家电网公司上海智能电网研究与发展中心建设、加快电动汽车充电设施的建设、推动电力光纤设施建设服务三网融合发展、推动钠硫电池产业化、进一步扩大和完善智能电网示范应用等五个方面开展深度合作。上海已率先制定了《推进智能电网产业发展行动方案(2010-2012年)》。立足自主化，聚焦产业化，将在国内率先建成智能电网三大基地，即智能电网功能示范应用基地、智能电网关键技术研发基地、智能电网核心设备产业基地。到2012年，力争培育3-5家智能电网行业的龙头企业，形成有竞争力的智能电网产业集群，产业规模达到500亿元左右

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学习啦

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这玩意怎么搞呀