引言
虽然我国电网信 息化程度在不断地提高，但仍然面临着一些特殊问题，如建设坚强电力网架，提高电网抵御多重故障的能力，加强各区域电网网架，提升电网稳定水平，增 强电网运行灵活性，完善电力相关企业信息化建设，实现与用户之间的信息互动，充分发挥信息技术在重大决策和现代化管理中的作用等。这些问题的解决是现有电 网向可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全的智能电网演进的关键。搭建新一代智能电网信息通信技术（ICT）平台是智能电网建设的基础。
同时，物联网作为一种实现智能化识别、定位、、和管理的新型通信网络，已经在物流管理、智能建筑、安全服务、健康医疗等多个领域进行了试点应 用，并且收到了良好的效果。物联网通过射频识别（RFID）、无线传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，将任何物品与互联网相连，从而实现物 与物、人与物之间的信息交互和通信。其中无线传感器网络和RFID技术是物联网末端最关键的技术。
目前，智能电网和物联网产业的发展均 被提升到国家经济发展的战略决策层面，如何将智能电网和物联网有机地结合起来是电力发展中需要解决的重要问题。将物联网引入新一代智能电网信息通信技术 （ICT）平台中，不应是对当前电力通信网的重构，而是在现有各种网络充分发展的基础上，利用传感器网络扩展物与物之间的直接通信方式，从而降低电网生产 环节中的人工参与度，提升电网的安全系数。与此同时，还应利用物联网异构融合、兼容、自组织自愈等突出特点，与互联网紧密结合，实现多种网络的互联互 通，实现电网与社会的相互与互动。基于物联网的应用能够极大地拓宽现有电力通信网的业务范围，提高电力系统的安全性和抗故障、御灾害能力，实现与用户 的信息交互，最终达成智能电网节能减排、兼容互动、安全可靠的目标。
本文结合物联网的基本网络架构和业务特性，通过对智能电网输电、变 电、配电和用电四大环节的业务需求分析，提出了面向智能电网ICT平台的物联网分层体系架构，并将物联网与现有电力通信网的性能进行了对比。在此基础上， 针对智能电网生产环节提出了基于无线传感器网络的应用方案；针对智能用电环节的互动性需求，具体分析了面向智能用电以及智能电网互动化的物联网解决方 案。
1面向智能电网的物联网架构分析
多年来，尽管国内电力行业在通信技术方面做了大量工作，对电网自动化水平的提高发挥了巨大作 用。然而，面向下一代智能电网，现有电力信息通信平台仍然远不能满足其内在需求。因此，必须从战略高度重视新型信息通信网络体系结构的研究与试验工作，构 建安全、可靠、稳定、适用、快速的智能电网ICT平台。
从总体目标上看，面向智能电网的ICT平台应当是高度集成的式通信系统。它 在覆盖范围上应涵盖电源、电网、用户的全流程，形成统一整体；在业务环节上应覆盖电网建设、生产调度、电能交易、技术管理的全方位；在管理控制上应贯穿电 网规划、设计、建设、运行、技术、退役的全过程；在数据流传送上应包括信息采集、信息传输、信息集成、信息展现、决策应用等各阶段，最终形成电力 流、信息流、业务流的高度融合和一体化。智能电网ICT平台除了为电网安全、稳定、经济、优质和高效运行提供全方位技术支撑外，还将为绿色节能环保、资源 最优化配置、防灾减灾等方面提供坚强的技术支持。
1.1面向智能电网的物联网应用框架
由于现有电力通信网在数据的终 端采集上存在大量盲区，如对高压输电线状态监测多采用人工巡检，无法实现线的实时；系统自愈、自恢复能力完全依赖于实体冗余；对客户的服务简单、 信息单向；系统内部存在多个信息孤岛，缺乏信息共享；虽然局部的自动化程度在不断提高，但由于信息的不完善和共享能力的薄弱，使得系统中多个自动化系统是 割裂的、局部的、孤立的，不能构成一个实时的有机统一整体，所以整个电网的智能化程度还不够高。
针对目前电力通信网中存在的诸多问题搭 建面向智能电网的物联网应用框架，其实质是利用物联网搭建的支撑全面、全景实时的通信系统，将物联网的性、多业务和多网络融合性有效地植入智 能电网ICT平台中，从而扫除数据采集盲区，清除信息孤岛，实现实时、双向互动的智能电网通信平台。
