梁芷銘

[摘要]物聯(lián)網(wǎng)是一個多元、復合、虛實結(jié)合的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其最大的價值是將網(wǎng)中所有實體和虛體通過智能設備或軟件系統(tǒng)進行集成實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源的交互。物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)的應用更要體現(xiàn)電網(wǎng)中各實體或虛擬物體之間的交互。本文圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術在電網(wǎng)建設中的適用性，分析和闡述了物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的技術結(jié)合、技術應用，并列舉了一些物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中節(jié)點的應用。

[關鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)；智能電網(wǎng)；技術結(jié)合

[中圖分類號]F426[文獻標識碼]A[文章編號]1005-6432（2014）18-0022-03

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（RFID）、紅外感應、全球定位、激光掃描等信息傳感設備，遵循一定的技術協(xié)議把實物與互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)或通信專網(wǎng)等通信信息網(wǎng)連接起來的智能網(wǎng)絡，其主要的功能在于通過信息交互實現(xiàn)對實物的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理服務。物聯(lián)網(wǎng)通過智能傳感設備與通信信息網(wǎng)構(gòu)建的智能網(wǎng)絡使得實物之間形成協(xié)同和互動，相互感知、實時反饋。物聯(lián)網(wǎng)技術的適用性非常廣泛，畜牧溯源、無線種植、機場防入侵、個人保健、城市安全、數(shù)字家庭、文物保護、空間海洋探索、智能電網(wǎng)領域等。而物聯(lián)網(wǎng)技術與智能電網(wǎng)的融合將為電網(wǎng)建設提供更大的發(fā)展空間，在電力生產(chǎn)、電力輸送、電網(wǎng)管理等領域發(fā)揮重要作用。2012年，作為我國電網(wǎng)行業(yè)全面推進智能電網(wǎng)建設的第二年，智能電網(wǎng)互動化、信息化、智能化的建設已進入關鍵時期。智能電網(wǎng)的核心在于，構(gòu)建具備智能判斷與自適應調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡系統(tǒng)，可對電網(wǎng)與客戶用電信息進行實時監(jiān)控和采集，且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現(xiàn)對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運行的可靠性和能源利用效率。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術將成為智能電網(wǎng)最重要的技術支撐。

1物聯(lián)網(wǎng)技術結(jié)構(gòu)體系

物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)規(guī)?；膽茫麄€產(chǎn)業(yè)鏈需要進行系統(tǒng)的分析和梳理，達成共識，才能形成合力，形成技術和產(chǎn)業(yè)的突破。對概念和體系架構(gòu)形成系統(tǒng)的、一致的認識，我們可以把物聯(lián)網(wǎng)劃分為一個多層次技術組成的體系。從物聯(lián)網(wǎng)的定義及各類技術所起的作用來看，物聯(lián)網(wǎng)的關鍵核心技術應該是無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）技術，WSN技術貫穿物聯(lián)網(wǎng)的全部層次，是其他層面技術的整合應用，對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有提綱挈領的作用。WSN技術的發(fā)展，能為其他層面的技術提供更明確的方向。從技術體系來看，核心技術之感知層包括傳感器技術、射頻識別技術、二維碼技術、微機電系統(tǒng)和GPS技術；核心技術之信息匯聚層包括傳感網(wǎng)自組網(wǎng)技術、局域網(wǎng)技術及廣域網(wǎng)技術；核心技術之傳輸層包括通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、3G網(wǎng)絡、GPRS網(wǎng)絡、廣電網(wǎng)絡、NGB；核心技術之運營層包括專家系統(tǒng)、云計算、API接口、客戶管理、GIS、ERP等；核心技術之應用層則包括垂直行業(yè)應用、系統(tǒng)集成、資源打包等。從現(xiàn)實角度來講，應用層主要是根據(jù)行業(yè)特點，借助互聯(lián)網(wǎng)技術手段，開發(fā)各類的行業(yè)應用解決方案，將物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢與行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營、信息化管理、組織調(diào)度結(jié)合起來，形成各類的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，構(gòu)建智能化的行業(yè)應用。如交通行業(yè)，涉及的就是智能交通技術；電力行業(yè)采用的是智能電網(wǎng)技術；物流行業(yè)采用的是智慧物流技術等。行業(yè)的應用還要更多涉及系統(tǒng)集成技術、資源打包技術等。

