物联网技术与智能电网融合的有益探索

核心提示 国家电网有限公司2019年“两会”提出建设“三型两网、世界一流”企业的战略目标，要打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网。在电网向信息化、自动化、互动化方向发展的过程中，物联网技术的应用至关重要。

 

2012年，公司就开始探索物联网技术与智能电网的融合发展，由国网科技部牵头，实施了由国家发改委立项的国家智能电网管理物联网应用示范工程，在北京、山东、上海、江苏、浙江等多地开展智能电网物联网示范工程试点建设。该工程是对物联网技术在智能电网中应用的有益探索，工程成果在多地电网发挥着重要作用。

 

建设时间：2012年1月到2013年12月

 

参与单位：国家电网原物联网技术中心及国网信通产业集团下属智芯公司、亿力吉奥、国电通公司等单位

 

建设区域：包括国家电网公司经营区域11个省（自治区、直辖市）

 

建设内容：涉及智能电网发、输、变、配、用等各个环节，涵盖输电设备及线路状态监测系统、输电线路无人机智能巡检系统、分布式发电及微电网接入控制、电动汽车充换电设施及运营管理系统、智能小区/楼宇、智能园区、配网状态监测等七个领域。

 

 

物联网技术是实现智能电网信息化、自动化、互动化的重要手段

 

智能电网作为物联网最主要的应用场景之一，受到业界广泛关注。感知、传输和处理在智能电网中无处不在，物联网技术将在电网建设、安全生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量及用户交互等方面发挥巨大作用，可以全方位提高智能电网各个环节的信息感知深度和广度，为实现电力系统的智能化以及信息流、业务流、电力流提供支持。

 

“智能电网信息化、自动化、互动化的特征，决定了传统电网需要在各个环节与先进物联网技术相融合，物联网则是实现这三大特征的重要推手。随着智能电网建设以及物联网技术的大量应用，将会形成一个以电网网络为依托，覆盖城乡并连接家庭、用户、用电设备的庞大物联网网络。智能电网和物联网的相互渗透、深度融合和广泛应用，将有效整合通信和电力系统的基础设施资源，提高电力系统信息化水平、安全运行水平、可靠供电及优质服务水平。”国家电网原物联网技术中心主任李祥珍说。

 

随着新型传感技术的问世、通信关键技术的攻克，以及大数据与云计算技术的蓬勃发展，我国在技术上已具备打造全业务泛在电力物联网的可能，后续可以进一步加大对物联网技术在智能电网中应用的探索力度。

 

“传统配电网管理模式不满足新时期配电网发展需求，迫切需要深入应用‘云大物移智’等先进技术，从本质上提升配电网建设、运维、管理水平，满足能源转型需求。”国网设备管理部处长吕军说。例如，可以在管控手段薄弱的配电网应用“云大物移智”等先进技术，通过构建以智能配变终端为核心的配电物联网，进一步实现信息系统与配电系统的融合，提升区域能源管理能力，满足分布式能源接入、多元化负荷管控需求，提升中低压配电网精益化管理水平。

 

未来，智能电网和物联网二者将相互渗透、深度融合。物联网技术将成为实现智能电网信息化、自动化、互动化的重要技术手段。电网智能化将成为拉动物联网产业，甚至整个信息通信产业发展的强大驱动力，并将有力推动其他行业的物联网应用，进而提高我国社会生产生活等各方面的信息化水平。

 

物联网技术可应用于智能电网发、输、变、配、用各环节

 

国家智能电网管理物联网应用示范工程是对物联网技术在智能电网中如何应用的一次探索与尝试，包含287项智能电网试点项目，部署了电压电流、温湿度、噪声、拉力、风偏等65种传感装置，大幅提升了智能电网发电、输电、变电、配电和用电环节的信息采集、智能处理和双向互动能力，取得了良好的经济和社会效益。

 

示范工程在智能无线传感器、高安全射频识别标签、多模信息融合处理技术、超高压输电线路强电磁环境可靠通信、无人机飞行控制系统、负荷优化控制等方面取得了一批具有自主知识产权的研究成果，申请专利55项，其中发明专利14项，软件著作权7项，发布国家电网企业标准3项。

 

实践证明，物联网已成为智能电网信息化、自动化、互动化三大特征的重要支撑技术。示范工程的实施，提高了电力系统信息化水平、安全运行水平、可靠供电及优质服务水平，促进了电网智能化设备、电动汽车、新能源装备、居民及工业用电设备的产业化发展，对相关产业带动提升作用明显。

 

——工信部产业发展中心智能电网与装备专家委员会主任刘建明

 

 

