面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與應(yīng)用方案研究

雖然我國(guó)電網(wǎng)信息化程度在不斷地提高，但仍然面臨著一些特殊問(wèn)題，如建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)骨干電力網(wǎng)架，提高電網(wǎng)抵御多重故障的能力，加強(qiáng)各區(qū)域電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，提升電網(wǎng)穩(wěn)定水平，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行靈活性，完善電力相關(guān)企業(yè)信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)與用戶之間的信息互動(dòng)，充分發(fā)揮信息技術(shù)在重大決策和現(xiàn)代化管理中的作用等。這些問(wèn)題的解決是現(xiàn)有電網(wǎng)向可靠、自愈、經(jīng)濟(jì)、兼容、集成和安全的智能電網(wǎng)演進(jìn)的關(guān)鍵。搭建新一代智能電網(wǎng)信息通信技術(shù)（ICT）平臺(tái)是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)作為一種實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的新型通信網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在物流管理、智能建筑、安全服務(wù)、健康醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，并且收到了良好的效果。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、無(wú)線傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，從而實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的信息交互和通信。其中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID 技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)末端最關(guān)鍵的技術(shù)。

目前，智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展均被提升到國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略決策層面，如何將智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)是電力發(fā)展中需要解決的重要問(wèn)題。將物聯(lián)網(wǎng)引入新一代智能電網(wǎng)信息通信技術(shù)（ICT）平臺(tái)中，不應(yīng)是對(duì)當(dāng)前電力通信網(wǎng)的重構(gòu)，而是在現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)展的基礎(chǔ)上，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展物與物之間的直接通信方式，從而降低電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的人工參與度，提升電網(wǎng)的安全系數(shù)。與此同時(shí)，還應(yīng)利用物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)融合、兼容開(kāi)放、自組織自愈等突出特點(diǎn)，與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與社會(huì)的相互感知與互動(dòng)?；谖锫?lián)網(wǎng)的應(yīng)用能夠極大地拓寬現(xiàn)有電力通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)范圍，提高電力系統(tǒng)的安全性和抗故障、御災(zāi)害能力，實(shí)現(xiàn)與用戶的信息交互，最終達(dá)成智能電網(wǎng)節(jié)能減排、兼容互動(dòng)、安全可靠的目標(biāo)。

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)特性，通過(guò)對(duì)智能電網(wǎng)輸電、變電、配電和用電四大環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)需求分析，提出了面向智能電網(wǎng)ICT 平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)，并將物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有電力通信網(wǎng)的性能進(jìn)行了對(duì)比。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提出了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方案；針對(duì)智能用電環(huán)節(jié)的感知互動(dòng)性需求，具體分析了面向智能用電以及智能電網(wǎng)互動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

1 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分析

多年來(lái)，盡管國(guó)內(nèi)電力行業(yè)在通信技術(shù)方面做了大量工作，對(duì)電網(wǎng)自動(dòng)化水平的提高發(fā)揮了巨大作用。然而，面向下一代智能電網(wǎng)，現(xiàn)有電力信息通信平臺(tái)仍然遠(yuǎn)不能滿足其內(nèi)在需求。因此，必須從戰(zhàn)略高度重視新型信息通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究與試驗(yàn)工作，構(gòu)建安全、可靠、穩(wěn)定、適用、快速的智能電網(wǎng)ICT 平臺(tái)。

從總體目標(biāo)上看，面向智能電網(wǎng)的ICT 平臺(tái)應(yīng)當(dāng)是高度集成的開(kāi)放式通信系統(tǒng)。它在覆蓋范圍上應(yīng)涵蓋電源、電網(wǎng)、用戶的全流程，形成統(tǒng)一整體；在業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)上應(yīng)覆蓋電網(wǎng)建設(shè)、生產(chǎn)調(diào)度、電能交易、技術(shù)管理的全方位；在管理控制上應(yīng)貫穿電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)、技術(shù)改造、退役的全過(guò)程；在數(shù)據(jù)流傳送上應(yīng)包括信息采集、信息傳輸、信息集成、信息展現(xiàn)、決策應(yīng)用等各階段，最終形成電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的高度融合和一體化。智能電網(wǎng)ICT 平臺(tái)除了為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)和高效運(yùn)行提供全方位技術(shù)支撐外，還將為綠色節(jié)能環(huán)保、資源最優(yōu)化配置、防災(zāi)減災(zāi)等方面提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支持。

