1、電力物聯網的理念和發展趨勢1. 物聯網的概念1.1. 物聯網的定義物聯網的概念由 MIT 的 KevinAshton 在 1998 年首次提及，他指出將 RFID 技術和其他傳感器技術 應用到日常物品中構造一個物聯網。 緊接著的第二年由 KevinAshton 帶頭建立的 Auto-IDcenter 對物聯網 的應用進行了更為清晰的描述：依靠全球 RFID 標簽無線接入互聯網，使得從剃須刀到歐元紙幣再到汽 車輪胎等數百萬計的物品能夠被持續地跟蹤和審計。電力行業對“物聯網”的理解應該是：物聯網是一個實現電網基礎設施、人員及所在環境識別、感 知、互聯與控制的網絡系統。其實質是實現各種信息傳感設備與

2、通信信息資源的（互聯網、電信網甚至 電力通信專網）結合，從而形成具有自我標識、感知和智能處理的物理實體。實體之間的協同和互動， 使得有關物體相互感知和反饋控制，形成一個更加智能的電力生產、生活體系。1.2. 物聯網的特征物聯網作為通信、 信息、 傳感、 自動化等技術的融合， 具有全面感知、 可靠傳遞和智能處理的特征。 全面感知就是讓物品會說話，將物品信息進行識別，利用 RFID 、傳感器、二維碼等能夠隨時隨地采集 物體的動態信息。并通過網絡傳輸后臺，進行信息共享和管理。可靠傳遞指信息通過現有的通信網絡資 源進行實時可靠傳輸。智能處理就是通過后臺的龐大系統來進行智能分析和管理。真正達到人與物的溝

3、 通、物與物的溝通。2. 物聯網的體系構架物聯網的體系架構大致可以分為技術體系、標準體 系、產業鏈體系和應用體系。 物聯網的技術體 系分為感知層、網絡層和應用層，公共技術貫穿體系中的全部技術環節，具體如圖 1 所示。 物聯網的 標準體系分為基礎平臺標準和應用子集（輪廓）標準，具體如圖 2 所示。物聯網的產業鏈體系分為設計研究、生產和市場 3 個環節，如圖 3 所示。 物聯網的應用體系更加 豐富多彩，物聯網技術可以應用于智能電網、智能交通、農業、軍事、石油等很多行業，具體如圖 4 所 示。3. 電力物聯網的發展方向3.1. 智能電網與物聯網的關系智能電網和物聯網是目前全球的兩個研究熱點。包括 中

4、國在內的許多國家，這兩個熱點都已上升 到國家戰略的高度。這兩個研究熱點的提出均是當今世界高速發展的必 然結果。兩者在內涵、特征、 實現手段等方面有著千絲萬縷的聯系。（1）上述兩網的提出具有相同的背景和驅動力 智能電網與物聯網并不是全新的概念， 它們都是隨著業務需要和技術發展而逐步形成的。 社會各界 也開始將發展智能電網與物聯網作為解決社會、經濟、能源等問題的良藥。可以說：智能電網與物聯網 的提出是人類社會發展的必然選擇，是應用需求驅動和技術發展驅動共同作用的結果。需求方面：“兩網”都面臨著“高效低碳”、“節能減排”等環境問題；“兩網”都有提高網絡可 觀、可感、可控的要求。需要提高網絡的安全、可

5、靠性和服務質量；同時，“兩網”都要迎接來自市場 的挑戰。需要不斷促進市場的發展，不斷完善市場監管，不斷鼓勵行業創新和發展。技術方面：當今世界新技術層出不窮、日新月異，通信技術、信息技術、傳感技術、控制技術等技 術都已經達到了很高的水平。理論原理已經非常成熟，相關設備制造水平不斷提高，大量的社會應用積 累了豐富的經驗。“融合”已經成為今后技術發展的主流和趨勢。可以說智能電網與物聯網的提出已經 具備了堅實的技術基礎，同時“兩網”的建設更是技術發展的迫切要求。（2）兩網具有類似的內涵和特征 對比智能電網與物聯網，可以發現兩網在定義、內涵和特征上具有很多相似之處。所以有專家稱： 本質上，智能電網與物聯

