引言
近年來,，隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)概念的提出,，許多與智能電網(wǎng)相融合的新技術(shù)也不斷被提出，其中一個(gè)很典型的例子,就是面向智能電網(wǎng)（SmartGrid）的物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）技術(shù)的問世,。智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合作為一種具有極高戰(zhàn)略意義的新型產(chǎn)業(yè)技術(shù),，被世界各國(guó)高度重視，我國(guó)也對(duì)其極其重視,，將物聯(lián)網(wǎng),、智能電網(wǎng)列為國(guó)家戰(zhàn)略，并全面部署了眾多重大科技項(xiàng)目,、示范工程的建設(shè),。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物，該技術(shù)的應(yīng)用,，能有效地對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行整合,，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)通信水平，改善當(dāng)前電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用率,。
1 物聯(lián)網(wǎng)
1.1 概念
1999年,，麻省理工學(xué)院的Auto-ID實(shí)驗(yàn)室最早提出“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，它的定義較為簡(jiǎn)單：把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理,。
最初提出的“物聯(lián)網(wǎng)”理念是指，通過裝置在各類物體上的電子標(biāo)簽,，傳感器,、二維碼等經(jīng)過接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連,，從而給物體賦予智能，可以實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通和對(duì)話,，也可以實(shí)現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對(duì)話,。這種將物體聯(lián)接起來的網(wǎng)絡(luò)被稱為“物聯(lián)網(wǎng)”。
1.2 特征
物聯(lián)網(wǎng)的核心是物與物以及人與物之間的信息通信,。故而物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括以下三點(diǎn)：
?。?）可感知。通過射頻識(shí)別（RFID）,、二維碼,、傳感器等感知、捕獲,、測(cè)量技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)信息收集和獲取,。
（2）可互聯(lián),。先將物體接入信息網(wǎng)絡(luò),，再借助各種通信網(wǎng)絡(luò)（如因特網(wǎng)等），可靠地進(jìn)行信息實(shí)時(shí)通信和共享,。
?。?）智能化。通過各種智能計(jì)算技術(shù),，對(duì)獲取的海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理,，從而實(shí)現(xiàn)智能化決策和控制。
根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的上述基本特征及其信息流程,，可以得到如圖1的功能模型示意圖,。
（1）信息獲取,。包括信息感知和信息識(shí)別,，信息感知是指對(duì)事物狀態(tài)信息的敏感和知覺；信息識(shí)別則是指把所感受到的事物狀態(tài)信息表示出來,。
?。?）信息傳輸,。包括信息發(fā)送,、傳輸和接收等環(huán)節(jié)，最終完成把獲取的數(shù)據(jù)信息從空間（或時(shí)間）上的一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)的任務(wù),，即通常所說的通信過程,。
（3）信息處理,。指對(duì)信息的加工過程,，其目的是獲取事物的狀態(tài)信息,，實(shí)現(xiàn)對(duì)事物的認(rèn)知，并利用當(dāng)前狀態(tài)信息產(chǎn)生新的信息,，即所謂的制定決策的過程,。
（4）信息施效,。指信息發(fā)揮最終效用的過程,，有很多實(shí)現(xiàn)形式，其中最重要的就是調(diào)節(jié)相關(guān)對(duì)象事物的狀態(tài)信息,，從而使對(duì)象達(dá)到預(yù)期的狀態(tài),。
2 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)需求
智能電網(wǎng)中一個(gè)很重要的部分，就是處于網(wǎng)絡(luò)末端的傳感器,，其原理及作用與物聯(lián)網(wǎng)的感知層是一致的,，它是智能電網(wǎng)中具有廣泛的應(yīng)用空間，是實(shí)現(xiàn)智能化不可或缺的關(guān)鍵部分,。它應(yīng)用在電網(wǎng)建設(shè),、電網(wǎng)安全生產(chǎn)管理、運(yùn)行維護(hù),、信息采集,、安全監(jiān)控、計(jì)量及用戶交互等各個(gè)方面,，可以全面提高智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息感知深度,、廣度以及密度，提高電力系統(tǒng)的智能化程度,，促進(jìn)以及“信息流,、業(yè)務(wù)流、電力流的高度融合”的實(shí)現(xiàn),。物聯(lián)網(wǎng)的相應(yīng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā),、輸、變,、配,、用環(huán)節(jié)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。
發(fā)電機(jī)組監(jiān)控,、廠區(qū)監(jiān)控、污染物及氣體排放監(jiān)控,、能耗監(jiān)控,、抽水蓄能監(jiān)控、風(fēng)電廠監(jiān)控、功率預(yù)測(cè),、光伏發(fā)電站監(jiān)控,、生物質(zhì)發(fā)電、儲(chǔ)能監(jiān)控,、電源接入等方面都需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持,。在輸電線路監(jiān)控、桿塔防護(hù),、智能變電站,、配電自動(dòng)化、狀態(tài)監(jiān)測(cè),、作業(yè)與設(shè)備管理等方面也對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用需求,。甚至在智能表計(jì)及高級(jí)量測(cè)、智能用電,、多網(wǎng)融合,、電動(dòng)汽車及充電、能效監(jiān)測(cè)與管理,、電力需求側(cè)管理等也成為智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的主要方面,。
隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)步伐的不斷加快，人們對(duì)于智能化用電的需求不斷提升,。智能家電,、智能小區(qū)等逐步走入人們的日常生活，這就使得智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的迫切性加劇,，因此將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)中,，是智能電網(wǎng)構(gòu)建過程中的必然。
3 物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用的基本架構(gòu)
為了滿足物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)需求,，物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)開放的,、分層的、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),。面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)大致分為感知層,、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層次，如圖3,。
3.1 感知層
感知層是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“物物相聯(lián),，人物互動(dòng)”的基礎(chǔ)，通常分為感知控制子層和通信延伸子層,。其中,，感知控制子層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能感知識(shí)別、信息采集處理及自動(dòng)控制,；通信延伸子層通過通信終端模塊或其延伸網(wǎng)絡(luò)將物理實(shí)體聯(lián)接到其上面兩層,。
圖3面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
具體而言,，感知控制子層主要通過各種新型MEMS傳感器,、基于嵌入式系統(tǒng)的智能傳感器,、智能采集設(shè)備等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)屬性,、環(huán)境狀態(tài),、行為態(tài)勢(shì)等靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的信息進(jìn)行大規(guī)模、分布式的信息獲取,。通信延伸子層所用技術(shù)比較廣泛,，對(duì)于電網(wǎng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)基本采用光纖通信方式，而對(duì)于輸電線路在線監(jiān)測(cè),、電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè),，除利用光纖傳遞信息外，也一定程度上應(yīng)用了無線傳感技術(shù),。在用電信息數(shù)據(jù)采集和智能用電方面,，所用到的通信技術(shù)主要涉及到窄帶電力線通信、寬帶電力線通信,、短距離無線通信,、光纖復(fù)合低壓電纜及無源光通信、公網(wǎng)通信等,。
3.2 網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層以電力光纖網(wǎng)為主,，以電力線載波通信網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)為輔,，從感知層設(shè)備采集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),，負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡(luò)之間的接入，主要用來實(shí)現(xiàn)信息的傳遞,、路由和控制,，分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，以保證物聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通,。
在智能電網(wǎng)應(yīng)用中,，考慮到對(duì)數(shù)據(jù)安全性、傳輸可靠性及實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求,，物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞,、匯聚與控制主要借助于電力通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，在條件不具備或某些特殊條件下也可依托于公眾電信網(wǎng),。其中,，核心網(wǎng)主要由電力骨干光纖網(wǎng)組成，并輔以電力線載波通信網(wǎng),、數(shù)字微波網(wǎng),。而接入網(wǎng)則以電力光纖接入網(wǎng)、電力線載波、無線數(shù)字通信系統(tǒng)為主要的手段,，從而電力寬帶通信網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了一個(gè)高速的雙向?qū)拵ǖ男啪W(wǎng)絡(luò)平臺(tái),。
3.3 應(yīng)用層
應(yīng)用層主要由應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施和各種應(yīng)用兩大部分組成。其中,，應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供信息處理,、計(jì)算等通用基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、能力及資源調(diào)用接口,，并在此為基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用,。面向智能電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用涉及智能電網(wǎng)生產(chǎn)和管理中的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過運(yùn)用智能計(jì)算,、模式識(shí)別等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的整合分析處理,，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的決策、控制和服務(wù),，最終電網(wǎng)各應(yīng)用環(huán)節(jié)的智能化水平得以提升,。
