1.2 建设电力物联网的意义

电力物联网广泛应用大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能、区块链、边缘计算等信息技术和智能技术，实现电力系统各环节物物相连与人机交互，为发、输、变、配、用等环节的稳定性运行提供了信息和数据支撑。图1-3展示了电力物联网对电力系统的作用。

1.2.1 对发电部分稳定性运行的作用

发电厂作为电能的制造单位，是整个电网的支柱，稳定的发电环节为整个电网的高效运行奠定了基础。随着分布式发电设备接入类型与数量的快速增加，电网复杂程度不断提升，对传统能源与电力供应的质量和稳定性提出了挑战。

传统的集中式单一供电系统以大机组、大电网、高电压为主要特征，大电网中任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能会导致大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果。因此，结合物联网技术建设分布式发电系统是未来的发展趋势。

在新能源发电系统，如风力分布式发电系统中，电力物联网在各风力发电站设置大量的振动、速度、位移和电流电压等传感器以及微处理器、电能计量表等发电监控器，实时监测风力情况，采集各发电站的发电功率并发送到远端监控中心。在监控中心，厂级系统根据采集信息对一些变化进行自动化调整，操作人员通过人机交互界面能够调出历史记录，查看系统运行和调节情况。对于通过自我调节无法解决的问题，系统进行故障报警和故障点定位，方便电站维护人员及时排查，保证发电系统稳定持续运行。

此外，电力物联网可实现对风电场、光电站、火电厂、水电厂和大型用户的调度连接，把可控负荷和分散发电有效控制起来，通过“大、云、移” 等物联网技术，实时获取风力、光伏、水力、负荷功率等信息，将区域分布式新能源和负荷聚合成一个实体，形成虚拟电厂，例如，在风力、水力和光照良好的情况下优先使用新能源，减少火电厂的产能任务，以多能互补的形式优化新能源的利用和入网，提高电网可调控容量占比，建立繁荣的电力市场。

1.2.2 对输电网部分稳定性运行的作用

输电网在电力系统中承担着输送电能的重要任务，具有电压等级高、输送容量大、输送距离远等特点。输电线路是我国电力系统的核心部分，其故障将给电力的正常供应造成很大的负面影响，保证输电线路运行的稳定性是供电系统安全稳定运行的基础。

输电线路故障是输电网不稳定因素的主要来源。在实际的输电过程中，输电线路最长可达数百千米，跨越不同的气候区域，运行环境极其复杂。极端的气候条件，如飓风、山火、冰害、雷电等都会对输电线路造成损害，影响电力系统的正常运行。传统的线路故障检修方式主要是事后检修、定期检修，无法实现对输电线路故障的预防以及实时排查，难以满足当前电网建设的需求。

在输电网中，利用电力物联网技术可以有效提高对输电线路运行状况的感知能力。首先，通过电力物联网的智能传感设备对输电线路进行在线监测，实时跟踪判断线路的运行状态，可以实现对线路故障的及时预警和排查，提高输电网的稳定性。这些智能传感器被装备在杆塔及输电线上，分别采集线路上的设备信息及周围环境中的微气象信息，并将这些信息通过无线通信的方式汇集到智能化分析系统中。系统对线路的当前状态做出正确的判断，并将结果输出到相应部门，以便及时应对。其次，无人机可以结合智能传感器对输电线路进行巡检，并通过高清摄像头对故障线路进行拍摄，将线路故障信息及时回传给终端。最后，电力物联网通过卫星遥感、飞机巡检等手段，可以在大范围灾害天气下对输电线路走廊的地形、地质、植被、输电线路状况等进行广域监测，包括杆塔损毁监测、地质灾害监测、走廊山火监测等，为线路故障抢修提供有效的监测数据。故障抢修人员利用监测到的数据可快速定位故障点，制定相应的抢修方案，保障输电网的稳定性运行。

1.2.3 对配电网部分稳定性运行的作用

配电网是电力系统中连接输电与用户两端的关键环节，具有分布广泛、设备众多等特点，其安全性和可靠性对电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。近年来，随着对坚强智能电网、能源互联网等战略部署的大力建设，配电网需要承载的功能正在发生改变，尤其是大规模分布式能源的并入、异质能源系统的融合以及用户侧用电需求的多样性发展等，使配电网的运行模式愈加复杂，给其经济运行和安全管理带来了极大的挑战。

传统的配电网以安全供电为重心，采用被动的运行、控制以及管理模式，在无故障的情况下无法实现自动控制，称为被动的配电网。利用先进的电力电子技术、信息通信技术和自动控制技术，并协调控制分布式电源、储能系统和电动汽车等新型电力设备，可实现配电网的主动管理，这也是未来配电网的发展方向。

