物联网应用案例-智能电网

通信、信息和现代管理 技术的综合运用，将大
大提高电力设备使用效率， 降低电能损耗，使电网运 行更加经济和高效。
建立双向互动的服务模 式，用户可以实时了解供
电能力、电能质量、电价 状况和停电信息，合理安 排电器使用；电力企业可 以获取用户的详细用电信 息，为其提供更多的增值 服务。
智能电网体系架构
为了支撑电 力流、信息流和业 务流高度融合，构 建以信息化、自动 化、数字化、互动 化为特征的统一坚 强智能化电网， 美国电气与电子 工程师协会(IEEE) 和美国国家标准 技术研究院(NIST) 联合制定了智能互 动电网的标准和互 通原则(简称 IEEEP2030)，提出 基于物联网的智 能电网参考架构
UIP UIP
高级应用
进行数据融合与分析
服务层
预警管理 运行管理 状态评价 风险评估 辅助决策
数据应用层：将基于实时监测数据建立输电线路 的虚拟现实模型，并利用三维平台构建线路关键 点的虚拟现实对象，实现监测系统的可视化。
基于物联网的输电线路在线监测系统
检测系统的通信方式
为了保证通信通道的可靠性和鲁棒性，考虑采用 光纤复合架空地线OPGW冗余的纤芯中的4根组成 通信系统 两变电站间的同 步数字体系（SDH） 设备 光纤自愈环 网拓扑结构
现场设备
电动车辆 分布式发 电
市场服务接口 设备控制系统 规模发电 发电机
变电站 控制器
楼宇网络
电力储能
领域网关 参与方 跨领域通信路径
信息网络
变电站 设备
电力储存
分布式 发电
用户设备 用户能量 管理系统 用户 自动调温 器
电气设备
领域 通信路径
输电 配电
智能电网体系架构
智能电网的主要技术要求
具有坚强的电网基础体系和技 术支撑体系能够抵御各类外部干
子站
子站
终端层
远方数据终端
数据传输单元
馈线终端装置
配电变压器监测 终端
配电自动化系统最突出的一个优点是：它具有非常好的灵活性，变电站在初期建设的过程中可以使用 中型配电自动化系统，而且可以装设与之相应的主站、子站和终端等。当需要扩展配电系统的时候，可以 在目前主站系统的基础上增加数量，再将其中一个主站作为该系统的中心站。通过不同的层次结构，系统 主要分成三个层次：主站自动化系统、子站自动化系统以及终端系统自动化。根据实际需要可以将第二 层以下结构进行适当的扩展。
企业总线
服务机构 公共服务机构 用户信息 系统 计费系统 第三方供应方 零售能源 用户信息 供应商 系统
家庭/建筑 管理者
计费系统
能源市场交易所
企业总线
聚合器 输电SCADA 计量系统 配电SCADA ISO/RTO参与者 英特网/ 电子商务 其他部件
广域网 数据收 集器
变电所 局域网
现场网络 能源服务 接口 计量单位
基于云计算的智能电网信息平台
智能电网状态监测云计算平台的设计
1. 采用廉价的服务器集群，以降低成本 2. 借助虚拟机实现资源的虚拟化,提高设备的利用率 3. 因为机器故障率大,因此采用分布式的冗余存储系 统来存储数据,保证数据的可靠性 4. 因为数据量极大,且可靠性和实时性要求高，不采 用传统的关系数据库,而采用基于列存储的数据管 理模式,来支持大数据集的高效管理。 5. 因为智能电网需要在状态数据基础上进行各种电 力系统计算与应用，所以提出基于MapReduce的状 态数据并行处理系统,可以为状态评估、诊断与预 测提供高性能的并行计算能力以及通用的并行算 法开发环境
+
=
提供以太网方式的100M 的数据接入服务，对于 没有OPGW接续盒的杆塔 则采用无线Wi-Fi的方 式进行数据中继
光纤交换机作为现场OPGW 接入装置，通过多个光纤 交换机级联组成OPGW通信 系统环网
物联网应用案例-智能电网
基于云计算的智能电网信息平台
基于云计算的智能电网信息平台
基于云计算的智能电网信息平台的体系结构
中国国 家电网 公司
以特高压电网为骨干网架、各级电网协调 发展的坚强网架为基础，以通信信息平台 为支撑，具有信息化、自动化、互动化特 征，包含电力系统的发电、输电、变电、 配电、用电和调度六大环节，涵盖所有电 压等级，实现“电力流、信息流、业务流 ”的高度一体化融合，具有坚强可靠、经 济高效、清洁环保、透明开放和友好互动 内涵的现代电网。
