物联网在智能电网领域的应用.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date物联网在智能电网领域的应用物联网在智能电网领域的应用物联网在智能电网领域的应用引言近年来,随着坚强智能电网概念的提出,许多与智能电网相融合的新技术也不断被提出,其中一个很典型的例子,就是面向智能电网(SmartGrid)的物联网(InternetofThings)技术的问世。智能电网与物联网的融合作为一种具有极高战略意义的新型产业技术,被世界各国高度重视,我国也对其极
2、其重视,将物联网、智能电网列为国家战略,并全面部署了众多重大科技项目、示范工程的建设。一、物联网与智能电网1.1.1物联网的概念与特征根据欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组在2009年9月15日发布的研究报告定义:物联网是未来互联网的一个组成部分,可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议。且具有自配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的物都有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。该组织的主要研究目的是便于欧洲内部不同RFID和物联网项目之间的组网;协调包括RFID的物联网研究活动;对专业技术平衡,以使得研究效果最大化;在项目之间简历协同机制。物联网的
3、核心是物与物以及人与物之间的信息通信。故而物联网的基本特征可概括以下三点: (1)可感知。通过射频识别(RFID)、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术对物体进行实时信息收集和获取。 (2)可互联。先将物体接入信息网络,再借助各种通信网络(如因特网等),可靠地进行信息实时通信和共享。 (3)智能化。通过各种智能计算技术,对获取的海量数据信息进行分析和处理,从而实现智能化决策和控制。1.1.2物联网在中国的发展目前,我国已成为世界制造业中心,信息技术发展迅速,物联网技术研究已迫在眉睫物联网可划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的3层体系。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的核心能力。全面感知
4、是指利用RFID、二维码、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段随时随地对物体进行信息采集和获取。可靠传送是指通过各种通信网络与互联网的融合,将物体接入信息网络,随时随地进行可靠的信息交互和共享。智能处理是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理,提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力,实现智能化的决策和控制。1.1.3物联网未来的发展趋势物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”,是继通信网之后的另一个万亿级市场。业内专家认为,物联网一方面可以提高经济效益,大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏
5、提供技术动力。美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究,工业和信息化部会同有关部门,在新一代信息技术方面正在开展研究,以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。此外,普及以后,用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器,为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照对物联网的需求,需要按亿计的传感器和电子标签,这将大大推进信息技术元件的生产,同时增加大量的就业机会。物联拥有业界最完整的专业物联产品系列,覆盖从传感器、控制器到云计算的各种应用。产品服务智能家居、交通物流、
6、环境保护、公共安全、智能消防、工业监测、个人健康等各种领域。构建了“质量好、技术优、专业性强,成本低,满足客户需求”的综合优势,持续为客户提供有竞争力的产品和服务。物联网产业是当今世界经济和科技发展的战略制高点之一,据了解,2011年,全国物联网产业规模超过了2500亿元,预计2015年将超过5000亿元。1.2.1智能电网的概念与特征通过信息化手段,使能源资源开发、转换(发电)、输电、配电、供电、售电及用电的电网系统的各个环节,进行智能交流,实现精确供电、互补供电、提高能源利用率、供电安全,节省用电成本的目标。这样的电力网络,称为智能电网。根据美国能源局现代电网发展报告,目前的论述普遍智能电
7、网的七大特征:1)具有自我修复的能力(自愈性)2)激发用户主动参与电网的运作(激励性)3)抵御袭击(安全性)4)提供高质量的电能,减少停电损失(高质量)5)能够容纳各种发电和蓄电形式(新能源参与)6)繁荣电力市场7)优化设备运行,降低电网运行费用通过IT创建开放的系统和建立共享信息模式的基础,整合系统中的数据,可以优化电网的运行和管理,让电网更智能,从物联网的三个层次提高电网的可靠性、管理效率和服务水平。1.2.2智能电网在中国的发展我国的智能电网研究起步相对较晚,从大电网和中低压电网2个角度同时切入,已经完全成熟并产业化的成果相对较少。但在很多方面的研究成果已经为发展智能电网奠定了一定的基础
8、。2009年国家电网投资达3500亿元,重点仍然在于特、超高压电网以及跨区送电工程。2009年起,国家电网,35年,投入五六百亿元,60-80%投往远程控制、交互智能等我国电网的建设现状中有两个突出矛盾:a伴随着我国社会经济的快速发展,电力消费增长十分迅速,满足电力需求的任务繁重。b我国能源资源分布和经济发展的极不平衡,同时现有电网网架结构不够坚强,制约经济发展的影响很大。考虑我国电网建设的现状,在建设中国特色的电网生产中,应该参考欧美国家的经验,制定出切实可行的路线和方案建设坚强的智能电网。1.2.3未来智能电网所需技术在以“未来电网及电网技术发展预测和对策”为主题的香山科学会议第436次研
