泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展分析

張啟飛

【摘 要】泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念最初由國(guó)家電網(wǎng)有限公司在2019年給出，旨在綜合運(yùn)用人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過融合網(wǎng)絡(luò)資源，打造新一代精準(zhǔn)化、智能化、自動(dòng)化的電網(wǎng)系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)電力系統(tǒng)量測(cè)覆蓋率較低等缺點(diǎn)。本文從泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念、關(guān)鍵技術(shù)幾個(gè)層面對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行闡述，并分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景。

【關(guān)鍵詞】泛在電力物聯(lián)網(wǎng);概念;發(fā)展

1 引言

隨著“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”、“能源互聯(lián)網(wǎng)”＼等戰(zhàn)略部署和建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，配電網(wǎng)需要承載的功能正在發(fā)生改變。尤其是高比例分布式可再生能源集群效應(yīng)凸顯、電動(dòng)汽車普及、異質(zhì)能源系統(tǒng)融合、用戶側(cè)多樣性用能需求增長(zhǎng)，配電網(wǎng)的角色已由傳統(tǒng)單向電能提供商向雙向能量流動(dòng)與高級(jí)服務(wù)轉(zhuǎn)變。現(xiàn)行配電網(wǎng)存在量測(cè)覆蓋率低、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不靈活、配網(wǎng)設(shè)備規(guī)模龐大但標(biāo)準(zhǔn)化程度低、間歇性能源與可變新型負(fù)荷接納能力不足、用戶多樣化需求服務(wù)能力不足等諸多問題。因此，全面提升配電網(wǎng)的信息化與自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知與精細(xì)化控制，并在此基礎(chǔ)上向用戶提供多樣化差異性的用能服務(wù)成為當(dāng)前配電網(wǎng)改造升級(jí)的當(dāng)務(wù)之急。國(guó)家電網(wǎng)有限公司于2019年正式提出“打造全業(yè)務(wù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，其實(shí)質(zhì)在于綜合應(yīng)用先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)（internetofthings，IoT）技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析技術(shù)等新興技術(shù)，與堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)深度融合，實(shí)現(xiàn)從能源生產(chǎn)、輸送、調(diào)配、消費(fèi)各環(huán)節(jié)中人與人乃至人與物、物與物的信息互聯(lián)共享，全面提升電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行水平，促進(jìn)電力系統(tǒng)由原先單一電能供應(yīng)商向智慧綜合能源服務(wù)提供商角色轉(zhuǎn)變。對(duì)于配電網(wǎng)而言，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)將極大程度提升配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的全面感知能力，保障分布式能源的友好接入，提高對(duì)新型負(fù)荷的彈性承載力，滿足用戶多樣性用能需求，促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)部門向樞紐型、平臺(tái)型、共享型企業(yè)轉(zhuǎn)型。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念

配電網(wǎng)是連接發(fā)電廠和電力用戶的關(guān)鍵，在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型的社會(huì)大背景下，電力生產(chǎn)商與消費(fèi)用戶間的關(guān)系已經(jīng)由傳統(tǒng)的垂直式發(fā)電-輸電線-配電網(wǎng)-用戶終端一體化體系轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向涉及電力、天然氣、熱能、太陽(yáng)能等新興能源等各種能源系統(tǒng)，縱向貫穿能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)、交易等各個(gè)環(huán)節(jié)的分布式多源互動(dòng)體系。這種轉(zhuǎn)變對(duì)電力網(wǎng)的穩(wěn)定性和智能性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)存在量測(cè)覆蓋率較低、配套設(shè)施冗雜且標(biāo)準(zhǔn)化程度較低、數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)雙向貫通、無法滿足用戶的個(gè)性化服務(wù)需求等諸多問題，迫切需要一種新興技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧綜合能源服務(wù)電力系統(tǒng)。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念具體定義如下：“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將電力用戶及設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)、發(fā)展、供應(yīng)商和政府社會(huì)服務(wù)，以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)展平臺(tái)和共享作用，為全行業(yè)和更多市場(chǎng)主題發(fā)展創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)”[2]。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)旨在綜合運(yùn)用人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過融合網(wǎng)絡(luò)資源，打造新一代智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的精準(zhǔn)化、智能化、自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的信息互聯(lián)和共享，實(shí)現(xiàn)信息和物理空間的融合。

3泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與功能

3.1平臺(tái)層

平臺(tái)層承載海量電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、用戶側(cè)用能數(shù)據(jù)以及其他能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化存儲(chǔ)與管理。其作用在于解決傳統(tǒng)能源生產(chǎn)運(yùn)行方式下存在的信息碎片化存儲(chǔ)問題，打破信息孤島現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)共享。通過搭建數(shù)據(jù)中心、云平臺(tái)的方式，平臺(tái)層對(duì)下完成網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集與更新，對(duì)上則基于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析技術(shù)為各種特定的高級(jí)應(yīng)用提供跨域共享數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)向電力和數(shù)據(jù)并重的發(fā)展方向轉(zhuǎn)型。

