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智能配电网与物联网的融合

近年来，智能配电网与物联网的概念不断升温，许多与智能配电网相融合的新技术也不断被提出，其中包括面向智能配电网的物联网(Internet of Things)技术的问世等。智能配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，我国也将物联网、智能配电网列为国家战略，并全面部署了众多重大科技项目、示范工程的建设\[1\]。在智能配电网的研究方面，许多文献针对电力行业的信息化现状以及智能配电网趋势进行了差异比对和分析，提出了构建中国智能配电网技术的方向\[2-3\]。在物联网研究方面，学者们也逐步从综述物联网国内外发展现状入手\[4\]，来设计中国物联网的体系架构，并针对物联网关键技术—RFID射频识别及典型应用M2M ( Machine to Machine)提出了各种设计方法\[5-6\]。物联网技术在智能配电网中的应用是网络技术发展到一定程度的必然产物，该技术的应用，能有效地对电力系统基础设施和资源进行整合，进而提高电力系统的通信水平，改善当前电力系统基础设施的利用率\[7\]。

1 物联网与智能配电网

1.1 物联网的概念与特征

麻省理工学院的Auto-ID 实验室1999 年最早提出“物联网”的概念，它对物联网的定义是：把所有物品通过射频识别等

信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。最初提出的“物联网”理念是指通过装置在各类物体上的电子标签，传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。这种将物体联接起来的网络被称为“物联

网”\[8\]。欧盟第7框架下 RFID和物联网研究项目组在2009年9月15日发布的研究报告中定义为：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，且具有自定义能力的、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，可使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。物联网是指“物物相连的互联网”，通过传感器、射频识别、全球定位系统等技术来采集任何被测物的声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种信息，并通过各类可能的网络接入，以实现物与物、物与人的广泛连接，从而实现被测物的智能化感知、识别、交互和管理。物联网可应用于军事、智能交通、智能配电网、数字家庭、食品安全、旅游服务、城市公共管理、现代物流、生产制造、医疗健康等多个领域。

物联网的核心是物与物及人与物之间的信息通信。故而物联网的基本特征可概括为以下三点：

首先是可感知。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。

其次是可互联。先将物体接入信息网络，再借助各种通信网络(如因特网等)来可靠地进行信息的实时通信和共享。

第三是智能化。通过各种智能计算技术来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。

1.2 智能配电网的特征

2006年，智能配电网的概念正式由IBM公司提出。它以物理电网为基础，是在高速双向通信网络和先进数字技术的基础上，将传感测量技术、通信技术、信息化技术、控制技术、设备互动技术、决策支持系统技术、计算机技术和物理电网高度集成而形成的新兴网络。它可以通过电子终端在独立用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现电力数据读取的实时、高速、双向的通信效果，并实现电力、电信、电视、智能家电控制等多用途数字交互，同时可实现用户富余电能的回售等功能。智能配电网整合了系统数据，发挥了中央电力体系的集成作用，可实现有效的临界负荷保护，以及各种电源和客户终端与电网的无缝互连，从而优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。智能配电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点\[9\]，可通过信息化平台，使发电、输电、配电、用电等配电网系统的各个环节互相融通，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。实际上，能量流与信息流融合而成的网络，就可称为智能配电网。

根据美国能源局现代配电网发展报告及欧洲的分布式发电

实践，智能配电网的特征具有以下几点：

(1) 具有自我恢复功能，即自愈性；

(2) 用户可主动参与配电网的运行，即互动性；

(3) 可抵御自然灾害与恐怖袭击，即安全性；

(4) 能提供高质量的电能，减少停电损失，即可靠性；

(5) 能够容纳各种发电和蓄电形式，即纳新性；

(6) 能优化设备运行，降低配电网运行费用，即优质性。

通过信息化框架平台建立开放的系统和共享信息模式，整合系统中的数据，优化配电网的运行和管理，可使得配电网更智能，并可从物联网的三个层次提高配电网的可靠性、管理效率和服务水平。

2 物联网与智能配电网的融合

智能配电网是物联网在电力系统行业的应用典范。应用物联网技术，智能配电网将会形成一个以配电网为依托，覆盖城乡各用户及用电设备的、庞大的物联网络。智能配电网与物联网的相互渗透、深度融合和广泛应用，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，进一步实现节能减排，提升配电网的信息化、自动化、互动化水平，提高配电网运行能力和服务质量。智能配电网和物联网的发展，不仅能促进电力工业的结构转型和产业升级，更能够创造一大批原创的、具有国际领先水平的科研成果，打造更大的产业规模。

融合智能配电网应用的物联网主要分为感知层、网络层和应用服务层。感知层主要通过传感器、射频识别等技术手段实现对相关信息的采集；网络层依托电力信息通信网，实现感知层各类电力信息的传输；应用服务层主要采用智能计算、模式识别等技术来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。物联网与智能配电网的基本框架示意图如图1所示。

图1中的感知层包括感知控制子层和通信延伸子层。感知控制子层主要是对物理世界感知、识别、信息采集的各类传感器；通信延伸子层是将物理实体联接到网络层和应用层的通信终端模块或延伸网络。智能配电网通过感知控制子层实现各环节电气量、非电气量、微环境等信息的采集，并通过通信延伸子层接入物联网的网络层。网络层包括接入网和核心网，实现感知层与应用层间信息的传递、路由和控制。基于智能配电网对数据安全、传输可靠性及实时性的严格要求，当前物联网的信息传递、汇聚与控制主要通过电力系统专用通信网来实现(在不具备条件或特殊条件下也可借助公网)，在配电网终端，成熟的低压载波通信技术也是物联网的一种理想的通信路径。应用层包括应用基础设施/中间件和各种应用。应用基础设施/中间件是实现信息存储、计算的基础设施，为各种应用提供技术支撑。应用层通过先进的信息分析处理技术实现配电网智能化的决策、控制和服务。物联网技术将进一步助力智能配电网的实现，如设备状态的预测和调控，资产全寿命周期管理的辅助决策，配电网与用户间的智能互