4 物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用模型
2010年，世界博覽會(huì)在上海成功舉辦,，世博園區(qū)各場(chǎng)館都應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),，尤其是國(guó)家電網(wǎng)館，在向人們展示智能電網(wǎng)美好藍(lán)圖的同時(shí),，通過各種仿真模擬,，讓人們體驗(yàn)到了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)完美結(jié)合后的智能與便捷。
4.1 電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在常規(guī)機(jī)組內(nèi)部安置一定數(shù)量的傳感監(jiān)測(cè)點(diǎn),，于是可以實(shí)時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行情況,，這包括它的各種技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)，從而提高常規(guī)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)水平,。例如,，通過在水電站壩體安裝傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)壩體變化情況,，以規(guī)避水庫(kù)運(yùn)行可能存在的風(fēng)險(xiǎn),。同樣地，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以對(duì)風(fēng)能,、太陽能等新能源發(fā)電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),、控制以及功率預(yù)測(cè)等。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),，可以大幅提高一次設(shè)備的感知能力,，使其能與二次設(shè)備很好地結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合處理,、數(shù)據(jù)傳輸,、綜合判斷等功能,，極大地提高電網(wǎng)的技術(shù)水平和智能化程度。
此外,，輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)是物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用,，它也可以提高對(duì)輸電線路運(yùn)行狀況的感知能力，包括氣象條件,、覆冰,、導(dǎo)地線微風(fēng)振動(dòng),、導(dǎo)線溫度與弧垂,、輸電線路風(fēng)偏、桿塔傾斜等內(nèi)容的監(jiān)測(cè),。輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意如圖4,。
圖4電網(wǎng)線路在線監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)電力設(shè)備的環(huán)境狀態(tài)信息、機(jī)械狀態(tài)信息,、運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警診斷,，提前做好相應(yīng)的故障預(yù)判、設(shè)備檢修等工作,，從而提高了設(shè)備檢修,、自動(dòng)診斷和安全運(yùn)行水平。
4.2 電力生產(chǎn)管理
因電力生產(chǎn)的管理較為復(fù)雜,，管理電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)難度相當(dāng)大,，從而伴有誤操作、誤進(jìn)入等安全隱患存在,。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行身份識(shí)別,、電子工作票管理、環(huán)境信息監(jiān)測(cè),、遠(yuǎn)程監(jiān)控等,，方便地實(shí)現(xiàn)了調(diào)度指揮中心與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的實(shí)時(shí)互動(dòng)。圖5為基于物聯(lián)網(wǎng)的電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)監(jiān)管系統(tǒng),。
而在電力巡檢管理上,，利用射頻識(shí)別（RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPS）,、地理信息系統(tǒng)以及無線通信網(wǎng),，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)識(shí)別標(biāo)簽輔助設(shè)備定位,，實(shí)現(xiàn)了人員的到崗監(jiān)督,，從而監(jiān)督工作人員參照標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的工作流程，進(jìn)行輔助狀態(tài)檢修和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),。在塔基下,、桿塔上及輸電線路上安裝地埋振動(dòng)傳感器,、壁掛振動(dòng)傳感器、傾斜傳感器,、距離傳感器,、防拆螺栓等設(shè)備，并結(jié)合輸電線路狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要桿塔較好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和防護(hù),。如圖6為桿塔防護(hù)系統(tǒng)。
4.3 電力資產(chǎn)全壽命周期管理
在電力設(shè)備中應(yīng)用射頻識(shí)別和標(biāo)識(shí)編碼系統(tǒng),，對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行身份管理,、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、全壽命周期管理,，自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取數(shù)據(jù),，從而在技術(shù)上為實(shí)現(xiàn)電力資產(chǎn)全壽命周期管理、提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率,、提升管理水平提供了更好的支撐,。
4.4 智能用電
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有利于智能用電雙向交互服務(wù)、用電信息采集,、家居智能化,、家庭能效管理、分布式電源接入以及電動(dòng)汽車充放電的實(shí)現(xiàn),，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的雙向互動(dòng),、提高供電可靠性與用電效率以及節(jié)能減排的技術(shù)保障。
