楊歷偉　楊歷華

【摘 要】首先簡要介紹了智能電網(wǎng)（SG）的歷史和主要特點，主要闡述了SG中大數(shù)據(jù)的生成，然后介紹了物聯(lián)網(wǎng)與發(fā)展現(xiàn)狀，最后引入了萬物互聯(lián)的概念及其在SG整個生命周期中的作用。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；萬物互聯(lián)；物聯(lián)網(wǎng)

1 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)（Smart Grid，SG）即以計算機和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，所實現(xiàn)的電網(wǎng)智能化，又可以稱為電網(wǎng)2.0。通過對先進技術(shù)的應(yīng)用以及對設(shè)備的更新，電網(wǎng)運行的安全性與可靠性得到了極大的提高，不僅能夠有效滿足當(dāng)前用戶的用電要求，同時也能夠容許不同發(fā)電形式的接入，提高了電網(wǎng)的運行效率。人們對智能電網(wǎng)（SG）的期望中，關(guān)鍵特性有：它是自愈（從電源干擾事件）；它使消費者能夠積極參與需求響應(yīng)；它對物理和網(wǎng)絡(luò)有彈性攻擊；優(yōu)化資產(chǎn)利用率和運營效率。

為了實現(xiàn)上述期望，SG涉及用數(shù)百萬的智能補充電網(wǎng)電子設(shè)備，例如相量測量單元（PMU），故障指示器，智能電表，電動車充電器，它將發(fā)送和接收數(shù)百萬件每分鐘數(shù)據(jù)以產(chǎn)生可操作的信息和使用，這些信息增強了操作和控制電氣系統(tǒng)。PMU不僅安裝在電網(wǎng)節(jié)點中，也在電廠獲得更好（和更便宜的）發(fā)電機特性設(shè)計這樣的網(wǎng)格?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議版本6（IPv6）消除了技術(shù)限制可連接的設(shè)備數(shù)量互聯(lián)網(wǎng)，理論上允許數(shù)萬億（1038）越來越多的數(shù)據(jù)。預(yù)計SG的開發(fā)意味著需要解決以下任務(wù)：

1）將現(xiàn)有電網(wǎng)升級為智能配電網(wǎng)（SDG）；

2）微網(wǎng)發(fā)展及其連接（或不）可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)；

3）建立新的信息通信系統(tǒng)（ICT）實現(xiàn)雙向聯(lián)系消費者—零售商；

4）創(chuàng)建一個新的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)；

5）建設(shè)一個新的綜合能源市場。

SG意味著大數(shù)據(jù)數(shù)量的增加在網(wǎng)格內(nèi)循環(huán)并與之交換環(huán)境。這個事實只是有關(guān)的與SG的發(fā)展。在現(xiàn)實中的增加大數(shù)據(jù)不僅涉及其他工業(yè)分支，而且也產(chǎn)生科學(xué)學(xué)科，過濾和存儲不僅是數(shù)字，而且有時是模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字。大模擬數(shù)據(jù)可以被認為是大數(shù)據(jù)的一個子集，但他們是不同的特點，對于他們的信息系統(tǒng)需要以幾十千兆赫的速率進行數(shù)字化，通常在大位寬度。第二個區(qū)別是更多重要，因為大模擬數(shù)據(jù)信息不斷由自然和人為來源產(chǎn)生。物理實驗可以在每秒產(chǎn)生幾十兆字節(jié)。例如噴氣發(fā)動機或電動機的測試動力渦輪機產(chǎn)生相似量的數(shù)據(jù)； SG測量可以在一個月的過程中產(chǎn)生TB級的數(shù)據(jù)，這意味著互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生和傳遞的數(shù)據(jù)量正在快速增長。每天，產(chǎn)生大約TB級數(shù)據(jù)。通過連接數(shù)十億的設(shè)備互聯(lián)互通，企業(yè)每年可以節(jié)省數(shù)萬億美元運營成本。連接設(shè)備的數(shù)量按以下速率增長：2006—20億，2015—數(shù)十億，2020—50億和到2015年數(shù)據(jù)增長應(yīng)達到90%的應(yīng)用，因此有必要使用新工具用于大數(shù)據(jù)管理。有必要記住，連接一個設(shè)備意味著必須使用傳感器。

2 從物聯(lián)網(wǎng)（IoT）到萬物互聯(lián)（IoE）

2.1 基本注意事項

目前很多文獻都講到物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things， IoT），先從兩個IoT定義開始：“物聯(lián)網(wǎng)（IoT）：一個全球性的基礎(chǔ)設(shè)施信息社會，實現(xiàn)先進的服務(wù)基于現(xiàn)有的互連（物理或虛擬）事物可互操作的信息和通信技術(shù)”。物聯(lián)網(wǎng)是“一個動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施具有自配置功能標(biāo)準和互操作通信協(xié)議物理和虛擬“事物”有身份，物理屬性和虛擬個性并使用智能接口，并無縫集成到信息網(wǎng)絡(luò)。歐洲數(shù)字議程介紹了下面的解釋：“物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是一個技術(shù)和市場開拓基礎(chǔ)互相連接日常物品應(yīng)用程序。物聯(lián)網(wǎng)將使智能生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用和服務(wù)，這將提高和簡化人們的生活”。