图1面向智能电网的物联网应用框架
从具体内容上看，如图１所示，面向智能电网的物联网结合电网各大环节的应用需求，确立了智能输电、智能变电、智能配电和智能用电四大应用模块，从四大模 块的应用需求侧出发搭建电力综合信息平台，面向上层的信息处理和应用，信息平台数据库作为信息处理的有效载体，紧密结合云计算技术，以实现泛在数据的实时 处理分析，通过对海量信息的有效处理实现包括对输电线、变电站设备、配电线及配电变压器的实时监测和故障检修，统一调配电力资源，实现与用户的信息双 向互动，进而实现高效、经济、安全、可靠和互动的智能电网内在要求。
1.2 面向智能电网的物联网分层网络架构
面向智能电网的物联网应用功能框架根据各大环节的不同特点提出了不同的应用需求。根据不同阶段完成功能和支撑技术的差异，结合物联网基本网络模型，将面向智能电网的物联网分为延伸层、网络层和应用层三层网络体系架构，如图2 所示。
图2 面向智能电网的物联网分层式网络架构图
(1)延伸层
感 知延伸层的监测目标包括与电力环节相关的电力对象、家居对象和智能安防等其他对象。电力对象的范围涵盖输、变、配、用四大环节中的气象、设备状态 信息以及用户用电信息;家居对象的则涵盖家庭水热电表和远程操控的智能家电;而其他对象则包含各种负责安防的传感器、摄像头、RFID标签等短距 离通信设备。从对象上采集到的信息经过一定的分类和预处理，通过无线自组织传感网、红外通信、现场总线等多种短距离通信手段接入终端和互动终端， 在终端设备上体现数据并实现与用户的交互式操作。
(2)网络层
网络层又分为接入网和核心网。首先，终端和互动终端的 信息通过网关屏蔽各网络之间的差异，按数据类别和安全等级分别传至电力接入专网和互联网。电力接入专网主要包括电力光纤接入网和宽带无线接入网，通过电力 接入专网与电力核心网互联，对采集数据进行实时、可靠地回传;互联网侧包含以太网、ADSL、3G、xPON 等多种接入方式。
(3)应用层
应 用层针对智能电网各项业务的需求，搭建各种电力应用平台。各应用平台系统在通过传感手段获得的大量数据的基础上提供更加细腻的管理和控制。另外，应该在现 有电力应用平台的基础上搭建新型互动平台，电网企业通过这个平台与社会用户进行相互的与互动。互动平台与电力核心网之间的连接必须是在内外网 相互隔离条件下，有强有力安全措施保障的间接互联，因此，图中对二者的相连选取了虚线连接，意为一种虚拟的、物理隔离条件下的互联。
如表1 所示，面向智能电网的物联网平台相较于现有电力通信网，在性、自愈性、互动性和安全性等方面都具有较大优势，而这些优势无疑是现有电网向着信息化、自动化和互动化的智能电网迈进的根本保障。
2 、面向智能电网的物联网应用方案
2.1 面向智能电网生产环节的传感器网络应用方案
面 向智能电网的物联网应用，其目的首先在于提高电力系统生产环节的信息化与自动化程度。这类应用的实现主要依托于物联网末端的无线传感器网络，应用场景主要 包括高压输电线、变电站一、二次设备尤其是一次设备的在线监测等应用，通过对线与设备运行状态的连续及趋势预测，提高电网的安全水准，降低电网的 运行成本;也包括像配电网自动化及用电信息采集等电网需求侧通信的应用。由于以上这些应用对通信的实时性要求不高，而通信节点数量庞大，非常适合采用低成 本、低功耗和小型化的无线传感器网络技术。由大量的传感器节点自主形成一个多跳网络，实现物与物之间的直接通信。节点的较高密度分布使得监测数据能够满足 一定的精度要求。每个传感器节点采集的信息数据经无线传感器网络传至网关节点，由于网关节点包含数据采集模块、数据处理和控制模块、通信模块和供电模块 等，因此可自动进行数据的分类，选择合适的预处理方式，对视频信息、气象信息、线及设备的运行状态信息进行集中分类和数据融合，这样可以大大减少数据通 信量，减轻网关节点的转发负担，减少节点能量消耗。但由于网关节点的处理能力有限，它所采集的数据在传感器网络内只能进行粗粒度的处理，因此信息数据必须 传至智能电网ICT 分析处理平台进行细粒度的处理分析，根据处理情况发送命令，做到故障的及时发现和解决。
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