1.1 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架

由于現(xiàn)有電力通信網(wǎng)在數(shù)據(jù)的終端采集上存在大量盲區(qū)，如對(duì)高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)多采用人工巡檢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控；系統(tǒng)自愈、自恢復(fù)能力完全依賴于實(shí)體冗余；對(duì)客戶的服務(wù)簡(jiǎn)單、信息單向；系統(tǒng)內(nèi)部存在多個(gè)信息孤島，缺乏信息共享；雖然局部的自動(dòng)化程度在不斷提高，但由于信息的不完善和共享能力的薄弱，使得系統(tǒng)中多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)是割裂的、局部的、孤立的，不能構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)的有機(jī)統(tǒng)一整體，所以整個(gè)電網(wǎng)的智能化程度還不夠高。

針對(duì)目前電力通信網(wǎng)中存在的諸多問(wèn)題搭建面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架，其實(shí)質(zhì)是利用物聯(lián)網(wǎng)搭建的支撐全面感知、全景實(shí)時(shí)的通信系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境感知性、多業(yè)務(wù)和多網(wǎng)絡(luò)融合性有效地植入智能電網(wǎng)ICT 平臺(tái)中，從而掃除數(shù)據(jù)采集盲區(qū)，清除信息孤島，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、雙向互動(dòng)的智能電網(wǎng)通信平臺(tái)。

圖1 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架

從具體內(nèi)容上看，如圖１所示，面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合電網(wǎng)各大環(huán)節(jié)的應(yīng)用需求，確立了智能輸電、智能變電、智能配電和智能用電四大應(yīng)用模塊，從四大模塊的應(yīng)用需求側(cè)出發(fā)搭建電力綜合信息平臺(tái)，面向上層的信息處理和應(yīng)用，信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)作為信息處理的有效載體，緊密結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)泛在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理分析，通過(guò)對(duì)海量信息的有效處理實(shí)現(xiàn)包括對(duì)輸電線路、變電站設(shè)備、配電線路及配電變壓器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障檢修，統(tǒng)一調(diào)配電力資源，實(shí)現(xiàn)與用戶的信息雙向互動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠和互動(dòng)的智能電網(wǎng)內(nèi)在要求。

針對(duì)下層的信息采集和傳輸，面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架在感知延伸互動(dòng)階段，利用大面積、高密度、多層次鋪設(shè)的傳感器節(jié)點(diǎn)、RFID 標(biāo)簽以及多種標(biāo)識(shí)技術(shù)和近距離通信手段實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的全面采集，針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的不同特點(diǎn)和技術(shù)要求，分別在電力輸、變、配、用四大環(huán)節(jié)搭建傳感網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)結(jié)合多種近程通信技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)的大量采集提高信息的準(zhǔn)確性，為智能電網(wǎng)的高效節(jié)能、供求互動(dòng)提供數(shù)據(jù)保障。在信息傳輸階段，以電力通信網(wǎng)作為信息傳輸通道，利用光纖或?qū)拵o(wú)線接入方式傳輸輸電線路信息、變電站設(shè)備狀態(tài)信息、電力調(diào)配信息以及居民用電信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.2 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能框架根據(jù)各大環(huán)節(jié)的不同特點(diǎn)提出了不同的應(yīng)用需求。根據(jù)不同階段完成功能和支撐技術(shù)的差異，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)基本網(wǎng)絡(luò)模型，將面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)分為感知延伸層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，如圖2 所示。 

圖2 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)分層式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

{$page$}

（1）感知延伸層

感知延伸層的監(jiān)測(cè)目標(biāo)包括與電力環(huán)節(jié)相關(guān)的電力對(duì)象、家居對(duì)象和智能安防等其他對(duì)象。電力對(duì)象的感知范圍涵蓋輸、變、配、用四大環(huán)節(jié)中的氣象環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)信息以及用戶用電信息；家居對(duì)象的感知?jiǎng)t涵蓋家庭水熱電表和遠(yuǎn)程操控的智能家電；而其他對(duì)象則包含各種負(fù)責(zé)安防監(jiān)控的傳感器、攝像頭、RFID標(biāo)簽等短距離通信設(shè)備。從感知對(duì)象上采集到的信息經(jīng)過(guò)一定的分類和預(yù)處理，通過(guò)無(wú)線自組織傳感網(wǎng)、紅外通信、現(xiàn)場(chǎng)總線等多種短距離通信手段接入感知終端和互動(dòng)終端，在終端設(shè)備上體現(xiàn)感知數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)與用戶的交互式操作。 （2）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層又分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。首先，感知終端和互動(dòng)終端的信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)屏蔽各網(wǎng)絡(luò)之間的差異，按數(shù)據(jù)類別和安全等級(jí)分別傳至電力接入專網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。電力接入專網(wǎng)主要包括電力光纖接入網(wǎng)和寬帶無(wú)線接入網(wǎng)，通過(guò)電力接入專網(wǎng)與電力核心網(wǎng)互聯(lián)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、可靠地回傳；互聯(lián)網(wǎng)側(cè)包含以太網(wǎng)、ADSL、3G、xPON 等多種接入方式。