在電動(dòng)汽車,、電池,、充電設(shè)施中安裝傳感器和射頻識(shí)別裝置，實(shí)時(shí)感知電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài),、電池使用狀態(tài),、充電設(shè)施狀態(tài)以及當(dāng)前網(wǎng)內(nèi)能源供給狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車及充電設(shè)施的綜合監(jiān)測(cè)與分析,，并保證電動(dòng)汽車運(yùn)行在穩(wěn)定,、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行,。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也方便于家居智能化的實(shí)現(xiàn),。借助于在各種家用電器中內(nèi)嵌的智能采集模塊和通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)家用電器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化,，完成對(duì)家用電器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè),、分析以及控制；借助于在家中安裝門窗磁報(bào)警,、紅外報(bào)警,、可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測(cè),、有害氣體監(jiān)測(cè)等傳感器，可以實(shí)現(xiàn)家庭安全防護(hù),；借助于應(yīng)用無線,、電力線載波技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)水,、電,、氣表自動(dòng)抄收；借助于光纖復(fù)合低壓電纜,、電力線載波以及智能交互終端,，可以實(shí)現(xiàn)用戶與電網(wǎng)的交互，以及相關(guān)的通信服務(wù),、視頻點(diǎn)播和娛樂信息等服務(wù),。如圖7為物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應(yīng)用,。
5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合有著眾多的優(yōu)點(diǎn),，得到各界的大力宣傳與研究，但由于其研究還處于起步階段,，各方面研究還并不深入,，因而它也面臨著眾多的挑戰(zhàn)。
?。?）標(biāo)準(zhǔn)化體系的缺失,。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展還剛剛起步，即使在全世界范圍內(nèi),，也沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系,。標(biāo)準(zhǔn)的缺失將大大限制相關(guān)技術(shù)的正常發(fā)展和產(chǎn)品規(guī)模化應(yīng)用的步伐,。因此,，標(biāo)準(zhǔn)化體系的建立，已然成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要先決條件,，也是制約物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大瓶頸,。
（2）擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)亟待突破,。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)得以可持續(xù)發(fā)展的根本驅(qū)動(dòng)力,，如果沒有掌握關(guān)鍵的核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)就不具備有核心競(jìng)爭(zhēng)力,，因而在未來的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中也會(huì)處處受制于人,。因此，迅速建立起國(guó)家級(jí)和區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)研究中心,，研究并掌握擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵,。
（3）國(guó)家安全和個(gè)人隱私保護(hù)需要得到保障,。由于電力是關(guān)系國(guó)際民生的基礎(chǔ)性行業(yè),，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，因此維持電力安全是所有事業(yè)的根本前提,，而從目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展水平來講,，其中的一系列安全問題還沒有得到解決，也沒有形成較為成熟的物聯(lián)網(wǎng)安全解決方案,。所以從某種程度上講,，物聯(lián)網(wǎng)的安全性是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)很大阻礙，加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全性的研究,，也關(guān)乎物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的成敗,。
6 結(jié)語
在智能電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，體現(xiàn)了智能電網(wǎng)信息化,、自動(dòng)化,、互動(dòng)化的特征，是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然選擇,。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能電網(wǎng)的相互融合以及廣泛應(yīng)用,，能通信基礎(chǔ)設(shè)施資源和電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行有效整合，大幅提高電力系統(tǒng)信息化水平,、安全運(yùn)行水平,、可靠供電及優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，降低線損,、提高電能傳輸效率和使用效率,。隨著它的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將與智能電網(wǎng)有著更多的滲透與融合,，也必將給未來電網(wǎng)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。