2物聯(lián)網(wǎng)技術和智能電網(wǎng)的技術結(jié)合

智能電網(wǎng)的本質(zhì)是能源替代和兼容利用，它需要在開放的系統(tǒng)和共享信息模式的基礎上，整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的運行和管理。信息流的控制是整個智能電網(wǎng)的核心，我們講的物聯(lián)網(wǎng)其實有三個大的要素：信息的采集、信息的傳遞和信息的處理，其中，關鍵性的技術可能是在信息采集上面。物聯(lián)網(wǎng)最大的革命性變化就是信息采集手段的不同，即通過傳感器等實時獲取需要采集的物品、地點及其屬性變化等信息。

智能電網(wǎng)主要是通過終端傳感器在客戶之間、客戶和電網(wǎng)公司之間形成即時連接的網(wǎng)絡互動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向的效果，從而整體提高電網(wǎng)的綜合效率。智能電網(wǎng)實現(xiàn)電力流、信息流、業(yè)務流高度一體化的前提，在于信息的無損采集、流暢傳輸、有序應用。各個層級的通信支撐體系是智能電網(wǎng)信息運轉(zhuǎn)的有效載體。通過充分利用智能電網(wǎng)多元、海量信息的潛在價值，可服務于智能電網(wǎng)生產(chǎn)流程的精細化管理和標準化建設，提高電網(wǎng)調(diào)度的智能化和科學決策水平，提升電力系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性。

3智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術應用分析

智能電網(wǎng)建設的價值目標主要體現(xiàn)在四個方面，一是讓現(xiàn)有的輸電能力和各級電力設備利用率，能夠通過更好的監(jiān)控，提高輸電利用率；二是通過監(jiān)控降低冗余從而提高電網(wǎng)設備的利用率；三是加強用戶端需求監(jiān)控和檢測，保證用戶的用電質(zhì)量，進而提供更好的用電服務；四是便于大規(guī)模可再生能源的接入。

智能電網(wǎng)從功能上可以分層解構(gòu)為中間物理系統(tǒng)、高層控制中心及周邊監(jiān)控系統(tǒng)。智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的區(qū)別在于增加智能傳感設備，采集更多的數(shù)據(jù)和信息，消除電網(wǎng)檢測的盲點。現(xiàn)階段電網(wǎng)中僅有對電站的電流電壓和量測的裝置，通常220千伏以上的節(jié)點才有，所以必須進一步提升節(jié)點分布，增加智能傳感設備，分層分區(qū)進行數(shù)據(jù)采集。同時要增加一些檢測控制，加強傳感測量的保護。目前的電網(wǎng)在通信網(wǎng)絡方面已進行了很多融合應用，如果要提升電網(wǎng)的智能化水平，必須基于物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控增加互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)絡方面的信息采集，從調(diào)度中心的角度，現(xiàn)在EMS調(diào)度中心需要增加更加智能的分析決策和智能化的執(zhí)行。