（3）應(yīng)用層

應(yīng)用層針對(duì)智能電網(wǎng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的需求，搭建各種電力應(yīng)用平臺(tái)。各應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)在通過(guò)傳感手段獲得的大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提供更加細(xì)膩的管理和控制。另外，應(yīng)該在現(xiàn)有電力應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)上搭建新型感知互動(dòng)平臺(tái)，電網(wǎng)企業(yè)通過(guò)這個(gè)平臺(tái)與社會(huì)用戶進(jìn)行相互的感知與互動(dòng)。感知互動(dòng)平臺(tái)與電力核心網(wǎng)之間的連接必須是在內(nèi)外網(wǎng)相互隔離條件下，有強(qiáng)有力安全措施保障的間接互聯(lián)，因此，圖中對(duì)二者的相連選取了虛線連接，意為一種虛擬的、物理隔離條件下的互聯(lián)。

如表1 所示，面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相較于現(xiàn)有電力通信網(wǎng)，在環(huán)境感知性、自愈性、互動(dòng)性和安全性等方面都具有較大優(yōu)勢(shì)，而這些優(yōu)勢(shì)無(wú)疑是現(xiàn)有電網(wǎng)向著信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化的智能電網(wǎng)邁進(jìn)的根本保障。

表1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與現(xiàn)有電力通信網(wǎng)的性能比較

2 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案

2.1 面向智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案

面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其目的首先在于提高電力系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化與自動(dòng)化程度。這類應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)主要依托于物聯(lián)網(wǎng)末端的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用場(chǎng)景主要包括高壓輸電線路、變電站一、二次設(shè)備尤其是一次設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)等應(yīng)用，通過(guò)對(duì)線路與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)感知及趨勢(shì)預(yù)測(cè)，提高電網(wǎng)的安全水準(zhǔn)，降低電網(wǎng)的運(yùn)行成本；也包括像配電網(wǎng)自動(dòng)化及用電信息采集等電網(wǎng)需求側(cè)通信的應(yīng)用。由于以上這些應(yīng)用對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求不高，而通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，非常適合采用低成本、低功耗和小型化的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)自主形成一個(gè)多跳網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物與物之間的直接通信。節(jié)點(diǎn)的較高密度分布使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠滿足一定的精度要求。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，由于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊、通信模塊和供電模塊等，因此可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類，選擇合適的預(yù)處理方式，對(duì)視頻信息、氣象信息、線路及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行集中分類和數(shù)據(jù)融合，這樣可以大大減少數(shù)據(jù)通信量，減輕網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)擔(dān)，減少節(jié)點(diǎn)能量消耗。但由于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的處理能力有限，它所采集的數(shù)據(jù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)只能進(jìn)行粗粒度的處理，因此信息數(shù)據(jù)必須傳至智能電網(wǎng)ICT 分析處理平臺(tái)進(jìn)行細(xì)粒度的處理分析，根據(jù)處理情況發(fā)送命令，做到故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。

圖3 是一種適用于智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的傳感網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。底層為部署在實(shí)際監(jiān)測(cè)環(huán)境中的傳感器、智能終端、RFID 標(biāo)簽等輸入、輸出實(shí)體，向上依次為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，最終連接至智能電網(wǎng)ICT 平臺(tái)分析處理系統(tǒng)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用感知延伸終端的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集輸電、變電和配電環(huán)節(jié)中的設(shè)備狀態(tài)信息、線路狀態(tài)信息、氣象環(huán)境信息和配用電一體化信息，將采集的數(shù)據(jù)匯聚至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將分類預(yù)處理后的數(shù)據(jù)信息傳至接入網(wǎng)，進(jìn)而統(tǒng)一進(jìn)入電力通信核心網(wǎng)。傳感數(shù)據(jù)通過(guò)電力通信專網(wǎng)發(fā)送至后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行信息的統(tǒng)一分類、分析和處理，數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后由ICT 平臺(tái)發(fā)出相關(guān)指令，按相同方式逆向傳輸至終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障處理。

