1、5G 时代物联网技术在电力系统中的应用 丘华敏 国网福建省电力有限公司技能培训中心 摘 要： 电力电子技术的发展, 让电力系统变为一个多传感器系统;而通信技术的发展, 又令电力系统在多传感器系统的基础上升级为一个物联网系统。在即将到来的5G 时代, 物联网必将迎来新一轮的技术飞跃, 得益于此, 电力系统也将朝着更可靠、更高效、更智能的方向发展。文章从电力系统发变输配用各个环节的特征出发, 初步探讨了 5G 时代背景下, 物联网技术在电力系统的应用。关键词： 5G; 物联网; 电力系统; 作者简介：丘华敏 (1987) , 男, 福建上杭人, 工程师, 学士;研究方向:信息通信管理。Applic
2、ation of Internet of Things technology in power system in 5G timesQiu Huamin National Technology Training Center, Fujian Electric Power Co., Ltd.; Abstract： With the development of power electronics, power system is changed into an multi-sensor system. Whilewith the development of communication tech
3、nology, power system is upgraded to a Internet of Things system on thebasis of multi-sensor system. In the coming 5 G times, the technology of Internet of Things would make rapid progresscertainly, consequently, power system would become more reliable, more efficient and more intelligent. Starting f
4、romthe characteristics of generation, transformation, transmission, distribution and utilization of power system, this paperdiscusses the application of Internet of Things technology in power system preliminary under the background of 5 Gtimes.Keyword： 5G; Internet of Things; power system; 0 引言5G 是
5、4G 之后新一代移动通信系统, 预计 2020 年投入商用1。2017 年 3 月 5日的政府工作报告把 5G 列为国家未来加快培育壮大的新兴产业之一。5G有着超高传输速率、超大容量带宽、海量连接数和低延时低功耗等优点。5G 也将与物联网深度融合, 为新一轮通信技术的创新和产业革命提供动力。物联网的概念正逐步为人们所知, 其应用也渐渐渗透到人们的生活当中。可穿戴设备、智能家居、智慧城市等都在物联网技术发展的带动下成为热门行业2。物联网的发展也为电力系统向坚强智能电网发展提供了一个绝好契机:物联网强调的“物物互联”正是坚强智能电网建设必不可少的技术保障。本文在介绍电力系统向坚强智能电网发展的基础
6、上, 初步讨论了即将到来的 5G时代背景下物联网技术的应用前景。1 物联网与 5G 深度融合1.1 物联网时代2011 年, 我国工信部就已颁发物联网“十二五”发展规划, 提出要大力加快物联网及其技术的研发和创新。物联网, 即一个物与物都互相联系的网络。定义为:通过二维码识读设备、射频识别装置、红外感应器和 GPS 等设备, 按协议把任何物品与互联网相连接并进行信息交换和通信, 以实现智能化识别、定位、监控和管理的一种网络。物联网的核心和基础仍然是互联网, 是互联网延伸和扩展的网络3。物联网的发展本质上是物联网技术的进步, 其关键技术包括传感传动技术, GPS, 射频识别技术, 嵌入式系统技术