浙江省鹿西岛分布式发电并网示范工程利用海岛风、光资源在时间上的互补性，实现高渗透率下别墅群风光互补供电模式，利用基于物联网的无线传感器技术交互信息，实现群与群之间能量互补，为岛上建筑群提供分布式供能系统；采用满足微网监控需求的基于物联网技术的控制通信协议扩展，以及适应分布式电源接入的信息模型扩展，实现具备开放、标准、充裕、强健、集成特征的微网双向通信网络架构，满足微网监控系统高实时性、高灵活性和高可靠性的要求。

 

山东长岛间歇式可再生能源海岛电网示范工程通过采用基于物联网感知层高速信息采集技术，建立了海岛微电网内运行设备、环境气象、输配电线路的全景运行状态信息监控平台，解决了海岛电网在高可再生能源渗透率条件下并网/孤岛双模式稳定运行及平稳切换中的技术难题；开发了海岛微电网“源、网、荷”电压/频率优化控制策略，实现了对微电网运行控制的全方位功率/能量支撑，保障了35千伏海岛微电网并网/孤岛多模态运行控制的电压/频率稳定性。

 

 

宁夏输电设备及线路状态监测系统示范工程采用模型驱动技术，实现了输变电设备智能评估诊断系统与生产管理信息系统、调度自动化系统、状态监测系统的集成和信息融合；采用人工神经网络、多信息融合处理等技术，实现了设备状态的实时诊断和风险评估；提出并设计了输变电设备红外图谱数据的诊断分析方法，解决了红外图谱数据在各个系统之间的共享和统一管理、分析问题。

 

福建输电线路无人机智能巡检系统示范工程基于无人机传感系统，首次研发了适用于山区电网巡检的专用无人机飞行控制系统，开发了能够应对山区复杂环境的多种飞行安全策略；基于物联网的传感系统，研究实现了无人直升机在电力系统防灾减灾和线路巡视中的高压线避障技术；基于物联网的信息处理中心，自主研发了基于三维电网地理信息系统（GIS）开发无人机地面测控系统，提高了整个系统的自动化水平。

 

辽宁输电线路无人机智能巡检系统示范工程将智能机器人技术与无人直升机相结合，发明了一种具有强环境适应性的无人直升机自主控制器，创新提出针对特殊地理环境应用的无人直升机自主飞行控制方法体系，实现了无人直升机的全自主飞行。该项目还发明了一种机载抗干扰实时数据采集及传输系统，以及基于视觉的输电线路自动检测识别系统，实现了与超高压输电线路强电磁环境的兼容以及特殊地理环境下的远距离通信，并解决了无人直升机输电线路自主跟踪问题，实现了无人直升机自动巡线作业。

河南鹤壁物联网示范工程将环境监测和状态监测两大类共13种传感器，综合应用于配网设备，实现了配网设备状态检修和全寿命周期管理等功能。

 

项目结合实际应用情况，提出了各种传感器优化配置模型，实现了配网设备运行工况的全景监测和综合判断。

 

此外，项目成功研制出电缆屏蔽层泄漏电流和智能零序电流等新型无线传感装置，并将该类传感器首次应用于配网设备监测，实现了电缆屏蔽层主绝缘泄漏电流、变压器低压侧零序电流的实时监测，为监测电缆主绝缘和变压器三相负荷不平衡提供了新手段。

 

该项目解决了传统手段难以满足当前设备状态评价的问题，并创新设备全寿命周期管理手段，提升了设备状态检修和全寿命周期管理水平。

 

 

江苏电动汽车充换电设施及运营管理系统示范工程通过在动力电池箱安装物联网电子标签，标示该组电池的物理及电气特性，实现充换电服务网络中动力电池实时在线监测、全生命周期管理等应用；在换电设备上安装电子标签识别设备，实现动力电池的性能监测、巡视维护等应用。电动汽车运营管理系统通过“三网”（智能电网、物联网、交通网）技术融合，实现对电动汽车用户跨区域全覆盖的“三同”（同网、同质、同价）服务的智能充换电服务网络发展模式。同时，电动汽车也能在不使用时向电网反向输电，兼具储能功能。

 

北京智能小区项目和江西用电实证项目均提出居民客户的双向互动用电及相应的用电激励政策方案和居民用电空调负荷自动调控方案，建立了不同客户的分析模型，阐述客户需求侧管理系统内在规律。

 

上海智能小区/智能楼宇项目首次基于用电可视化、负荷优化控制等物联网相关技术，研究客户空调作为负荷控制资源的可行性及其实施效果；首次提出用于居民用电管理的完整指标体系，全面地量化客户响应行为的效果。在智能楼宇方面，该项目采用关联事件并发处理技术，实现了对各行业间关联并发事件的处理，形成了数据整合策略。