泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用前景

劉軒

【摘 要】近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展及能源需求的日益增長，能源供應(yīng)的壓力不斷增大。同時(shí)，大量煤炭、石油等非清潔能源的使用所帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重。因此，未來的電力系統(tǒng)必然將為可持續(xù)的全球經(jīng)濟(jì)增長提供高滲透率的清潔分布式能源。大量分布式能源的不斷接入給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全管理提出了前所未有的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正處于應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的最前沿，它可以通過泛在的感知技術(shù)賦予電力系統(tǒng)動態(tài)的靈活感知、實(shí)時(shí)通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不斷提升電網(wǎng)運(yùn)行控制和調(diào)度的智能化水平，持續(xù)深入提高各種類型能源之間的互動能力，從而使電網(wǎng)從單純的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)向智能能源信息一體化基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)展，將現(xiàn)有的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝А⒏踩?、更可靠、更具彈性和可持續(xù)性的智能網(wǎng)絡(luò)化電力能源系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】泛在電力物聯(lián)網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用前景

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義

泛在物聯(lián)是指任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物之間的信息互聯(lián)和交互。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是指電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、以及人和物的信息互聯(lián)和交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)各種信息傳感設(shè)備與通信信息資源的共享，從而形成具有自我標(biāo)識、感知和智能處理的物理實(shí)體。實(shí)體之間的協(xié)同和互動，使得有關(guān)物體相互感知和反饋控制，形成一個(gè)更加智能的電力生產(chǎn)、生活體系。

1.2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)立足現(xiàn)有電網(wǎng)實(shí)體與通信技術(shù)，將不同能源系統(tǒng)物理互聯(lián)、時(shí)空信息互聯(lián)、商業(yè)互聯(lián)相融合，具有全息感知、泛在連接、開放共享、融合創(chuàng)新的特征。全息感知是指通過RFID、傳感器等，動態(tài)獲取“發(fā)–輸–變–用”各個(gè)環(huán)節(jié)不同設(shè)備、不同用戶的狀態(tài)信息。泛在連接指通過電力專網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)將電力系統(tǒng)中所有設(shè)備、用戶的信息和數(shù)據(jù)全時(shí)空連接。開放共享指在統(tǒng)一平臺上利用智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和管理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，挖掘有效信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上下貫通，全方位實(shí)時(shí)交互。

1.3泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)

發(fā)揮泛在物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢是其建設(shè)的主要目標(biāo)。電力數(shù)據(jù)來源各異，包含控制、計(jì)量、監(jiān)測等不同類型、不同時(shí)空尺度，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析及深度挖掘，是其首要建設(shè)目標(biāo)。電力數(shù)據(jù)服務(wù)對象不同，打破數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)貫通是其第二階段建設(shè)目標(biāo)。最終將電力數(shù)據(jù)應(yīng)用于各行各業(yè)，推廣不同行業(yè)廣泛參與的商業(yè)模式是其最終建設(shè)目標(biāo)?？梢灶A(yù)見，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，以機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)為代表的大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)等數(shù)據(jù)知識挖掘技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用與發(fā)展。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)采集中的運(yùn)用

電力設(shè)備狀態(tài)采集工作中使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要目的是采集電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且利用感應(yīng)器將多個(gè)來源的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柣蚬庑盘?，如此才可迅速、?zhǔn)確處理這些信號。感應(yīng)器是用來采集電信號、光信號的設(shè)備，其屬于監(jiān)測系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，為保證監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性，需盡量選用精確度較高的感應(yīng)器。由此可見，感應(yīng)器技術(shù)將對電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作造成巨大影響，現(xiàn)階段我國自主研發(fā)的感應(yīng)器在性能、質(zhì)量方面并不能趕超國際水平

2.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測中的運(yùn)用

智能感知層物聯(lián)網(wǎng)智能感知層指的是將物聯(lián)網(wǎng)作為載體的傳感設(shè)備，其主要包含：智能傳感設(shè)備、全球定位系統(tǒng)、紅外線傳感器等多種設(shè)備。智能感知就是利用電力傳輸、轉(zhuǎn)變電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。利用智能感知層采集電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，其主要包含：電壓、溫度、氣象信息等多種信息，如此才可保證輸電線路及電力設(shè)備安裝工作可順利進(jìn)行。