未来的配电网具有高度信息化、异质能源混杂的特点，网络与用户之间的界限也会愈加模糊，其将作为区域能源系统的核心与枢纽，承担诸如电、热、气等异质能源的阶梯利用、消纳与转化、协同优化运行等责任。因此，需要对现有的配电网规划方法进行改进，实现配电系统与其他系统的统一协调规划。电力物联网能够使配电网规划具备更强的自主灵活性，极大程度上提高其深度感知与精准控制能力，提高对新型负荷的弹性承载能力，促使配电网由传统的“源—荷” 单向供能模式向双向能量流动模式与高级服务转变，促进电网打造枢纽型、平台型、共享型企业。首先，基于大数据和边缘计算技术，可以实现分布式电源以及用户负荷的精准控制，灵活快速改变配电网拓扑与潮流分布，提升配电网在不确定因素下运行的弹性。其次，电力物联网技术的应用能够使配电网系统实时感知电力设备的运行状态，对网络中的风险和隐患实时评估，从而及时排除故障，提高配电网供电的可靠性。最后，基于电力数据中心平台及云计算技术，对网络运行以及用户用能等数据进行存储与管理，根据异质能源的差异特性，制定综合的、智慧的能源服务方案，满足用户的多样性用能需求，实现多种能源的统一调度、灵活互补和友好消纳。

1.2.4 对变电部分稳定性运行的作用

电力系统变电部分，主要通过变电设备，如变压器，对不同电压等级的电能进行变换、接收和分配，控制电力的流向。在电能的传输过程中，为使线路损耗较小、便于远距离输送，变电站将电压升到几万伏甚至几十万伏；同样，高压电输送到目的地后，为适应不同用户的需要，又将其降压到常用的低压等级。多个变电站通过匹配连接差异化等级的线路，将不同距离和功率的线路连成电网，提高整体安全。目前，变电站运维仍存在诸多问题，包括二次回路不直观导致的运维难度大、故障排查定位困难、二次系统运行管理不到位等。

随着电力物联网的发展，智能变电站在一次设备侧采用智能终端及开关单元，在二次设备侧采用“三层两网” 结构，通过安装在线监测设备，大幅度提升监测量，实现变电站感知智能化、故障预警专业化及设备检修状态化，极大提高了变电站运行的稳定性。首先，电力物联网的感知层借助传感器、射频识别等技术完成变电网设备侧信息数据的高精度、多维度、全局性感知，借助变电设备与杆塔上安装的射频识别标签，实现变电设备及变电状态的数据采集、分析和处理，对变电设备进行状态监测、故障诊断、风险预警及全寿命周期管理。其次，根据变压器、开关设备、继电保护设备、防雷保护装置、调度通信装置及无功补偿装置等设备的状态监测信息，结合设备运行环境及运行工况对异常设备进行定位和故障预警。通过对电力大数据的分析，将变电设备的数据通过互联网进行共享、专业化分析和诊断，对存在安全隐患的设备进行预测和预防控制，并建立故障诊断数据库，避免因设备故障导致的重大安全事故。最后，在全面感知系统数据的基础上，针对故障预警，智能诊断故障起因，快速隔离故障，并结合网络拓扑信息，综合维修人员及物料约束，确定抢修方案。对变电故障信息进行统计，结合人员管理系统，对变电操作员进行针对性培训及操作监测，有效降低工作人员因操作不规范导致的安全事故。

1.2.5 对用电部分稳定性运行的作用

用电部分是电力系统中客户密切关注的关键环节，其稳定运行可保证客户日常生活、生产的顺利进行。目前，电网与用电客户的交流沟通仍存在用电过程不透明等问题，用电体验提升迫在眉睫。通过推进用电侧电力物联网建设，不断提升服务水平，能够增强客户参与度、满意度和获得感，为其带来用电新体验。

首先，电网与用电客户可以开展更好的交流沟通。例如，“江苏能源云网平台” 是以用户为中心的综合能源服务平台，它由能源数据及能效评价中心、能源服务互动及共享中心两大板块构成。用户在用能设备上安装采集监控系统后，接入综合能源服务平台，登录账号就可实时查看用电情况，通过下载经过综合能效评价体系相关标准比对的综合能效“体检报告”，可以及时、准确、全面地掌握用电系统状态。

其次，电网公司可以给居民提供更便捷的缴费流程。智能电表是电力物联网终端，是国家电网泛在电力物联网用户侧的重要入口。目前，国家电网公司智能电表覆盖率达到99%，为电力大数据的自动采集和应用奠定了坚实基础。未来，用电客户可以随时随地在掌上电力App或者支付宝的生活服务上缴费，查看电费账户的银行代扣情况，当电费余额不足时及时存缴购电。

最后，智能家居可以给居民提供更好的用电体验。所有的家中电器连接到网络后，电器的运转状态都可以通过用户的手机展开调控。比如，智能恒温器可以利用传感器收集家中温度、湿度等一系列数据，传输到后台，通过分析数据了解家居环境是否达到用户追求的理想值，如果不能达到用户的要求，智能家居系统可自动开启空调等电器，调节家中环境。