9、讨会上,专家们认为,从现在起到2050年,将是我国电网向智能化转型的过渡期,而能否在高效率、安全性和可持续发展方面经受住挑战,则有赖于储能、输电、调度配置等相关技术取得重大突破。 为了实现能源的可持续开发、提高系统的稳定性和能源利用效率,智能电网迫切地需要和物联网技术紧密的结合。二、物联网技术在智能电网领域应用大有可为智能电网主要是通过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动,实现数据读取的实时、高速、双向的效果,从而整体提高电网的综合效率。国家电网公司智能电网实现电力流、信息流、业务流高度一体化的前提,在于信息的无损采集、流畅传输、有序应用。各个层级的通信支撑体系是坚强
10、智能电网信息运转的有效载体。通过充分利用坚强智能电网多元、海量信息的潜在价值,可服务于坚强智能电网生产流程的精细化管理和标准化建设,提高电网调度的智能化和科学决策水平,提升电力系统运行的安全性和经济性。智能电网的核心在于,构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统,可对电网与客户用电信息进行实时监控和采集,且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户,实现对电能的最优配置与利用,提高电网运行的可靠性和能源利用效率。智能电网的本质是能源替代和兼容利用,它需要在开放的系统和共享信息模式的基础上,整合系统中的数据,优化电网的运行和管理。面向智能电网的物联网
11、从技术方案的角度来讲,网络功能仍集中于数据的采集、传输、处理三个方面:一是数据采集倾向于更多新型业务。由于宽带接入技术的支持,物联网应用不局限于数据量的限制,在未来的大规模应用中可以提供更多的数据类型业务,如重点输电线路监测防护、大规模实时双向用电信息采集。二是网内协作模式的数据传输。以网内节点的协作互助为基本方式,解决数据传输问题。以各种成熟的接入技术为物理层基础,从MAC层以上,通过多模式接入、自组织的路由寻址方式、传输控制、拥塞避免等技术实现节点协作数据传输模式。三是网内数据融合处理技术。物联网不仅仅是一个向用户提供物理世界信息的传输工具,同时还在网络内部对节点采集数据进行融合处理,是一
12、个具有高度计算能力和处理能力的云计算信息加工厂,用户端得到的数据是经过大量融合处理的非原始数据。物联网作为智能电网末梢信息感知不可或缺的基础环节,在电力系统中具有广阔的应用空间,物联网将渗透到电力输送的各个环节,从发电环节的接入到检测,变电的生产管理、安全评估与监督,以及配电的自动化、用电的采集、以及营销这方面都要采用物联网,在电网建设、生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量应用和用户交互等方面将发挥巨大作用。可以说80%的业务跟物联网相关。传感器网络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、业务量、电力流提供高可用性支持。面向智能电网应用的物
13、联网应当主要包括感知层、网络层和应用服务层。感知层主要通过无线传感网络、RFID等技术手段实现对智能电网各应用环节相关信息的采集;网络层以电力光纤网为主,辅以电力线载波通信网、无线宽带网,实现感知层各类电力系统信息的广域或局部范围内的信息传输;应用服务层主要采用智能计算、模式识别等技术实现电网信息的综合分析和处理,实现智能化的决策、控制和服务,从而提升电网各个应用环节的智能化水平。物联网技术主要应用于智能家电传感网络系统、智能家居系统、无线传感安防系统、用户用能信息采集系统等,主要硬件设备包括智能交互终端、智能交互机顶盒、智能插座等。该系统与外部的通信主要通过电力线通信(PLC)、电力复合光纤
14、到户(PFTTH)、无线宽带通信等通信方式相结合的宽带通信平台来实现。面向智能电网的物联网将具有多元化信息采集能力的底层终端部署于监测区域内,利用各类仪表、传感器、RFID射频芯片对监测对象和监测区域的关键信息和状态进行采集、感知、识别,并在本地汇集,进行高效的数据融合,将融合后的信息传输至中间一层的网络接入设备;中间层网络接入设备负责底层终端设备采集数据的转发,负责物联网与智能电网专用通信网络之间的接入,保证物联网与电网专用通信网络的互联互通。在物联网中,网络设备之间的数据链路可采用多种方式并存的链路连接,并依据智能电网的实际网络部署需求,调整不同功能网络设备的数量灵活控制目标区域对象的监测
15、密度和监测精度,以及网络覆盖范围和网络规模。三、物联网技术应用在智能电网的作用我们感觉智能电网是与物联网最为密切的一个行业,未来智能电网的建设必然产生世界上最大、最为智能、信息感知最为全面的物联网。物联网技术可以实现电力设备状态检测、电力生产管理、电力资产全寿命周期管理、智能用电。利用物联网技术将有助于实现智能用电双向交互服务、用电信息采集、智能家居、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电,为实现用户与电网的双向互动、提高供电可靠性与用电效率以及节能减排提供技术保障。1、实现按需发电,避免电力浪费物联网并不神秘,家家户户都有的电表就是一个传感器。”南瑞集团办公室的工学博士马元奎告诉记者
16、,目前的电网技术中,最薄弱的环节就是储电,也就是说发出来的电必须马上上网用掉,否则将造成能源的巨大浪费。而通过物联网技术运用,这一困扰电企多年的问题将迎刃而解。2009年9月,南瑞集团联合3家科技企业组建的江苏瑞中数据股份有限公司,主导研发实时电力需求“感知中心”。感知中心就是一个面向智能电网的传感器网络中枢,通过搜集家家户户的电表信息,可以计算出一定时间段的生活用电动态需求量,再将这一信息及时反馈到发电企业,按需发电。在提升电网智能程度的同时,避免无效发电的成本浪费。2、促进分布式发电在传统的输电线路和配用电设备加上传感器,再接入物联网,将给人们带来全新的用电体验。例如,未来家庭将普遍采用太
17、阳能板自给供电,用不完的电,可以通过“智能电网”进入公共电网,每个月还能收到电力公司付的“电费”,到2015年,这种技术就可能走进寻常百姓家。3、保证输电安全电力行业是关系到国计民生的基础性行业。电力线传输系统包括变电站(高、低压变压器,控制箱)、高压传输线、中继器、塔架等,其中高压传输线及塔架位于野外,承担电能的输运,电压至少为35kV以上,是电力网的骨干部分。电力系统是一个复杂的网络系统,其安全可靠运行不仅可以保障电力系统的正常运营与供应,避免安全隐患所造成的重大损失,更是全社会稳定健康发展的基础。中国国家电网公司于2010年 5月21日公布了智能电网计划,其主要内容包括:以坚强的智能电网
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