国家电网物联网技术研究框架.pdf

2010 年 8 月目 录1 前言.32 总体研究思路.32.1 总体技术线路.32.2 研究课题分类.42.3 总体目标 .43 物联网研究内容.53.1 总体构架研究.53.1.1 面向电网应用的物联网应用需求分析与应用模式研究.53.1.2 面向电网应用的物联网体系架构研究.53.2 基本技术研究.63.2.1 电力物联网感知技术研究.63.2.2 电力物联网通信关键技术研究.73.2.3 电力物联网信息处理技术研究.93.2.4 电力物联网可信接入网关及中间件技术研究.103.3 电网应用研究.113.3.1 风光储联合发电厂（站）气象监测技术研究.113.3.2 现场作业管理物联网技术研究.123.3.3 物联网技术在电网设备状态监测系统中的应用研究.133.3.4 面向电力设施防护及安全保电的物联网技术研究.143.3.5 面向智能用电与用电信息采集的物联网技术研究.143.3.6 基于物联网的电动汽车管理信息化技术研究.153.3.7 物联网在电力资产管理中应用研究.163.3.8 物联网在绿色机房智能管理中应用研究.173.3.9 电力物联网综合展示平台.173.4 物联网安全防护体系研究.193.5 标准体系研究.203.6 物联网测试与仿真技术研究.214 实施计划.22文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 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ZM2A3T9Q6C81前言物联网应用于智能电网是信息通信技术发展到一定阶段的必然结果，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，使信息通信服务于电力系统运行，提高电力系统信息化水平，改善现有电力系统基础设施的利用效率。物联网技术应用于智能电网，将能有效地为电网中发电、输电、变电、配电、用电等环节提供重要技术支撑，为国家节能减排目标做出贡献。面向智能电网应用的物联网研究将依托于信息通信领域的前沿成熟技术，针对电网运行的特点和实际需求，以及智能电网的建设和发展方向，建立物联网技术体系，在实现协同感知、实时监测、信息采集、故障诊断、辅助作业等功能的同时，具备可靠稳定、经济高效、规范标准、友好互动四个方面的基本特征。可靠稳定是物联网在我国智能电网中应用的必要前提。可靠、稳定、安全、准确的采集感知、通信传输、处理决策环节，是抵御多重故障、外力破坏、信息攻击、防灾抗灾的基础。经济高效是物联网技术在我国智能电网发电、输电、变电、配电、用电等环节大规模应用的基本要求。通过物联网对信息整合及共享，可以为电网安全生产、高效运营提供技术手段。利用物联网技术可以实现全网资源和资产全寿命周期管理，提高资产及投资利用率，提升电力企业的精益化管理水平。规范标准是我国面向智能电网应用的物联网技术发展理念。物联网的标准规范应能够为电网发展提供长期的、广泛的先进技术支撑，充分利用电网资源向社会提供附加增值服务，适应技术进步和需求变化。友好互动是面向智能电网应用的物联网技术的主要特征之一。一是面向智能电网应用的物联网技术能够依据多维状态信息，为智能电网提供辅助决策依据；二是在保证电网安全的条件下，物联网技术为智能电网提供双向的交互手段，激励电源侧、用户侧主动参与电网安全运行，实现发电及用电资源优化配置。2总体研究思路2.1总体技术线路物联网技术在智能电网中的应用，具有需求及应用场景多样化的特点，需根据在智能电网中的应用特点对现有物联网技术进行网络系统优化设计，包括网络布设、区域覆盖、网络结构、标准接口、服务中间件、系统安全等方面，以网架建设为基础，控制为手段，实现贯穿从发电、输电、变电、配电、用电到调度的各环节的智能化控制与管理。在具体实现过程中，针对智能电网各环节的具体功能和业务需求，研究物联网架构中感知层、汇聚层、应用层体系，设计通信及组网方案、网络协议、编码、安全和接口规范等。利用物联网产品电子代码（EPC）、射频识别技术（RFID）、微纳传感技术、全球定位技术等，实现对智能电网中电气设备、输电线路、辅助设施、工作人员的识别、监测与管理，其技术特点是能在多种场合下满足智能化电网各重要环节上信息获取的实时性、准确性、全面性的需求。依托于物联网透彻的信息感知、可靠的数据传输、健全的网络架构及海量信息的智能管理和多级数据的高效处理等技术，实现电网及电气设备运行参数的在线监测，对设备状态的预测、预防、调控，基于可靠监控信息建立输电线路的辅助决策和配电环节的智能决策，加强与用户间的双向互动，以及新的增值服务等。