物聯(lián)網(wǎng)理念暗示了其他概念，如互聯(lián)網(wǎng)（IoS），萬物互聯(lián)（IoE），物聯(lián)網(wǎng)（WoT），當(dāng)然代表物聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)我們考慮M2M（人對人）的關(guān)系時，M2T（人到事），M2P（人對人），P2P（人到人）和D2D（設(shè)備到設(shè)備），我們最終到達IoE（互聯(lián)網(wǎng)到一切）。物聯(lián)網(wǎng)是唯一的可識別對象及其虛擬表示形式互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而目前互聯(lián)網(wǎng)支持僅人工連接。物聯(lián)網(wǎng)理念吸引了科學(xué)家，工程師和一些知名公司，例如：CISCO，Google X，IBM，Intel和Oracle研發(fā)必要的軟件。它導(dǎo)致了會議、研討會數(shù)量的增加；歐盟支持IoT-A項目。

CISCO收集了一個列表，指定以下步驟的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展：提供給條形碼和RFID幫助自動化庫存，跟蹤和基本識別；目前：強大的連接傳感器，對象，設(shè)備，數(shù)據(jù)和應(yīng)用；下一步稱為“認知IoT”，促進對象和跨應(yīng)用程序域的數(shù)據(jù)重用，利用超連接性，互操作性解決方案語義豐富的信息分布，在不同層次，如在物體，設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和基于證據(jù)的應(yīng)用程序決策和優(yōu)先級設(shè)置上，整合智能。

2.2 IOT應(yīng)用領(lǐng)域

目前物聯(lián)網(wǎng)可用于在各領(lǐng)域的人們的領(lǐng)域活動中，如健康，科學(xué)，技術(shù)，社會各方面，例如在以下方面可以看到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的例子，如智能/食品/水監(jiān)測；智能健康；Smart Living；智能環(huán)境監(jiān)測；智能制造；智能能源；智能建筑；智能交通和移動；智能工業(yè)；智慧城市，等等。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，人們可以找到一個領(lǐng)域的概念應(yīng)用——智能電網(wǎng)。 SG包括電力網(wǎng)，電網(wǎng)和大規(guī)模對象，設(shè)備數(shù)量，消費者連接通信和信息基礎(chǔ)設(shè)施享受增值服務(wù)，通過智能數(shù)據(jù)處理，管理電力生產(chǎn)和對消費者交付電，被認為是典型的萬物互聯(lián)（IoE）系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)日益重要的原因是什么？讓我們考慮一個帶有傳感器的城市交通系統(tǒng)。數(shù)據(jù)由每個傳感器登記的信息傳送到調(diào)度中心，然后被發(fā)送回傳感器；如果在城市的傳感器是智能的，那么信息之間的交流可以通過控制交通調(diào)度命令（危險事故除外），就可以縮短了響應(yīng)時間，同時減少數(shù)據(jù)的數(shù)量。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)管理中的應(yīng)用

CISCO執(zhí)行模擬來測試IoT結(jié)果應(yīng)用的未來。以下領(lǐng)域的結(jié)果提出：在機會上，在未來十年14.4萬億美元的價值（凈利潤）股權(quán)，由連接驅(qū)動未連接的P2P，M2P和M2M通過IoE（資產(chǎn)利用2.5萬億美元，員工生產(chǎn)力2.5萬億美元，供應(yīng)鏈條和物流2.7萬億美元，客戶體驗3.7美元萬億，創(chuàng)新包括減少進入時間市場3.0萬億美元。在行業(yè)視角上，能源公司有M2M連接中最大的IoE價值。第三和最大的價值將通過提供一個機會跨越所有行業(yè)，智能電網(wǎng)是對主動監(jiān)控和管理設(shè)備能力的基礎(chǔ)，這是能源公司的一個強項。 IoE為公司提供了新的商業(yè)模式，其中最終意味著降低能量分配的成本，自動化計費和服務(wù)呼叫以及提供主動響應(yīng)環(huán)境條件。

2.4 選定的IoT應(yīng)用程序問題

雖然物聯(lián)網(wǎng)正在擴大，但必須記得操作系統(tǒng)的數(shù)量使用IoT不算太高。主要原因包括：制定標(biāo)準、軟件，缺乏設(shè)計、安裝和操作方面的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)驗；非常高的投資成本?！癏TTP在舊的互聯(lián)網(wǎng)中使用請求至少需要9個TCP數(shù)據(jù)包，甚至更多如果我們考慮由于連接性差導(dǎo)致的分組丟失；純文本頭可以得到非常詳細，不交付保證和消耗能源的開銷。作為一個典型的企業(yè)安排將有數(shù)千或數(shù)百萬傳感器使用HTTP是沒有意義和發(fā)送遙測到一些分裂任務(wù)的服務(wù)器處理數(shù)據(jù)是必要的”。今天發(fā)送100位數(shù)據(jù)消耗約5μJ，測量加速度約為50μJ，進行完整測量：測量+轉(zhuǎn)換+發(fā)射消耗250-500μJ。因此，連續(xù)收獲100μW，是可以進行一次完整的測量，可以在幾秒內(nèi)找到非常有趣的計算，收獲自主無線傳感器的能量處理。必須記住，根據(jù)不同的類型測量參數(shù)/過程，上面的計算可能提供不同的值。

3 討論

智能電網(wǎng)的發(fā)展在早期是一個昂貴的過程，需要應(yīng)用解決方案，確保降低運營成本。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在整個SG生命周期，表示可能的解決方案之一。值得將直流電應(yīng)用在低智能配電網(wǎng)和智能建筑中，這一點將消除AC/DC和DC/AC變換的數(shù)量。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]