7、。依托物联网技术, 电力系统自动化和智能化程度越来越高, 随着高速传感、高性能计算、网络通信等技术的应用, 电力系统已逐渐转变为物联网电力系统。1.2 5G 时代5G 已成为全球移动通信研究的热门, 5G 时代正悄然来临, 其通信具有以下特点4: (1) 超高传输速率和超大容量带宽。物联网具有大量移动终端和智能设备, 移动数据流量以百千倍的速度飙升, 5G 能够满足巨大的流量需求。 (2) 海量连接数。4G 与 50 亿物品相连, 而 5G 的连接数可以达到 1 000 亿。 (3) 低延时低功耗的点对点传输。物联网业务将沿着个性化发展, 不仅要求信息实时交互, 更要求网络具有专门性、适应性。
8、 (4) 智能的网络管理, 高效的频谱利用。提升频谱利用效率不仅可以降低能源损耗, 而且可以降低终端成本, 大大提升了物联网的效率。物联网的发展有两个重要条件: (1) 完整的网络体系和通信协议; (2) 高度的安全性。5G 时代的到来, 使“万物互联”成为可能。信息要高速可靠地传输, 就要求物联网具有更成熟的传感器技术、更准确的识别能力以及更快速的数据处理能力。物联网与 5G 的融合能够让物联网真正迎来井喷式发展。2 坚强智能电网电力需求的不断增长和全球能源资源供应紧张使得坚强智能电网成为电力系统发展的方向和战略选择5。随着信息通信、特高压输电等先进技术和可再生能源的迅猛发展, 电力系统进入
9、了智能电网发展的新阶段6。坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架, 涵盖发变输配用各个环节, 集成现代通信信息技术与先进电力技术, 具有信息化、自动化特征, 适应各类电源和用电设施的灵活接入与退出, 具有智能响应和系统自愈能力, 能够显著提高电力系统安全可靠性和运行效率的新型现代化电力系统6。就物联网而言, 其技术是坚强智能电网的基础。通过物联网技术, 对电网的运行状态、智能变电站、配电线路、用户、发电厂等进行实时监测, 实现对电力系统的全景全息感知、信息互联互通及智能控制。而 5G 时代的来临, 为坚强智能电网提供了可靠的通信技术支撑, 保障了电力系统的高度安全。3 物联网技术在电力系统中的应
10、用物联网“十二五”发展规划提出, “智能电网是物联网大量应用的重要行业之一。”结合 5G 时代下物联网的技术特点和电网发展情况, 不难看出物联网技术在电力系统中具有广阔的应用前景。3.1 发电环节坚强智能电网的一大特点就是清洁能源的大力利用。比如风能, 根据国家能源局发布的数据, 2017 上半年全国风电新增并网容量 601 万 k W, 截至 6 月底, 累计并网容量达到 1.54 亿 k W。尽管如此, 我国风力发电仍然面临着弃风限电的难题, 仅 2012 年就浪费电力 2 000 亿 k Wh, 经济损失超百亿。如今仍然有一半的风电厂没有盈利。借助物联网技术, 可在风机设备上加装先进的传
11、感系统, 借助传感测量技术、数据挖掘技术分析风机出力受天气变化的影响情况, 实现根据天气情况实时调整风机出力, 以此避免弃风限电问题;借助无线通信技术, 调度中心可实时掌握风力机的出力情况, 从而更好地进行调度, 进而确保分布式电源出力在可控范围之内。如此, 可大大提高清洁能源的利用率。3.2 变电环节智能变电站采用先进、集成和环保的智能设备, 可自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等功能6。事实上, 变电站之所以能够“智能”, 依靠的正是通信技术、物联网技术。带电检修方面, 利用物联网和 5G, 让设备的状态检测环节和状态评估环节时时互联, 在设备检测进行的同时, 设备状态信息可反
12、馈给现场检修人员, 大大提高检修效率。地下电缆故障预防、诊断、处理方面, 利用物联网技术, 可以对电缆进行全面的排查、数据汇集分析并及时反馈给监控中心, 辅助其对电缆进行绝缘状态、传输状态的评估。此外, 国内已有专家提出“预伏故障”的概念, 其就是借助物联网的物品识别技术、无线通信技术、大数据分析等对电力系统进行全面监控和分析, 力求在系统遭受故障前就发现并处理“潜伏”的故障, 保障电力系统的安全运行。3.3 输电环节物联网技术在输电环节的应用主要就是依靠广泛部署的传感器。利用智能传感器对输电线路进行实时监测, 将线损、绝缘损坏、故障异常等消息及时反馈给监控中心, 辅助调度人员优化输电系统的运