從智能電網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展來看，兩者都必須具備基礎架構(gòu)特性，所謂基礎架構(gòu)特性簡言之即為工業(yè)化、標準化、層次化和結(jié)構(gòu)化的技術體系。從應用價值來看，基礎架構(gòu)對工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展起支撐作用；從應用體驗來看，具備基礎架構(gòu)特性的技術才能提供更加便利和經(jīng)濟的服務。所以物聯(lián)網(wǎng)若要在智能電網(wǎng)中大規(guī)模應用，勢必要將兩張網(wǎng)進行工業(yè)化、標準化、層次化和結(jié)構(gòu)化融合，讓物聯(lián)智能電網(wǎng)成為一個一體化的技術體系。由于智能電網(wǎng)是多元化的系統(tǒng)集成體，其硬件、軟件包括軟硬件的集成都需要構(gòu)建交互渠道，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)技術構(gòu)建的軟件內(nèi)部的交互無法滿足智能電網(wǎng)多元化的交互需求，且由于軟硬件的模式、標準存在差異性和多元性，勢必需要打通這種差異和多元的交互瓶頸，所以軟件方面要通過中間件技術提煉架構(gòu)特性。智能電網(wǎng)的信息流同樣是軟硬件多元的流動渠道，傳感網(wǎng)要把傳感器獲取的信息加進到架構(gòu)里面，這就需要加強從傳感到控制的實時配合，把數(shù)據(jù)中心和用戶緊密結(jié)合起來，加強兩者之間的信息流動，可以使數(shù)據(jù)中心的資源提供給用戶。

物聯(lián)網(wǎng)是感知、控制、執(zhí)行的全過程技術體系，網(wǎng)中所有的資源、設備、元件必須通過一定的中間件載體進行集成。從現(xiàn)階段來看，這種中間件載體的發(fā)展還無法滿足大規(guī)模集成應用。如果要形成一個系統(tǒng)的基礎架構(gòu)解決方案，務必需要一個更理想的中間件來打通所有環(huán)節(jié)。至少要把嵌入式的傳感器實時計算實時傳輸、海量數(shù)據(jù)中心、用戶移動終端設備這三方面很好地結(jié)合起來。這就需要對用戶進行移動數(shù)據(jù)終端拓展，對數(shù)據(jù)源傳感器兩邊進行拓展，從而做到一定程度的集成應用。從目前的實例應用來看，大電網(wǎng)光域氣網(wǎng)的阻尼控制系統(tǒng)，基于海量的實測數(shù)據(jù)，能夠?qū)ο到y(tǒng)的運行狀態(tài)，進行實時的分析和辨識，考慮電網(wǎng)的相關設備的性能，對是否出現(xiàn)低頻振蕩，是否出現(xiàn)穩(wěn)定性方面的隱患，能夠形成預警，以形成相應的決策措施，在事故發(fā)生時能夠使裝置進行協(xié)調(diào)工作，能夠恢復策略，能夠協(xié)調(diào)措施。

物聯(lián)網(wǎng)是一個集感知、通信、網(wǎng)絡、計算控制系統(tǒng)為一體的數(shù)物復合型系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展就是基礎架構(gòu)智能化的過程，需要從基礎架構(gòu)學的角度進行科學、系統(tǒng)研究。物聯(lián)網(wǎng)是否成功取決于行業(yè)應用是否成功，智能電網(wǎng)是其中的典型代表。物聯(lián)網(wǎng)的感知和控制是通過通信、網(wǎng)絡和計算的環(huán)節(jié)集成在一起，有效的物聯(lián)網(wǎng)軟件中間件是其中的關鍵。物聯(lián)網(wǎng)軟件中間件實現(xiàn)嵌入式計算的實時性，數(shù)據(jù)中心的高效性和終端設備的移動性的完美結(jié)合。

4物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中的應用體現(xiàn)