3.2應(yīng)用層

對(duì)于應(yīng)用層，基于大數(shù)據(jù)的配電系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用目前尚未真正部署實(shí)施。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下，不同類型與來源的配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)如何適配未來配電系統(tǒng)的各項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用仍需深入研究。通過研究數(shù)據(jù)融合技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)與特定電力應(yīng)用場(chǎng)景的適配問題來促進(jìn)配電系統(tǒng)向泛在物聯(lián)化、信息化、智能化方向過渡升級(jí)。此外，當(dāng)前電力系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)的信息壁壘仍然存在，諸如綜合能源協(xié)同優(yōu)化、能源市場(chǎng)交易、車聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)尚處于理論論證階段?？傊?，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要社會(huì)各方的廣泛共同參與，協(xié)力開展技術(shù)攻關(guān)，以促進(jìn)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展建議

4.1電力狀態(tài)感知

能源互聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)感知是構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)最為關(guān)鍵的一步，其狀態(tài)感知數(shù)據(jù)的可靠性決定了系統(tǒng)決策及模擬計(jì)算的有效性。不同于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)底層傳感器網(wǎng)的基礎(chǔ)構(gòu)局方案，該層應(yīng)當(dāng)充分依托現(xiàn)有電力能源發(fā)輸變配用各環(huán)節(jié)打下的堅(jiān)實(shí)智能感知單元構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)感知層。在發(fā)電側(cè)，可依托以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)的新能源功率預(yù)測(cè)平臺(tái)，結(jié)合電力調(diào)度D5000系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電層單元信息實(shí)時(shí)多維接入，構(gòu)建發(fā)電信息大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與調(diào)控平臺(tái)。在輸變電側(cè)則可依托第三代智能變電站結(jié)合SCADA/PMU等量測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)變電站/輸電網(wǎng)層級(jí)信息化設(shè)備智能感知。隨著電力市場(chǎng)體制改革，主動(dòng)負(fù)荷、電動(dòng)汽車負(fù)荷的不斷涌現(xiàn)，可以預(yù)見配電側(cè)及用電側(cè)在未來會(huì)存在爆炸式的信息數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)一方面在提供大量有用信息資源的同時(shí)，另一方面無效、低質(zhì)的數(shù)據(jù)源會(huì)造成信息分析維數(shù)及存儲(chǔ)的災(zāi)難，甚至誤導(dǎo)決策。因此，基于該部分的數(shù)據(jù)感知層一方面在收集大量數(shù)據(jù)的同時(shí)也要具備信息刪減及簡(jiǎn)單聚合的能力，這部分是信息感知層的未來發(fā)展重點(diǎn)與難點(diǎn)。依托于國(guó)網(wǎng)現(xiàn)階段打造的配網(wǎng)自動(dòng)化平臺(tái)、智能電表營(yíng)銷數(shù)據(jù)、綜合能源互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等平臺(tái)，構(gòu)建面向用戶的泛在電力物聯(lián)接口是未來亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)攻克方向。

4.2信息交互與區(qū)域決策

作為信息感知層及全局決策層的中間層，應(yīng)該充分挖掘5G信息通訊融合能力，構(gòu)建基于北斗GPS系統(tǒng)的邊緣計(jì)算服務(wù)集群，建設(shè)電力多載荷一體化衛(wèi)星，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域信息交互與區(qū)域決策計(jì)算。隨著連接設(shè)備數(shù)量的大量增加，網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)會(huì)產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量。如果這些決策都由核心管理中心來處理，則在敏捷性、實(shí)時(shí)性、安全等方面出現(xiàn)問題。因此，推薦邊緣式計(jì)算方案。邊緣計(jì)算的思路來源于章魚，類似于分布式計(jì)算。因此，將信息數(shù)據(jù)的處理、區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行甚至是一些重要政策的落地，由系統(tǒng)中心下放到邊緣的節(jié)點(diǎn)上是頗為高效的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案。采用邊緣式計(jì)算決策群可就近處理海量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)大量設(shè)備高效協(xié)同工作，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)智慧工業(yè)園區(qū)、智慧區(qū)域電力交易中心、智慧能源區(qū)域電力網(wǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

信息技術(shù)和人工智能的發(fā)展為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了重大機(jī)遇。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將帶來電力系統(tǒng)的技術(shù)變革、運(yùn)行模式和增長(zhǎng)方式等變革，從而推動(dòng)能源和電力行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，具有廣闊的應(yīng)用前景。電力轉(zhuǎn)型是能源革命的中心環(huán)節(jié)，能源互聯(lián)網(wǎng)是解決我國(guó)能源問題的根本途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]林靜，林柏.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].通訊世界，2017（24）：185-186.

[2]馬旭明.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)[J].信息技術(shù)與信息化，2014（11）：164-165.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）