扰和攻击，能够适应大规模清洁能 源和可再生能源的接入，电网的坚 强性得到巩固和提升。
柔性交/直流输电、网 厂协调、智能调度、电 力储能、配电自动化等 技术的广泛应用，使电
网运行控制更加灵活、经 济，并能适应大量分布式 电源、微电网及电动汽车 充放电设施的接入。
实现实时和非实时信息的 高度集成、共享与利用，
物联网应用案例-智能电网
基于物联网的输电线路在线监测系统
基于物联网的输电线路在线监测系统
符合智能电网要求的输电线路状态信息至少、应当包括基础信息、运 行信息、灾害预警信息和环境监视信息4个方面，如下表所示：
类别 子类 基础信息 运行管理 日常管理
内容 台账信息、地理信息、管理信息 缺陷信息、故障信息、隐患信息
服务访问层:作为一种全新的商业模式,云计算以IT即 服务的方式提供给用户使用,包括基础即服务（IaaS）、 平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS),能够在不同应 用级别上满足电力企业用户的需求。 业务应用层:是云上应用软件的集合,对于智能电网信 息平台而言,这些软件包括电力安全生产与控制、电力 企业经营管理和电力营销与市场交易等领域的业务软 件,以及经营决策智能分析等智能分析软件。 平台层:是具有通用性和可重用性的软件资源的集合, 为云应用提供软件开发套件与应用编程接口等开发测 试环境，Web服务器集群、应用服务器集群与数据库服 务器集群等构成的运行环境,以及管理监控的环境。 基础设施层:是经虚拟化后的硬件资源和相关管理功能 的集合,通过虚拟化技术对计算机、存储设备与网络设 备等硬件资源进行抽象,实现内部流程自动化与资源管 理优化。
智能电网体系架构
电网智能化的基础是信息交互，借用美国标准技术委员会(NIST)智能电网 工作组发布的智能电网信息交互模型，描述如下
市场 零售商
聚合物
运营 RTO/ISO调度计划 能量管 理系统 输电调度计划 能量管 能量管 理系统 理系统 广域测 量系统 企业总线 RTO SCADA 英特网/ 电子商务 配电调度计划 调度管理 需求 响应 资产管理 量测数据 管理系统
合是智能电网发展的动力，也是带动新型产业发展、增加就业的机遇，而这正是美国发展 智能电网的驱动力之一；欧洲主要强调了对Prosumer的服务和管理，原因在于欧洲分布式 智能电网利用数字化技术改进 能源和电动汽车发展迅速，配电网面临巨大的压力和挑战，这是欧洲发展智能电网的最主 电力系统的可靠性、安全性和 要驱动力之一。中国由于电力工业仍处在快速发展时期，国家电网公司强调在增强电网智 美国能 运行效率 能化水平的同时，需要建设坚强的输电网，并强调各级电网协调发展。关于智能电网性能 源部 的描述，三方基观点相近，建设经济、环保、安全、高效的新型电网，是中美欧发展智能 电网的共同追求。
物联网应用案例-智能电网
智能电网的定义
智能电网概述
目前国际范围尚未形成统一的智能电网定义。国际组织和一些国家性组织从智能电网采用 的主要技术和具有的主要特性的角度对其进行了描述
可以智能化地集成所有接于 欧盟智能 其中的用户的行为和行动， 电网特别 保证电力供应的可持续性、 工作组 美国强调了数字化技术在智能电网中的重要作用，认为现代数字化技术和新能源技术的结 经济性和安全性。
基于智能电网的配电自动化
• 配电主站系统：当主前置服务器发生故障的时候，系统能够自动配置 一台代替服务器，在一定程度上可以有效保证系统的稳定运行 • 配电应用软件子系统：为使系统满足技术发展要求，必须通过联机调 试来测试系统故障恢复的能力 • 配电管理系统：分析与显示电力设备空间的定位数据，与此同时也能 够分析相应的属性资料。
为运行管理展示全面、完整 和精细的电网运营状态图， 同时能够提供相应的辅助决 策支持、控制实施方案和应 对预案。
信息技术、传感器技术、 自动控制技术与电网基础 设施有机融合，可获取电
网的全景信息，及时发现、 预见可能发生的故障。故障 发生时，可以快速隔离故障， 实现自我恢复，从而避免大 面积停电的发生。
应用系统层：由多个单独的应用系 统组成，每个单独的应用系统反映 线路运行状况的一个方面