圖3 面向智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的傳感網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 面向智能用電的物聯(lián)網(wǎng)解決方案

智能電網(wǎng)的用戶除了包括居民用戶、工商業(yè)大用戶等傳統(tǒng)型用戶外，還將包括電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)等新型用戶。

在傳統(tǒng)型用戶的智能用電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中主要的連接對(duì)象是用戶的智能雙向電表。電網(wǎng)企業(yè)根據(jù)用電性質(zhì)與場(chǎng)合的不同選用不同功能的智能雙向電表，對(duì)用戶實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、竊電檢測(cè)等多種應(yīng)用（如表2 所示）。通過(guò)智能雙向電表終端設(shè)備的引入，全方位采集用戶用電信息，實(shí)現(xiàn)從大用戶到普通居民用戶的全方位負(fù)荷監(jiān)測(cè)與管理。智能電表通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)、電力線載波通信（PLC）或現(xiàn)場(chǎng)總線，再通過(guò)電力接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)，將電表數(shù)據(jù)上傳至用電信息采集等應(yīng)用平臺(tái)。

表2 智能電表監(jiān)測(cè)對(duì)象一覽表

{$page$}

另外，在智能用電中有一支較為重要的應(yīng)用是電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)，在國(guó)家電網(wǎng)的推動(dòng)下正在逐步實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)汽車充電設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用除了傳統(tǒng)用戶的電能計(jì)量與監(jiān)測(cè)外，還包括對(duì)充電站設(shè)施的監(jiān)控、對(duì)充電車輛電池狀態(tài)的監(jiān)控以及對(duì)充電車輛的調(diào)度等。第一，充電站設(shè)施的監(jiān)測(cè)包括充電車位監(jiān)測(cè)、充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)測(cè)和煙霧報(bào)警等；第二，通過(guò)在電動(dòng)汽車、動(dòng)力電池、充電設(shè)備中設(shè)置傳感器和RFID 系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)感知電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)力電池使用狀態(tài)等；第三，在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池中置入RFID 標(biāo)簽，當(dāng)充電車輛駛?cè)氤潆娫O(shè)施時(shí)，充電設(shè)施處的RFID 閱讀器能夠感知當(dāng)前電動(dòng)汽車電池電量剩余情況。充電設(shè)施將需要等待充電的車輛數(shù)目和充電設(shè)施內(nèi)的剩余充電車位，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)上報(bào)給調(diào)度指揮中心，由調(diào)度指揮中心協(xié)調(diào)就近的充電設(shè)施，同時(shí)將就近充電設(shè)施的行使線路提供給等待充電的車主，避免車主的長(zhǎng)時(shí)間等待。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、快速的充電，是智能電網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要組成部分。

2.3 智能電網(wǎng)互動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)解決方案

互動(dòng)性作為智能電網(wǎng)的另一個(gè)重要特征，在智能用電環(huán)節(jié)上體現(xiàn)得尤為明顯。而感知作為物聯(lián)網(wǎng)的基本特性，除利用多種手段實(shí)現(xiàn)泛在的物體感知外，還必須充分利用互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信的資源實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間無(wú)所不在的連接與互動(dòng)。作為智能電網(wǎng)互動(dòng)性的集中體現(xiàn)，智能用電肩負(fù)著與用戶建立密切、負(fù)責(zé)的交互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)供需互動(dòng)的重任。因此，相對(duì)于輸電線路、無(wú)人值守變電站和配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，面向智能用電的ICT 平臺(tái)要求區(qū)域更廣、業(yè)務(wù)更多的感知與互動(dòng)。這種感知與互動(dòng)的開(kāi)放性和智能電網(wǎng)安全通信的要求是矛盾的，也只有解決了這一矛盾，才能真正找到面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。 

如本文第2 節(jié)所述，從解決智能電網(wǎng)ICT 平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)安全性和開(kāi)放性的矛盾出發(fā)，結(jié)合智能用電環(huán)節(jié)的應(yīng)用需求，制定面向智能用電的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。該方案在現(xiàn)有用電信息采集等電力應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)上搭建新型感知互動(dòng)平臺(tái)，電網(wǎng)企業(yè)通過(guò)這個(gè)平臺(tái)與社會(huì)用戶進(jìn)行相互的感知與互動(dòng)。