智能網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)絡(luò)層將利用無線信號傳輸各種信息（測溫節(jié)點(diǎn)、測溫終端配置有射頻芯片，而無線信號利用射頻芯片發(fā)射信號）。測溫節(jié)點(diǎn)中配置的所有射頻芯片中會有一個(gè)與其他測溫節(jié)點(diǎn)傳遞信號;測溫終端中配置的射頻芯片可與測溫節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起，且測溫終端可通過通信總線、管理主機(jī)發(fā)送溫度信息或接收相關(guān)指令。

2.3配電通信

對于電力系統(tǒng)中的配網(wǎng)，其主要是借助于載波通信等方法來運(yùn)行。對于配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，其相對較為復(fù)雜，加上使用過程中的電壓等級較多，支線數(shù)量較多，使得配網(wǎng)通信難度大大增加。對于當(dāng)前大部分的配電網(wǎng)，其無法實(shí)現(xiàn)自身的單獨(dú)通信，往往都是通過光纖通信等方式來實(shí)現(xiàn)。但由于配電網(wǎng)在應(yīng)用的過程中有時(shí)需要對其進(jìn)行多次改動，而在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中卻無法實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)點(diǎn)的改變，配電通信受到較大的影響。而通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用則能夠很好地解決這一問題，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)ε潆娭髡竞团潆娋W(wǎng)點(diǎn)之間進(jìn)行有效的連接通信。在使用的過程中，僅僅需要將配電網(wǎng)中的相關(guān)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)對配電網(wǎng)的通信。

2.4防護(hù)技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)中使用的安全防護(hù)技術(shù)主要有加密技術(shù)、入侵檢測和保護(hù)機(jī)制以及認(rèn)證技術(shù)。無線通訊技術(shù)，無線通訊技術(shù)是造成網(wǎng)絡(luò)安全問題的主要因素，也是現(xiàn)在重點(diǎn)研究的課題，通過各種認(rèn)證協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)安全中的漏洞進(jìn)行檢測和填補(bǔ)，現(xiàn)在主要采用的RFID容易被破壞和竊取，對信息發(fā)展造成了不利的影響，甚至危及國家安全以及人民的利益，因此，其安全協(xié)議建議采用一種分布式數(shù)據(jù)庫環(huán)境的認(rèn)證協(xié)議——分布式RFID詢問應(yīng)答認(rèn)證協(xié)議，此類協(xié)議目前沒有發(fā)現(xiàn)明顯的安全漏洞。而其他的LCAP協(xié)議或者是Hash-Lock協(xié)議等存在著一些問題或者是漏洞，要么無法適應(yīng)分布式數(shù)據(jù)庫的計(jì)算環(huán)境，要么無法解決攻擊問題，或者只針對某一些身份進(jìn)行驗(yàn)證，相較之下這種分布式RFID詢問應(yīng)答認(rèn)證協(xié)議更為適合。

對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測和保護(hù)需一起協(xié)同配合，才可以有效保障網(wǎng)絡(luò)的安全。主機(jī)的入侵檢測、網(wǎng)絡(luò)的入侵檢測以及組件的入侵檢測構(gòu)成了整個(gè)入侵檢測技術(shù)，基于組件的入侵檢測技術(shù)是在不同的計(jì)算機(jī)上配置不同功能的組件，這些組件可以單獨(dú)工作，也可以相互協(xié)同工作，這樣分布式配置可以增加擴(kuò)展性和安全性，也提高了檢測效率。使用分布式的檢測和防護(hù)手段是針對于此網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和安全性所提出的建議，在實(shí)施過程中應(yīng)重點(diǎn)尋找和關(guān)注可靠節(jié)點(diǎn)。

3 結(jié)束語

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，結(jié)合智能終端傳感器、通信網(wǎng)、人工智能、云平臺技術(shù)，構(gòu)成的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過電力系統(tǒng)設(shè)備信息交互、人物信息交互，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)與消耗的實(shí)時(shí)平衡，保障電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行;另一方面也可以促進(jìn)電力市場的開放，實(shí)現(xiàn)供需交易的快速響應(yīng)，以及清晰明了的電網(wǎng)資產(chǎn)評估。泛在物聯(lián)技術(shù)與電力系統(tǒng)的結(jié)合，最終將會構(gòu)建多方參與的能源生態(tài)體系。作為第三次能源革命的核心技術(shù)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）