文档编码:CL4K6G7T6R7 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ZM2A3T9Q6C82.2研究课题分类物联网技术研究基本技术研究电网应用研究安全技防护体系研究标准体系研究物联网测试仿真技术研究电力物联网中间件技术研究风光储联合发电厂（站）气象监测技术研究现场作业管理物联网技术研究物联网技术在电网设备状态检测系统中的研究面向电力设施防护及安全保电的物联网技术研究总体架构研究面向电网应用的物联网应用需求分析与应用模式研究物联网在电力资产管理中应用研究面向电网应用的物联网体系架构研究电力物联网感知技术研究电力物联网通信关键技术研究电力物联网信息处理技术研究面向智能用电与用电信息采集的物联网技术研究物联网在绿色机房智能管理中应用研究基于物联网的电动汽车管理信息化技术研究电力物联网综合展示平台研究2.3总体目标物联网技术在智能电网中的应用目标是：将物联网在传感技术方面的优势应用到电力系统中，在用户与电网公司之间形成实时、双向、互动的信息通信网络，从而提高电网系统输、变、配、用等环节的管理效率、运行效率和安全性，响应国家节能减排的号召，为实现低碳绿色经济做出贡献。分阶段目标：第一阶段（2010 年-2011 年）：研究试点阶段研究物联网在智能电网各个环节的应用模式，提出电力物联网系统总体架构模型，开展电力物联网信息处理需求和中间件需求的调研，初步形成电力物联网系统的架构及其应用需求。文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 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年）：引领提升阶段。在国网公司范围内全面建成智能电网的统一业务和管理平台，在物联网专用芯片、应用系统开发、标准体系、信息安全、无线宽带、软件平台、测试技术、实验技术等方面全力部署，全面解决发输变配用电环节的信息交互和信息管理，主要业务应用达到国际先进水平，有效提升电网系统的运行和管理效率。3物联网研究内容3.1总体构架研究3.1.1面向电网应用的物联网应用需求分析与应用模式研究（1）国内外研究现状：物联网应用于智能电网能有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，提高电力系统信息化水平，改善现有电力系统基础设施的利用效率，实现低碳经济和绿色增长。智能电网的实施也将极大带动物联网技术产业发展。近年来，在智能电网相关的清洁能源及接入、储能、特高压输电、大电网运行控制、灵活交流输电、数字化变电站与数字化电网、配电网自动化、状态检修与资产全寿命周期管理、自动抄表和自动测量、定制电力、通信、信息化等技术领域积极开展试点、示范工程建设以及智能电网标准化的研究和制定。2009 年，国家电网公司先后启动了智能用电信息采集系统、智能变电站、配网自动化、智能用电、智能调度、风光储、上海世博会等智能电网示范工程。目前，国网信通、中国电科院、国网电科院已积极开展物联网在智能电网输电、变电、配电、用电等环节应用研究。（2）研究内容：根据我国智能电网发展要求，分析智能电网发电、输电、变电、配电、用电、调度和信息通信各个环节对物联网技术应用的需求；研究现有电力系统传感设备与物联网的关系及融合，研究并分析物联网在智能电网各个环节的应用模式、应用模型与数据模型；（3）预期目标：提出智能电网发电、输电、变电、配电、用电、调度和信息通信各个环节对物联网技术应用的需求；提出物联网在智能电网各个环节的应用模式、应用模型与数据模型。（4）实施安排：2010 年 6月-2010 年 8 月：智能电网物联网需求调研分析，完成需求分析报告；2010 年 9 月-2010 年 12 月：研究物联网在智能电网各个环节的应用模式研究，完成物联网在智能电网的应用模型与数据模型的研究报告；3.1.2面向电网应用的物联网体系架构研究（1）国内外研究现状：在国内，物联网技术起步较早，几乎与国际同步，中科院在1999 年就启动了物联网研究，在物联网通信技术、微型传感器、传感器终端机等方面取得重大进展，已初步形成从材料、技术、器件、系统到网络的产业链。在世界物联网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的重要参与国，在某些方面甚至是国际标准的主导国。随着电信网络特别是无线网络的扩展，传感技术的发展，我国推广物联网的条件逐步趋向成熟。