6、網具有天然的內在聯系。利用先進我國智能電網是要建設以特高壓電網為骨干網架、 各級電網協調發展的堅強電網為基礎， 的通信、信息和控制等技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的國際領先、自主創新、中國特色 的堅強智能電網，包括發電、輸電、變電、配電、用電和調度6 個環節。根據經濟社會發展對未來電網的要求，中國智能電網應具備以下5 方面的基本內涵：堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動。其特征是信息化、自動化、互動化。目前，業界普遍認為物聯網應分為 3 個層面，即感知層、網絡層和應用層。感知層負責信息搜集， 對物質世界感知；網絡層負責信息傳輸、信息初步處理、分類、聚合等；應用層為各行各業

7、提供應用的 基礎。相應的物聯網特征是全面感知、可靠傳遞和智能處理。全面感知就是讓物品會說話，將物品信息進 行識別，并通過網絡傳輸后臺，進行信息共享和管理。可靠傳遞就是通過現有的通信網絡資源進行可靠 地傳輸信息。智能處理就是通過后臺的龐大系統來進行智能分析和管理。可見，智能電網與物聯網在內涵和特征上有很多相似之處，可以說兩網本質是相通的。（3）智能電網與物聯網在實現手段上具有高度的一致性和相互借鑒性 公司明確提出：建設堅強智能電網要以堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手 段，覆蓋所有電壓等級的各個環節，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合，即通過通信、 信息、傳感、控制

8、等技術的融合，實現在電網上的應用。具體說就是：通過終端傳感器在客戶之間、客 戶和電網公司之間形成即時連接的網絡互動，實現數據讀取的實時、高速、雙向的效果，從而整體提高 電網的綜合效率。公司堅強智能電網實現電力流、信息流、業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堅強智能電網信息運轉的有效載體。通過充分 利用堅強智能電網多元、海量信息的潛在價值，可服務于堅強智能電網生產流程的精細化管理和標準化 建設，提高電網調度的智能化和科學決策水平，提升電力系統運行的安全性和經濟性。物聯網的建設同樣是以大量豐富的傳感終端作為神經末梢，以強大可靠的通信網絡作為健壯

9、的身體， 以智能處理、 控制技術作為發達的大腦。 以此構建完善的物聯網。 可見智能電網都要將通信、 信息、 傳感、控制等技術進行融合，并實現合理應用。所以，兩者在實現手段上具有高度的一致性和相互借鑒 意義。綜上所述，智能電網與物聯網本質相通、特征相似、手段相關。可以認為，物聯網技術是電網智能 化建設的重要技術支撐。物聯網技術能有效整合通信基礎設施和電力系統基礎設施資源，使信息通信基 礎設施資源服務于電力系統運行，提高電力系統信息化水平，改善現有電力系統基礎設施的利用效率。 同時，智能電網是物聯網的重要應用領域。智能電網建設將成為拉動物聯網產業，甚至整個信息通信產 業（ ICT ）發展的強大驅動

10、力，并有力影響和推動其他行業的物聯網應用和部署進度，進而提高我國工 業生產、行業運作和公眾生活等各個方面的信息化水平。4. 電力物聯網的特點由于電力系統的特殊要求，在智能電網中應用的物聯網（簡稱電力物聯網）也有自己的特點。 智能電網的核心在于， 構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一入網和分布式管理的智 能化網絡系統，可對電網與客戶用電信息進行實時監控和采集，且采用最經濟與最安全的輸配電方式將 電能輸送給終端用戶，實現對電能的最優配置與利用，提高電網運行的可靠性和能源利用效率。智能電 網的本質是能源替代和兼容利用，它需要在開放的系統和共享信息模式的基礎上，整合系統中的數據， 優化電網的