13、行方式。此外, 近几年兴起的无人机巡检输电线路依托的也是物联网技术和无人机的配合, 在无人机平台上搭载高清摄像头进行航拍, 借助无线通信, 巡检人员可全面地掌握输电线路的情况;在无人机上搭设超声波测距等设备来对输电线路进行测量, 则可以提升输电线路测距的精度;在无人机上加装红外感应器等, 则可以快速准确地定位输电线路故障点;5G 的到来让无人机可以拍摄和传输数目更多、清晰度更高的图片和视频, 提高了巡检可靠性。借助物联网技术, 无人机巡检可以充分发挥其不受地理、环境因素影响的优势, 为输电线路提供一种新型的巡检模式。3.4 配电环节配电网作为与用电客户直接相连的网络, 其对电能质量有着较高的要
14、求。近年来, 随着分布式电源 (Distributed Generation, DG) 的大量接入, 储能技术的进步以及电动汽车、智能家电等灵活负荷的出现, 配电网已变为了可以主动控制、主动管理的主动配电网 (Active Distribution Network, ADN) 。在提高 DG 接纳方面, 利用物联网技术, 可以更好地做到功率预测和出力调整, 提高就地消纳能力;还可令储能装置、DG 以及需求侧等应用层互联, 让 ADN 更好地进行资源配置, 实现负荷削峰填谷, 系统更加经济运行。比如, 令 DG 出力跟踪负荷曲线的变化, 当供电能力不足时, 可利用分布式电源或者储能装置提高系统供
15、电能力;当负荷降低时, 又可以利用储能装置的充电来存储电能以供备用。在风险评估、故障复电和网络重构方面, 借助物联网技术, 不仅可以决策出复电的最佳方案, ADN 也可以主动地进行重构, 提高其供电能力和抗风险能力。3.5 用电环节灵活负荷 (Flexible Load, FL) 的出现, 不仅方便了 ADN 进行主动管理和主动控制, 它们本身在物联网技术的支撑下, 也可以主动参与到 ADN 的运行管理中。比如近几年兴起的降低电压节能技术, 依靠的正是物联网技术。在智能电表和高级计量设施等对用电设备进行分析判断后, 保证其安全可靠运行的前提下, 通过适当地降低其电压来减少用电量, 这对我国节能
16、减排事业具有重大意义。近几年来, 世界各国和我国的电动汽车 (Electric Vehicle, EV) 保有量迅速增长, ADN 对其进行可靠有效的管理也是未来研究的一个热点问题。比如借助物联网技术, 便可充分考虑 EV 的行驶习惯、负荷特性等, 结合市场电价和 ADN运行情况, 有效地管理 EV 的充放电, 形成专门特殊的运营模式。4 结语在发展清洁能源、节能减排的大前提下, 建设坚强智能电网是电力系统发展的必然选择。电力系统发展到今日, 已具备成为物联网电力系统的各种条件, 因此, 物联网技术应用于电力系统是随时随地无处不在的。而 5G 时代的到来, 势必会让物联网技术得到进一步的飞跃。
17、物联网与 5G 的深度融合使得电力系统各环节、各部分、各设备更加紧密地联系在一起。本文从电力系统的发变输配用 5 个环节, 简要介绍了物联网技术在 5G 时代的应用情况, 旨在抛砖引玉或者总结归纳, 对物联网和电力系统的深度结合作出初步探讨。参考文献1赵玉霞.5G 与物联网发展趋势分析J.电子技术与软件工程, 2016 (22) :17. 2王思力, 梁慧.浅析物联网技术发展现状及应用前景J.科技经济导刊, 2016 (23) :29. 3燕晓波, 熊伟晴.物联网综述J.电光系统, 2016 (3) :17-23. 4孙慧.5G 时代开启物联网新世界应用分析J.通讯世界, 2017 (9) :110-111. 5马钊, 周孝信, 尚宇炜, 等.能源互联网概念、关键技术及发展模式探索J.电网技术, 2015 (11) :3014-3022. 6刘振亚.全球能源互联网M.北京:中国电力出版社, 2015.