與智能電表數(shù)據(jù)采集不同的是，智能家居設(shè)備的監(jiān)控需要社會(huì)用戶的參與。這就需要社會(huì)用戶既能通過(guò)移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地地用智能終端訪問(wèn)智能家居設(shè)備，又能隨時(shí)隨地地了解電網(wǎng)企業(yè)的分時(shí)電價(jià)水平和自己家庭的電力負(fù)荷分布情況，進(jìn)而進(jìn)行精細(xì)的用能管理。如圖4 所示，方案中將照明裝置、水電氣三表、供暖設(shè)施以及相應(yīng)的智能家居設(shè)備通過(guò)星型、樹(shù)形、網(wǎng)狀等多種無(wú)線組網(wǎng)方式接入網(wǎng)關(guān)， 網(wǎng)關(guān)將采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)3G/ADSL/以太網(wǎng)/xPON 等多種通信方式接入互聯(lián)網(wǎng)。電網(wǎng)企業(yè)搭建的智能電網(wǎng)感知互動(dòng)平臺(tái)也接在互聯(lián)網(wǎng)上，社會(huì)用戶可通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)終端登錄感知互動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行電價(jià)和家庭用電情況的查詢、統(tǒng)計(jì)等處理。

圖4 面向智能用電系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

第三，應(yīng)用于智能用電系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)方案中特別設(shè)計(jì)了安全網(wǎng)閘以實(shí)現(xiàn)用電信息采集平臺(tái)和感知互動(dòng)平臺(tái)的信息抽取與推送。安全網(wǎng)閘類似于一個(gè)單刀雙向高速電磁開(kāi)關(guān)，并配有高速大容量緩存區(qū)，兩個(gè)平臺(tái)僅與緩存區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而不直接相連，可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)平臺(tái)進(jìn)行信息交互的基礎(chǔ)上，電力專網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)刻的完全隔離，從而有效提高了智能電網(wǎng)的安全性指標(biāo)。

本方案從電網(wǎng)與用戶感知互動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性角度出發(fā)，利用互聯(lián)網(wǎng)搭建與用戶交互的感知互動(dòng)平臺(tái)，可充分調(diào)動(dòng)社會(huì)資源，大大提高各大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商與終端設(shè)備廠商積極性，提升普通居民用戶的節(jié)電積極性，從而調(diào)動(dòng)起最廣泛的社會(huì)力量參與到全面感知、有效互動(dòng)的面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中來(lái)。通過(guò)搭建智能電網(wǎng)感知互動(dòng)平臺(tái)，利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能家居控制，不但有利于智能用電理念在廣大居民用戶中的推廣，而且充分利用了現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)資源，有效節(jié)約了構(gòu)建智能配用電一體化平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)成本。更重要的是，在安全網(wǎng)閘的隔離保護(hù)下，電網(wǎng)企業(yè)將用戶用電信息向感知互動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行智能推送，不但滿足了用戶實(shí)時(shí)掌握用電信息的需求，實(shí)現(xiàn)普通居民感知電網(wǎng)的愿望，而且也全面樹(shù)立了電網(wǎng)企業(yè)的社會(huì)形象，從而真正達(dá)成雙向的感知與互動(dòng)，促進(jìn)了電網(wǎng)建設(shè)向著透明、開(kāi)放、安全的目標(biāo)邁進(jìn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

雖然當(dāng)前智能電網(wǎng)的概念尚未統(tǒng)一，但是利用先進(jìn)的通信、信息技術(shù)提高電網(wǎng)的智能化程度已經(jīng)成為一種共識(shí)。因此，構(gòu)建通暢、高速、安全、可靠的ICT 平臺(tái)是電網(wǎng)智能化的根本保障和必然趨勢(shì)。本文充分考慮了智能電網(wǎng)的特性需求，提出了構(gòu)建面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，該方案不僅考慮了對(duì)現(xiàn)有電力通信網(wǎng)的集成，而且利用物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，在感知終端實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)信息的全方位采集；在信息傳遞中實(shí)現(xiàn)了多種組網(wǎng)方式的異構(gòu)融合和協(xié)同工作；在后臺(tái)信息處理時(shí)利用多種后臺(tái)分析手段實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的合理分類、篩選、分析和處理；從而推動(dòng)了自愈、安全、交互、協(xié)調(diào)、兼容的智能電網(wǎng)的早日實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工程，需要電網(wǎng)信息化程度的不斷提高和物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的不斷推進(jìn)。將物聯(lián)網(wǎng)融入到智能電網(wǎng)ICT 平臺(tái)的建設(shè)中，既要立足眼前現(xiàn)實(shí)，又要兼顧發(fā)展前景；既要滿足近期需求，又要適應(yīng)未來(lái)發(fā)展。