11、運行和管理。相應的，電力物聯網的本質就是電力信息的可靠、高效的控制手段。對應物聯 網的 3 層體系架構，電力物聯網其實有 3 大要素，即電力信息的采集、電力信息的傳遞和電力信息的處 理。電力物聯網的建設必須在滿足智能電網堅強可靠、經濟高效總體要求下，實現電力流、信息流、業 務流的高度一體化。這就決定了電力物聯網的如下特點。首先，電力物聯網實際上是專用網。電力物聯網可用的基層網絡可以有很多種。根據應用的需要可 以是電力行業通信專網，也可以是新建的專用于電力物聯網的通信網，在應急情況下就可以部分采用公 眾通信網。原則上，電力物聯網只有電力系統才能連進去，電力物聯網的絕大多數信息流只能在電力系 統內

12、部流動。其次，電力物聯網往往是受限網絡。物聯網在電力系統中有大量豐富多樣的應用，電力系統不同的 應用對信息提出不同的需求。所以，電力物聯網的應用多樣性與承載平臺的通用性之間需要有應用中間 件來適配，進行數據過濾、數據挖掘與決策支撐等智能信息處理。物聯網信息對于各種應用是受限的。 同時，電力物聯網具有嚴格的用戶身份識別、驗證、鑒權制度，不同用戶享受不同等級的物聯網服務。 所以電力物聯網也是用戶受限的。由于電力物聯網直接支撐電網業務，所以電力物聯所以建設堅強智能電網必須要求電力物聯網具有極高的最后，電力物聯網具有高度的安全性和可靠性。 網很大程度上影響著電力系統的安全穩定運行。 安全性和可靠性。3

13、 個發展階段：信息匯聚階段，協同感知階段，泛在聚合針對電力物聯網的特點，大致可將其分為 階段。信息匯聚階段的主要特征是：將分布于多區域的、利用多種感知技術手段所采集的信息進行匯聚， 通過電力通信網絡資源將感知信息匯聚到業務應用系統，集中進行信息的處理與共享，并提供信息應用 服務。關鍵技術包括電力傳感器設計與實現、短距離傳輸技術、低功耗技術、電磁兼容技術等，以實現 相關信息采集、匯聚設備的小型化、低功耗、低成本、國產化和綠色環保。協同感知階段的主要特征是以事件、 任務和目標為驅動進行感知、 網絡和應用各個層面的協同工作， 系統具備分布式、跨層次、自學習的協同處理能力，提供智能、精確的多元化信息服

14、務。關鍵技術包括 任務驅動的大規模自治組網技術、上下文感知技術、電力通信網絡與多傳感器網絡無縫融合技術、海量 信息處理技術等。泛在聚合階段的主要特征是泛在的感知服務將海量信息進行聚合，產生出新的有應用價值的信息， 即電力物聯網廣泛應用于各個領域，實現任何人、任何物體、任何時間、任何地點的互聯互通，引發新 的應用和服務模式。關鍵技術包括信息聚合理論、模糊控制技術、泛在異構網絡、人工智能、仿生學傳 感器、納米材料、生物芯片等。5. 電力物聯網的應用前景用。有些物聯網技術已經被應用，有些還需要加電力物聯網技術將在智能電網的諸多環節廣泛應 大推廣應用力度。物聯網安全體系的完電力物聯網整體構架的推廣應用

15、可以有力地促進電力物聯網行業標準的編寫， 善，電力物聯網一體化管理平臺的建立和電力傳感器的研制。（1）發電環節在智能電網的發電環節中， 目前存在電源結構和布局不合理， 電網的調節手段和調峰能力不足等問 題，發電機控制系統技術水平和國外相比有一定差距，儲能技術應用研究也處在起步階段。結合物聯網技術，可以研究水庫智能在線調度和風險分析的原理和方法，開發集實時監視、趨勢預 測、在線調度、風險分析為一體的水庫智能調度系統。根據水庫來水和蓄水情況及水電廠的運行狀態， 對水庫未來的運行進行趨勢預測， 對水庫異常情況下水庫調度決策進行實時調整， 并提供決策風險指標， 規避水庫運行可能存在的風險，提高水能利用