文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 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ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8在电网领域，随着智能电网建设的深入开展，物联网技术在智能电网中也有一定应用，相关研究机构在输电线路在线监测、电气设备状态检修、资产全寿命周期管理、自动抄表与自动测量、水电站水文监测等领域开展了试点工程建设。（2）研究内容：研究并提出物联网在智能电网应用中需要解决的关键技术；研究物联网和智能电网融合条件下的坚强智能电网信息通信网络体系架构；研究面向智能电网应用的物联网网络架构、技术架构。（3）预期目标：提出满足智能电网发展需求的电力物联网网络层次模型、技术体系以及信息通信网络体系架构的研究报告。（4）实施安排：2010 年 6 月-2010 年 8 月：开展电力物联网系统总体架构研究，提出电力物联网网络层次模型；2010 年 9 月-2010 年 12 月：开展电力物联网技术架构研究，提出电力物联网的技术体系架构和关键技术；2011年 1月-2011 年 5 月：研究物联网和智能电网融合条件下的坚强智能电网信息通信网络体系架构，提出智能电网和物联网融合条件下的电力信息通信网络体系架构的研究报告。3.2基本技术研究3.2.1电力物联网感知技术研究（1）国内外研究现状：目前，业界一般将物联网划分为感知层、网络层和应用层。分别负责完成对物理世界数据的信息采集、数据传输和数据处理及应用辅助决策。其中感知层层是利用传感技术和识别技术实现对智能电网各应用环节相关信息的采集。传感和识别技术的发展方向是低成本、低功耗、新型化、微型化、智能化、综合化。传感器技术依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术，对基础技术和综合技术要求非常高。目前传感器整体在被检测量类型和精度、稳定性可靠性、低成本、低功耗方面还没有达到规模应用水平，是物联网发展的重要瓶颈之一，有待在材料、工艺、原理上继续研究，提高技术成熟度。整体上来看，我国传感器产业处于初期发展阶段，基础传感器芯片研发生产薄弱、企业规模偏小、技术标准缺乏、创新体系不完善、应用领域不广、层次偏低、运营模式不成熟。因此，在发展过程中必须兼顾传感器、传感器网芯片、传感节点、操作系统、数据库软件、中间件、应用软件、系统集成、网络与内容服务、智能控制系统及设备等核心产业以及集成电路、网络与通信设备、软件等支撑产业的发展。虽然欧美等国传感技术较我国先进，掌握有更多核心关键技术，但传感技术总体处于起步阶段，整体技术水平在功能、成本、可靠性方面尚有很大提升空间。传感器网络方面，无线传感器网络逐渐成为国际主流，其技术研发基本面向应用定制，在嵌入平台上进行技术和产品研究。识别技术相对较为成熟，开始步入发展期。RFID、二维编码、定位、GIS 等识别技术已经实现规模化应用，标准体系比较清晰。目前RFID 编码技术进入到全球统一标识标准争夺的关键阶段。从全球产业格局来看，目前RFID 产业主要集中在RFID 技术应用比较成熟的欧美市场。美、英、德、日、瑞典、瑞士、南非等国家均有较为成熟且先进的RFID产品，RFID 被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。目前，我国RFID 企业总数虽然超过一百家，产业链虽已初步形成，但是缺乏关键核心技术，特别是在超高频RFID 方面。文档编码:CL4K6G7T6R7 HT8A10M5R8M2 ZM2A3T9Q6C8文档编码:CL4K6G7T6R7 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ZM2A3T9Q6C8（2）研究内容：传感器技术的研发侧重以下方面：1）半导体硅、石英晶体、功能陶瓷、以及复合、薄膜、形状记忆合金材料等新材料新功能的新型传感器，2）MEMS等微型化传感器，3）能处理和存储信息的智能化传感器，4）多敏感元件综装在同一芯片上的多功能传感。重新分类根据智能电网的实际需求，充分利用已有技术成果，在智能电网的发电、输电、变电、配电、用电环节研制基于电力物联网的专用传感器。传感器网络方面，以面向电力行业的应用定制为主，在嵌入平台上进行技术和产品研究。开展传感器网络的处理器、存储器、电源、收发器、嵌入式硬件