基于物联网技术的电力系统通信设计

基于物联网技术的电力系统通信设计

摘要：在我国经济实力逐渐壮大，科学技术不断创新的今天，为了更好地满足

人们对电力生产生活的需求，电力行业正在逐渐向智能化、电子化和信息化方向

发展，这就对电力通信技术提出了更高要求。随着泛在电力物联网建设的提出，

电力通信技术在我国电网中的应用越来越广泛，通信技术水平也在不断提升。

关键词：物联网技术；电力系统；通信设计

引言

在信息化技术和计算机网络技术的飞速发展下，也促进了城市信息化建设的

步伐，物联网信息管理系统和监测技术在通信生产过程中的应用日益广泛。在进

行通信信息分析中，需要对通信数据进行实时监测，研究通信信息监测系统的优

化设计方法，对促进现代化通信生产建设具有重要意义。

1 物联网应用及发展现状

物联网经过多年的研究和实践，已经在工业制造、环境保护、物流仓储、交

通指挥、农业生产、安全保卫等多个领域得到广泛普及，大大地提高了社会信息化、自动化和智能化水平。比如，在农业生产中，农业种植专家或农场主可以在

土壤、空气中部署传感器，这些传感器可以实时地采集水分、温度、养分的数据，服务器分析这些数据之后可以指导灌溉、升降温度、施肥等作业，提高农业生产

的智能化水平。物流仓储可以在每一件产品上部署二维码、电子标签等，利用RFID 或扫描仪等上载数据，利用物联网实现对产品的追踪管理，还可以实现对仓

库物资的出入库操作、盘点操作和预警操作，提高物流仓储管理的自动化水平。

2物联网技术的电力系统通信设计策略

2.1通信网接入技术

光纤接入主要应用在对时延、安全性、可靠性要求极高的场景，如源网荷储

协同控制中的电力大用户控制，电动汽车充电站及新能源发电站等场所。PLC 和NB-IoT 通信速率较低且可靠性不高，现存 PLC 和 NB-IoT 网络可充分复用，只在部

分特殊场景下建设。PLC 可以应用在不适合部署其他通信网络的复杂工业环境，NB-IoT 可以用于小范围、低速率的局域网通信场景，如家庭智能用电设备与能源

网关之间。通用分组无线服务技术(GRPS)的速率较低并且可靠性也比较一般，建

设成本较高。现有的 GPRS 在满足电力物联网业务通信需求的情况下可以持续维护，保证其正常使用，但是不推荐新增建设。GPRS 主要用于电表信息采集等低速率通信场景。在上述技术无法满足通信需求的场景，可通过5G 网络来实现。5G

在通信速率、时延、可靠性及扩展性方面均表现出优异的性能，因此 5G 作为电

力物联网的网络接入层技术推荐指数很高。5G 主要适用于大规模电力物联网设备接入以及对通信速率、可靠性要求比较高的场景，如源网荷储协同互动中的精准

负荷控制、电动汽车智能驾驶、车联网等。多种通信接入技术在电力物联网中将

共同存在，需要通过混合组网进行联合调度。

2.2 电力通信技术在变电系统中的应用

变电系统中，电力通信技术的应用主要包括变电站的远程监控、可视化运行

以及远程巡检等。近年来，随着我国变电站领域逐渐向智能化方向发展，采用了

更多更加先进的技术，通信技术、遥感技术以及控制技术等都逐渐被应用到智能

变电站领域，使智能变电站的通信和控制实现了多方位发展。新型通信技术在智

能变电站建设中的应用，有利于降低人工干扰，提高变电站运行的可靠性，为电

网的安全运行提供有力支持。

2.3物联网技术可应用于应急通信领域

电力系统通信领域中，应急通信发生的地点和时间往往不确定，这也在客观

上直接导致相关工作人员无法准确锁定指挥中心以及事故具体地点，这就需要专

业抢修人员在抵达现场后，全面排查现场事故状况，并且通过电话、视频等传输

方式尽快向应急指挥中心以及调度中心汇报现场情况。而物联网技术能够有效解

决这一难题。这一先进的技术可以使应急指挥中心以及调度中心通过对电网工作

状态有关信息、设备运行状态的全方位智能监测，第一时间为调度中心日常各项

管理以及应急指挥提供最准确、最及时的数据信息。一旦发生各类应急情况和突

发事件，相关工作人员就可以通过物联网技术准确将事故现场进行定位，详细彻

底的了解现场设备及相关部件损坏程度以及损坏情况，便于在最短时间内调拨合

适的设备进行更换工作。

2.3 5G 物联网技术在电力通信中的应用

伴随着信息技术的不断发展，很多不同设备都能通过移动通信技术连接到一起，这样便可以实现远程智能操控，为人们的生活、工作带来很大的便利。而5G 通信技术覆盖面更广、数据流量相对较长，这样的技术便可以为物联网技术的发

展带来更多的可能性，主要表现在：一是 5G 通信技术可以让物联网连接的规模

不断扩大，从而不断加强电力通信功能，不但如此，在这样的大规模的物联网下，每个终端的流量消耗都会降低，从而减少网络建设的成本；二是 5G 通信技术可

以支撑重要任务的相互连接，从而使电力通信的水平和质量不断提升。

2.4电力通信技术在输电系统中的应用

电力通信技术有利于数据的实时传输，使数据在传输过程中有一个稳定的环

境和氛围，防止在传输过程中出现数据丢失或者延迟现象，确保在对输电线路进

行可视化巡检过程中能够对存在的隐患做出提前预警。特高压骨干网架的建设，

需要结合最先进的电力通信技术来实现电力的远距离、大容量输送，并在传输过

程中有效降低损耗。

2.5量子通信及边缘计算介绍

量子通信按照应用场景及传输类型分为“量子密钥分发”和“量子隐形传态”两

个方向。目前以量子密钥分发为基础的量子保密通信已进入产业化阶段，量子隐

形传态利用量子纠缠来传输信号，目前处于研究阶段。量子保密通信技术，利用

量子的海森堡测不准原理与量子态不可克隆的特性进行安全密钥分发，攻击者无

法测量和复制密钥，一旦进行窃听即被发现，具有比传统密钥分发机制更高的安

全性，利用量子保密通信技术配合传统的安全防护措施进行输电线路及变电站数

据采集、用户身份认证及数据加密等具有很大优势。泛在电力物联网包括感知层、网络层、平台层和应用层四个层次。在网络层，可以针对采集数据的重要性和优

先级别，采用量子保密通信技术。确保核心数据的绝对安全和稳定。边缘计算是

指在网络边缘执行计算的一种新型计算模型，边缘计算操作的对象包括来自于云

服务的下行数据和来自万物互联服务的上行数据。该模型和云计算模型互为补充，可有效减少延迟，减轻数据传输带宽负担，缓解云计算压力，提高可用性，确保

数据安全和隐私。边缘计算模型将原有的云计算部分计算任务迁移到数据源附近，具有实施数据分析处理、安全性高、隐私保护、可扩展性强、位置感知等优势。

在物联网的感知层，可建立相应边缘计算平台，对各项异端数据进行采集和初步

计算，将重要数据结果通过量子通信专网上传至省级的云计算平台进行处理，省

级云计算平台可将处理后的重要数据信息传输至即将建成的“国网云”平台。

2.6电力通信技术在发电系统中的应用