16、率。依托國家風電技術與檢測研究中心、 太陽能發電技術與檢測研究中心的建設以及物聯網技術的發展 和進步，可以加快新能源發電及其并網技術研究，規范新能源的并網接入和運行，實現新能源和電網的 和諧發展。暫態穩結合物聯網技術可以研究不同類型風電機組的穩態特性和動態特性及其對電網電壓穩定性、 定性的影響；提出風電場接入電網的可靠性分析評估方法，建立可靠性模型，開發相應的分析軟件。開 發風能實時監測和風電功率預測系統； 建立風電機組 / 風電場并網測試體系； 研究風電場繼電保護技術及 保護配置方案、定值整定；研究變流器、變槳控制、主控及風電場綜合監控技術、低電壓穿越技術；開 發出具有自主知識產權的風電運行

17、、控制 、保護等系統，進行產業化推廣應用。聯網技術的應用有助于研究大規模核電、 風電和特高壓輸電對系統內抽水蓄能容量規模的要求； 究 “三華特高壓同步電網 ”中抽水蓄能電站的聯網效益，主要分析錯峰、調峰、水火互濟、跨流域補償、 互為備用和調劑余缺的能力；研究大型抽水蓄能電站在智能電網功能定位，逐步實現調峰填谷、核蓄互 助、風蓄互補，開展大容量蓄能機組直接接入特高壓電網的研究、實現蓄能機組事故備用、潮流調整等 功能擴展；研究抽水蓄能電站的智能調度運行控制技術，依靠自主創新，開發研制抽水蓄能電站關鍵設 備，包括計算機監控、調速、勵磁 、變頻器等，并投入示范應用；初步研究蓄能機組跟蹤風電功率變化的功

18、率調節技術，在風蓄互補系統 中發揮更大作用；制定滿足電力系統需求的蓄能機組機網協調和輔助服務等技術標準。深化抽水蓄能黑 啟動功能研究， 200MW 及以上蓄能機組帶地區小負荷孤網運行可靠保證。物聯網技術同樣有助于開展鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池的模塊成組、智能充放電、系統集成 等關鍵技術研究；開展智能電網中儲能電源規劃設計和運行調度技術的研究；逐步開展儲能技術在智能 電網安全穩定運行、 削峰填谷、 間歇性能源柔性接入、 提高供電可靠性和電能質量、 電動汽車能源供給、 燃料電池以及家庭分散式儲能中的應用研究和示范。加強大型壓縮空氣儲能等多種蓄能技術的研發，在 重大技術突破的基礎上開展試點應用。

19、（2）輸電環節輸電環節是智能電網中一個極為重要的環節， 目前已經開展了許多相關的工作。 但是還存在許多問 題，主要有：電網結構仍然薄弱，設備裝備水平和健康水平仍不能滿足建設堅強電網的要求；線路設備 檢修方式較為落后；系統化的線路設備狀態評價工作剛剛起步。因此， 在輸電可靠性、 設備檢修模式以及設備狀態自動診斷技術上和國際水平相比還存在一定的差 距。在智能電網的輸電環節中有許多應用需求亟待得到滿足，需要結合物聯網的相關技術，提高智能電 網中輸電環節各方面的技術水平。包括線路、桿塔和電容器等重要一次設備，保護、安穩和通信等二次設備以及營銷和信息系統等。 可以結合物聯網技術，提高一次設備的感知能力，

20、并很好地結合二次設備，實現聯合處理、數據傳輸、 綜合判斷等功能，提高電網的技術水平和智能化程度。輸電線路狀態檢測是輸電環節的重要應用， 主要包括雷電定位和預警、 輸電線路氣象環境監測與預 警、輸電線路覆冰監測與預警、輸電線路在線增容、導地線微風振動監測、導線溫度與弧垂監測、輸電 線路風偏在線監測與預警、輸電線路圖像與視頻監控、輸電線路運行故障定位及性質判斷、絕緣子污穢監測與預警、桿塔傾斜在線監測與預警等方面。這些方面都需要物聯網技術的支持，包括這種傳感器技 術、分析技術和通信技術等。結合物聯網技術，可以更好地實現這些高級應用，提高輸電環節的智能化水平和可靠性程度。物聯 網在輸電環節中可以實現具