数据中心层： 将上层各独立 应用系统的数 据集成起来， 进行统一管理、 集中处理、综 合分析，实现 多系统的数据 融合。
状态信息平台
对数据进行受理，封装 形wk.baidu.com可用信息
地理信息系统调用接口 将上层各独立应用系统数据纳入 到此平台，对内的集控中心、管 合账数据接口 理者提供数据访问，对外提供各 类数据标准调用接口。 能量管理系统调用接口
物联网应用案例-智能电网
01
智能电网概述
传统能源日渐短缺和环境污染问题日益严重是人类社会持 续发展所面临的最大挑战。各种低碳技术的大规模应用主 要集中在可再生能源发电和终端用户方面，使传统电网的 发电侧和用户侧特性发生了重大改变，并给输、配电网的 发展和安全运行带来了新的挑战。在这样的发展背景下， 智能电网的概念应运而生，并在全球范围内得到广泛认同 ，成为世界电力工业的共同发展趋势。
重庆邮电大学
第十四章
物联网应用案例-智能电网
魏旻
Contents
01.智能电网概述 02.智能电网体系架构 03.智能电网典型案例：核心网络 04.智能电网典型案例：智能电表 05.智能电网典型案例：家庭网络
本章学习要点
1. 什么是智能电网？ 2. 智能电网体系架构如何？ 3. 智能电网中的输电配电是怎样的？ 4. 智能电网在家庭中有哪些应用？
实时情况
灾害预警 环境监测
载流能力、导线温度、接头温度、孤垂情况、外绝 缘情况、风偏情况、荷载情况
雷电预警、强对流天气预警、冰灾预警、台风预警 微气象监测、山火监测、人为破坏情况监测
基于智能电网的配电自动化
检测系统的基本结构
数据接口
线路增容系统 各个相互独立的应用系 统的数据互联 雷电定位系统 视频监测系统 覆冰监测系统 气象风险系统 外绝缘监测系统
物联网应用案例-智能电网
03
智能电网典型案例：核心网络
物联网应用案例-智能电网
基于智能电网的配电自动化
基于智能电网的配电自动化
配电自动化系统层次结构图
外部系统
地调数据采集与 监视控制系统
地调数据采集与 监视控制系统
用电营业系统
管理信息系统
地理信息系统
主站系统
配电自动化主站系统
通信子站层
子站
子站
主站自动化 系统
子站自动化 系统 终端系统自 动化
• 配电系统中需要监控很多电气设备，其中与配电主站直接关联的设备 监控难度比较大，所以必须通过中间级进行监控，而中间级就是配电 子站系统。配电子站的主要功能是采集数据以及监控系统。除此之外， 还可以实时监控传输到配电主站的通信处理器内的实时数据。
• 对于城市配电系统来说，其终端系统自动化的功能主要是：实时监控 系统中的各类设备，它不但需要完成遥测、遥控以及遥调的功能，还 必须识别和控制系统出现的故障，通过配合主站和子站，检测和优化 电力系统的实时运行状态，而后重新构造网络隔离故障。
物联网应用案例-智能电网
常用术语
1. 核心电网：包含由发电到配电的网络。包括初 级和次级变电站。 2. 邻居区域网络 (NAN) ：是指变电站到家庭之间 的网络。它包括集中器和智能电表。 3. 家庭网络(HAN)：家庭网络包括智能家电，家庭 能源控制器（HEC）等。
物联网应用案例-智能电网
02
智能电网体系架构
物联网应用案例-智能电网
智能电网背景
智能电网概述
传统能源日益短缺和环境污染日趋严重等问题使得世界各国纷纷大力发展 环境友好的新能源，以减少对传统能源的依赖性，减少因能源需求对环境的污 染，确保社会和经济的可持续发展。风能及太阳能是公认的可规模化开发和利 用的一类新能源。然而，由于以风能及太阳能为代表的新能源具有随机性和间 歇性特征，大量新能源电力集中或分布接入电网，必然会对传统电力系统的安 全性及可靠性产生各种不利影响。传统电力系统结构仅适用于接入具有可控且 集中发电特征的电源，并经过输电及配电环节将电力从电源端输送到终端负荷 用户。大量新能源电力集中或分布接入电网后，其具有的随机性和间歇性特征 导致新能源电力的不可控性及波动性，从而使得传统电力系统无法适应大量新 能源接入的需求。电网只有具有智能化后，才能满足大量新能源集中或分布式 接入的需要，并确保系统的安全性及可靠性需求。由此提出了从传统电网转变 为智能电网的需求。