面向智能电网的物联网架构与应用方案研究(2)

图3 面向智能电网生产环节的传感网系统结构示意图

2.2、面向智能用电的物联网解决方案

智能电网的用户除了包括居民用户、工商业大用户等传统型用户外，还将包括电动汽车充电系统等新型用户。

在传统型用户的智能用电应用中主要的连接对象是用户的智能双向电表。电网企业根据用电性质与场合的不同选用不同功能的智能双向电表，对用户实现电能计量、电能质量监测、窃电检测等多种应用（如表2 所示）。通过智能双向电表终端设备的引入，全方位采集用户用电信息，实现从大用户到普通居民用户的全方位负荷监测与管理。智能电表通过传感器网络、电力线载波通信（PLC）或现场总线，再通过电力接入网和传输网，将电表数据上传至用电信息采集等应用平台。

表2 智能电表监测对象一览表

另外，在智能用电中有一支较为重要的应用是电动汽车充电系统，电动汽车充电设施的物联网应用除了传统用户的电能计量与监测外，还包括对充电站设施的监控、对充电车辆电池状态的监控以及对充电车辆的调度等。第一，充电站设施的监测包括充电车位监测、充电状态监测、视频监测、安防监测和烟雾报警等；第二，通过在电动汽车、动力电池、充电设备中设置传感器和RFID 系统，可以实时感知电动汽车运行状态、动力电池使用状态等；第三，在电动汽车动力电池中置入RFID 标签，当充电车辆驶入充电设施时，充电设施处的RFID 阅读器能够感知当前电动汽车电池电量剩余情况。充电设施将需要等待充电的车辆数目和充电设施内的剩余充电车位，通过物联网上报给调度指挥中心，由调度指挥中心协调就近的充电设施，同时将就近充电设施的行使线路提供给等待充电的车主，避免车主的长时间等待。物联网技术使电动汽车实现高质、快速的充电，是智能电网应用的一个重要组成部分。

2.3 智能电网互动化的物联网解决方案

互动性作为智能电网的另一个重要特征，在智能用电环节上体现得尤为明显。而感知作为物联网的基本特性，除利用多种手段实现泛在的物体感知外，还必须充分利用互联网和移动通信的资源实现人与物、物与物之间无所不在的连接与互动。作为智能电网互动性的集中体现，智能用电肩负着与用户建立密切、负责的交互关系，实现供需互动的重任。因此，相对于输电线路、无人值守变电站和配电网自动化系统，面向智能用电的ICT 平台要求区域更广、业务更多的感知与互动。这种感知与互动的开放性和智能电网安全通信的要求是矛盾的，也只有解决了这一矛盾，才能真正找到面向智能电网的物联网应用模式。

如本文第2节所述，从解决智能电网ICT 平台的网络安全性和开放性的矛盾出发，结合智能用电环节的应用需求，制定面向智能用电的物联网解决方案。该方案在现有用电信息采集等电力应用平台的基础上搭建新型感知互动平台，电网企业通过这个平台与社会用户进行相互的感知与互动。

与智能电表数据采集不同的是，智能家居设备的监控需要社会用户的参与。这就需要社会用户既能通过移动通信和互联网随时随地地用智能终端访问智能家居设备，又能随时随地地了解电网企业的分时电价水平和自己家庭的电力负荷分布情况，进而进行精细的用能管理。如图4 所示，方案中将照明装置、水电气三表、供暖设施以及相应的智能家居设备通过星型、树形、网状等多种无线组网方式接入网关，网关将采集到的数据信息通过3G/ADSL/以太网/xPON 等多种通信方式接入互联网。电网企业搭建的智能电网感知互动平台也接在互联网上，社会用户可通过手机等移动终端登录感知互动平台进行电价和家庭用电情况的查询、统计等处理。

图4 面向智能用电系统的物联网网络架构示意图

第三，应用于智能用电系统的物联网方案中特别设计了安全网闸以实现用电信息采集平台和感知互动平台的信息抽取与推送。安全网闸类似于一个单刀双向高速电磁开关，并配有高速大容量缓存区，两个平台仅与缓存区进行数据交换而不直接相连，可以实现在两个平台进行信息交互的基础上，电力专网与互联网在任何时刻的完全隔离，从而有效提高了智能电网的安全性指标。

本方案从电网与用户感知互动的网络开放性角度出发，利用互联网搭建与用户交互的感知互动平台，可充分调动社会资源，大大提高各大网络运营商与终端设备厂商积极性，提升普通居民用户的节电积极性，从而调动起最广泛的社会力

量参与到全面感知、有效互动的面向智能电网的物联网建设中来。通过搭建智能电网感知互动平台，利用互联网实现智能家居控制，不但有利于智能用电理念在广大居民用户中的推广，而且充分利用了现有的互联网资源，有效节约了构建智能配用电一体化平台的经济成本。更重要的是，在安全网闸的隔离保护下，电网企业将用户用电信息向感知互动平台进行智能推送，不但满足了用户实时掌握用电信息的需求，实现普通居民感知电网的愿望，而且也全面树立了电网企业的社会形象，从而真正达成双向的感知与互动，促进了电网建设向着透明、开放、安全的目标迈进。

3、结束语

虽然当前智能电网的概念尚未统一，但是利用先进的通信、信息技术提高电网的智能化程度已经成为一种共识。因此，构建通畅、高速、安全、可靠的ICT 平台是电网智能化的根本保障和必然趋势。本文充分考虑了智能电网的特性需求，提出了构建面向智能电网的物联网解决方案，该方案不仅考虑了对现有电力通信网的集成，而且利用物联网的优势，在感知终端实现了对电网信息的全方位采集；在信息传递中实现了多种组网方式的异构融合和协同工作；在后台信息处理时利用多种后台分析手段实现对海量数据的合理分类、筛选、分析和处理；从而推动了自愈、安全、交互、协调、兼容的智能电网的早日实现。构建面向智能电网的物联网平台是一项长期的工程，需要电网信息化程度的不断提高和物联网标准化工作的不断推进。将物联网融入到智能电网ICT 平台的建设中，既要立足眼前现实，又要兼顾发展前景；既要满足近期需求，又要适应未来发展。