21、有較大規模的產業化應用。（3）變電環節目前已經開展了許多相關的工作， 主要是全面開展變變電環節是智能電網中一個十分重要的環節， 電站綜合自動化建設。但是目前還存在許多問題，主要有：設備裝備水平和健康水平仍不能滿足建設堅強電網的要求；變 電站自動化技術尚不成熟；智能化變電站技術、運行和管理系統尚不完善；設備檢修方式較為落后； 統化的設備狀態評價工作剛剛起步。實現對智能變實可以將物聯網技術應用于智能變電站建設中， 建立智能變電站信息監控與采集系統， 電站設備、資源、運行狀況的全面監控與管理。建立基于物聯網的智能變電站通信信息一體化平臺， 現變電站信息通信的統一接口。 建立完善智能變電站物聯網標準化

22、工作。 建立智能變電站狀態監測系統、 故障預警與自動恢復系統、自動決策分析系統。建立智能變電站與輸電系統、調度系統、分布式發電系 統的物聯網接口，將智能變電站納入整個智能電網的物聯網體系。（4）配電環節 配電網是我國電網的重要環節，同時目前也是最薄弱的一環。在配網自動化、配網狀態監測檢修、 現場作業、智能巡檢等方面還有很多工作要做。配電自動化系統，又稱配電管理系統 （DMS） ，通過對配電的集中監測、優化運行控制與管理，達到 高可靠性、高質量供電，降低損耗和提供優質服務的目標。物聯網在配電網自動化方面的應用主要集中 在以下幾個方面：快速故障診斷、隔離和自動恢復供電、無功/電壓控制、配網潮流檢測

23、分析計算等。電力設備的狀態檢修是工業化國家普遍推行的一種科學的設備檢修管理策略。 長期以來， 我國電力 設備大多采用傳統的計劃檢修模式，耗費巨大，工效不佳。科學、合理地安排檢修，降低檢修成本及工 作量，保證系統的高可靠性，提高設備有效利用率，是國內全行業面臨的困難與挑戰。物聯網在配電網 設備狀態監測、預警與檢修方面的應用主要包括：對配電網關鍵設備的環境狀態信息、機械狀態信息、 運行狀態信息的感知與監測；配電網設備安全防護預警；對配電網設備故障的診斷評估和配電網設備定 位檢修等方面。由于我國配電網的復雜性和薄弱性，配電網作業難度很大，常出現誤操作和安全隱患。切實保障配 電網現場作業安全高效是智能

24、配電網建設一個亟需解決的問題。 物聯網技術在配電網現場作業管理方面 的應用主要包括：身份識別、電子標簽與電子工作票、環境信息監測、遠程監控等。搭建配電網現場作 業管理系統，實現確認對象狀態，匹配工作程序和記錄操作過程的功能，減少誤操作風險和安全隱患， 真正實現調度指揮中心與現場作業人員的實時互動。我國配電網環境多樣、復雜，自然環境、人為活動都會對配電網線路產生影響。物聯網在這方面的 應用主要包括： 巡檢人員的定位、 設備運行環境和狀態信息的感知、 輔助狀態檢修和標準化作業指導等。（5）用電環節智能用電環節作為智能電網重要環節，直接面向社會、面向客戶，是社會各界感知和體驗統一堅強 智能電網建設成果的重要載體，在建設統一堅強智能電網中具有特定的地位和作用。隨著我國經濟社會的快速發展，發展低碳經濟、促進節能減排政策的持續深化，電網與用戶的雙向 互動化、供電可靠率與用電效率要求的逐步提高，電能在終端能源消費中的比重不斷增大，用戶用能模 式發生巨大轉變，大量分布式電源、微網、電動