其一，物聯(lián)網(wǎng)將電廠設備納入監(jiān)控。電廠的生產(chǎn)設備采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每條生產(chǎn)線路上都進行了相應的編號，當某一路設備出現(xiàn)故障時，如線路電壓的不穩(wěn)定，爐膛壓力異常情況，希望通過采集器采集到的各種數(shù)據(jù)，如有功功率，主蒸汽等數(shù)據(jù)，經(jīng)判斷后將必要的預警和報告信息準確發(fā)送至相關負責人。通過電廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，協(xié)助電廠從定時的人工監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)槿珪r的自動監(jiān)控。其二，物聯(lián)網(wǎng)讓配電網(wǎng)絡更智能。配網(wǎng)自動化終端由配網(wǎng)設備和移動數(shù)據(jù)終端構(gòu)成，采用RS485/232接口和配網(wǎng)設備連接，將相應監(jiān)控數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)組2M終端監(jiān)控管理系統(tǒng)。應用中心系統(tǒng)采用專線或隧道的方式，與M2M終端監(jiān)控管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)。 M2M終端監(jiān)控管理系統(tǒng)負責接收配網(wǎng)設備上傳的業(yè)務數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)。業(yè)務數(shù)據(jù)也可通過移動數(shù)據(jù)終端接收后，直接上傳到應用中心系統(tǒng)。該應用方案中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術可以對變壓器的各相電表電度量、大用戶用電情況等信息進行監(jiān)視；通過分析配電終端監(jiān)控器上傳的信息，來判斷故障區(qū)域；還可以及時發(fā)現(xiàn)存在故障的設備點，并基于配變控制終端實施遠程控制操作，進行故障區(qū)段與非故障區(qū)段配電網(wǎng)的隔離；對于監(jiān)測到的跳閘等異常狀態(tài)，可以快速實施遠程合閘動作。其三，物聯(lián)網(wǎng)讓設備巡檢更便捷。在電力設備、桿塔上安裝RFID標簽，RFID標簽就像身份證一樣，記錄其一切信息，包括編號，建成時間、日常維護、修理過程及次數(shù)，此外還可以記錄桿塔相關地理位置和經(jīng)緯坐標，以便構(gòu)建基于GIS的電力網(wǎng)分布圖。根據(jù)基于GIS的電力網(wǎng)分布圖來查看設備、桿塔分布，以便快速確定問題桿塔的地理位置，從而為巡檢人員提供有效的標示信息。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)可以實時采集電表運行指標給抄表平臺，實現(xiàn)對電表的實時計費管理，真正實現(xiàn)對最終用戶用電量調(diào)度管理。

5智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術的應用價值

物聯(lián)網(wǎng)技術將進一步助力智能電網(wǎng)的實現(xiàn)，如設備狀態(tài)的預測和調(diào)控，資產(chǎn)全壽命周期管理的輔助決策，電網(wǎng)與用戶間的智能互動等。具體表現(xiàn)為：通過在常規(guī)機組內(nèi)布置各種傳感器掌握機組運行狀態(tài)，包括各種技術指標與參數(shù)，可提高常規(guī)機組運行維護水平；通過在壩體部署壓力傳感器群監(jiān)測壩體變形情況，規(guī)避水庫調(diào)度風險；通過各類氣象傳感器實時采集風電場、光伏發(fā)電廠的風速、風向、溫度、濕度、氣壓、降雨、輻射等微氣象信息，實現(xiàn)新能源發(fā)電的監(jiān)控和預測；通過各類傳感器監(jiān)測輸變電設備的微氣象環(huán)境、線路覆冰、導線微風振動幅度、導線溫度與弧垂、輸電線路風偏、桿塔傾斜度、圖像視頻、絕緣子污穢度等信息，與電網(wǎng)運行信息進行融合、分析，及時發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，提高電網(wǎng)運行水平；通過在桿塔、輸電線路或重要設備上部署各種傳感器，實現(xiàn)目標識別、侵害行為的有效分類和區(qū)域定位，提高電力設備全方位防護水平；通過傳感器監(jiān)測電力現(xiàn)場作業(yè)人員、設備、環(huán)境等方面信息，實現(xiàn)智能化互動，減少誤操作風險和安全隱患，提高作業(yè)效率和安全性；通過智能監(jiān)控和實時反饋能及時獲知用戶側(cè)需求，有助于實現(xiàn)智能用電雙向交互服務、智能家居、家庭能效管理、分布式電源接入以及電動汽車充放電，提高供電可靠性和用電效率，并為節(jié)能減排提供技術保障；通過各類傳感器監(jiān)測電力設備的全景狀態(tài)信息，評估設備狀態(tài)并預估壽命，為周期成本最優(yōu)提供輔助決策等功能，實現(xiàn)電力資產(chǎn)全壽命周期管理，提高電網(wǎng)運行水平、管理水平?？偠灾悄茈娋W(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的深度融合發(fā)展不僅能加強電廠、電網(wǎng)以及用戶間的互聯(lián)互動，提高電網(wǎng)信息化、自動化、互動化水平，也將使生活更智能、更節(jié)能，極大提升生活品質(zhì)。

6物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中的應用現(xiàn)狀及不足

物聯(lián)網(wǎng)作為一個新興產(chǎn)業(yè)，目前還處在起步階段。其本身的發(fā)展及其行業(yè)應用方面都存在一定的不足。就物聯(lián)網(wǎng)技術本身而言存在下列問題：首先，技術標準不完善、編碼標準不統(tǒng)一。目前多種物品編碼方式共存，企業(yè)無所適從，甚至很多自行編碼，不利于統(tǒng)一管理和信息共享；海量的物品編碼后，每個編碼到底對應什么物品、承載什么樣的信息、提供什么類型的服務、適配什么樣的服務接口等，需要公共統(tǒng)一的解析平臺進行查詢、解析、翻譯和定位。目前中科院計算機網(wǎng)絡信息中心推出了“物聯(lián)網(wǎng)標識公共服務平臺”，初步實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)從局域到互聯(lián)、企業(yè)應用從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的跨越，推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)從技術理念走向日常公共應用服務。其次，技術不成熟、推廣應用成本高。物聯(lián)網(wǎng)應用大多需自建，互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下為企業(yè)提供了很多可選的SaaS服務，企業(yè)的運營成本較低、可選擇余地較大，應用種類豐富。物聯(lián)網(wǎng)應用大多需要企業(yè)自行建設，項目建設存在物品沒有真正上網(wǎng)，投入資金大、運營成本高等風險。再次，物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)尚未完全開放。物品的網(wǎng)絡沒有過渡到物聯(lián)網(wǎng)，應用系統(tǒng)封閉，信息不能互通。產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間存在信息甚至應用共享的需求，同時開放和互聯(lián)也是互聯(lián)網(wǎng)的核心特征之一。需要打破信息孤島，構(gòu)建可管理、可交換、可對接的通用的應用和數(shù)據(jù)規(guī)范。最后，物聯(lián)網(wǎng)應用信息尚存在一定安全隱患?；ヂ?lián)網(wǎng)存在的信息安全問題，同樣在物聯(lián)網(wǎng)上存在，甚至物聯(lián)網(wǎng)上還有大量潛在的信息安全風險尚未發(fā)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)分為傳感與M2M等部分，是傳感模塊和組網(wǎng)模塊共同構(gòu)成的多元復合型網(wǎng)絡，由于網(wǎng)絡終端海量化且信號多暴露在公共場所，一旦軟件傳輸和軟件控制出現(xiàn)問題，后果可能非常嚴重。

參考文獻：

[1]黨琦.基于射頻識別技術的IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學，2009.

[2]趙雨，陳金鷹，丁然，等.物聯(lián)網(wǎng)引領第三次信息產(chǎn)業(yè)革命[C].四川省通信學會2010年學術年會論文集，2010：22-25.

[3]錢彬，莫日宏.物聯(lián)網(wǎng)：為電網(wǎng)裝上智慧大腦[J].中國電信業(yè)，2010（10）：53-55.

[4]錢彬，莫日宏.物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中的應用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2010（12）：51-53.

[5]高遠，楊小剛，倪航，等.物聯(lián)網(wǎng)技術在電子商務網(wǎng)站中的應用[J].科技致富向?qū)В?011（7）：57，36.

[6]肖榮春.物聯(lián)網(wǎng)：人類邁向智能的傳播[J].聲屏世界，2011（2）：62-63.