泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術探討

相亞楠

【摘 要】泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不僅是技術創(chuàng)新，更是管理創(chuàng)新。建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以全面感知源網(wǎng)荷儲設備運行狀態(tài)和環(huán)境信息，用市場辦法引導用戶參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，通過虛擬電廠和多能互補提高分布式新能源友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)容量占比，緩解棄風棄光，促進清潔能源消納。常規(guī)發(fā)電廠、大型風電場、光電站等已經(jīng)和電力系統(tǒng)連接了，調(diào)度可以直接控制;泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要任務是連接負荷和分散式發(fā)電，尤其是可控負荷。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)同控制風電光電、可控負荷、分散式發(fā)電等，可以提高風電光電利用率，實現(xiàn)能源轉型目標。電動汽車是可控負荷中最容易實現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以組織可控負荷參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。

【關鍵詞】電力;物聯(lián)網(wǎng);關鍵技術

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義及特點

泛在網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的概念均來源于美國，分別由美國加州施樂公司及美國麻省理工學院（MIT）于1999年提出，從概念上來說，二者的邊界范圍是不一樣的。泛在網(wǎng)強調(diào)的是個人和（或）設備無論何時、何地、何種方式都能以最少的技術限制接入到服務和通信的能力。人與物、物與物之間的通信是泛在網(wǎng)絡的突出特點。而物聯(lián)網(wǎng)從狹義上理解，強調(diào)的則是一種整合網(wǎng)絡資源的能力，通過物品和物品的聯(lián)系實現(xiàn)設備的智能化管理和運行維護，其本質(zhì)是一種信息空間和物理空間的融合技術。根據(jù)2019年3月8日國網(wǎng)公司提出的《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設大綱》對國網(wǎng)公司泛在物聯(lián)的定義是：泛在物聯(lián)網(wǎng)是指任何時間、任何地點、任何人，任何物之間的信息連接和交互。從上述定義來看，國網(wǎng)公司所提出的概念和泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史是一致的，強調(diào)了任何時間、任何地點、任何人、任何物的泛在屬性，而信息連接和交互則強調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)信息通訊整合的能力。

結合電力系統(tǒng)的特點，國網(wǎng)公司給泛在電力物聯(lián)網(wǎng)定義如下：“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將電力用戶及設備、電網(wǎng)企業(yè)及設備、發(fā)電企業(yè)及設備、供應商及其設備、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、供應商和政府社會服務，以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)展平臺和共享作用，為全行業(yè)和更多市場主題發(fā)展創(chuàng)造更大機遇，提供價值服務”。

從概念上來看，該理念的提出是泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的具體表現(xiàn)和應用落地。為了實現(xiàn)電力泛在物聯(lián)，需要進一步構建開放、分層、可擴展的網(wǎng)絡體系結構，實現(xiàn)異構信息的互聯(lián)、交互、操作，最終形成“大云物移智”（大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能）的框架體系。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是基于智能電網(wǎng)發(fā)展而來，智能電網(wǎng)的核心是構建具備智能判斷與自適應調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡系統(tǒng)，其本質(zhì)為能源替代和兼容利用。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是海量電力信息的可靠、高效利用手段。對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的4層體系架構，包含四大要素，即終端海量電力數(shù)據(jù)的采集及終端智能化、電力數(shù)據(jù)的傳遞、電力數(shù)據(jù)的一體化分析和管理、電力信息的綜合應用，所對應的關鍵技術為智能芯片、現(xiàn)代通信技術和物聯(lián)網(wǎng)平臺。

2.1智能芯片

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的計量、保護、變換、控制、監(jiān)測、用電等設備接入電力系統(tǒng)，各種電力設備的運行產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，目前多數(shù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備仍然基于傳動的工業(yè)采集裝置，數(shù)據(jù)可靠性差，精度低，也使得終端設備的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能傳感及智能終端可以充分解決這一問題，其具備高精度、低功耗、微型化、智能計算的特點，一方面可以完成設備信息的采集、提取及傳遞;另一方面通過本地邊緣計算，實現(xiàn)終端智能化，完成本地自控，從而無需像傳統(tǒng)設備一樣只具備遙測搖信功能而不具備遙控功能。近年來，谷歌開發(fā)的EdgeTPU芯片、中科院開發(fā)的“寒武紀”芯片都具備海量數(shù)據(jù)處理與邊緣計算的能力，這些智能芯片的出現(xiàn)將快速促進終端的全息感知與智能化。

2.2 5G與與LPWA

海量電力數(shù)據(jù)的傳遞需要一體化的通信網(wǎng)絡。電力系統(tǒng)地域分布廣泛，往往涉及高山、森林、冰原等復雜環(huán)境，致使通信網(wǎng)絡難以覆蓋全部，現(xiàn)場數(shù)據(jù)難以傳輸?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)有2類主流技術：一類是工業(yè)以太網(wǎng)和電力載波為主的有線網(wǎng)絡技術，另一類是以5G和低功耗廣域網(wǎng)（LPMA）為主的無線網(wǎng)絡技術。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)分布廣，分散性強，部分不易供電，連接難，采集頻次低，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡通信技術難以適用，因此以無線網(wǎng)絡為主的現(xiàn)代通信技術是實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡通信的主要手段。5G被視為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎?；诓煌瑘鼍暗?G切片網(wǎng)絡通信技術被認為是解決電力系統(tǒng)全息感知、泛在連接的關鍵所在。對于智能分布式配電自動化、毫秒級精準負荷控制等控制類業(yè)務，可以選擇具有超低時延的URLLC切片;對于海量用電信息采集、智能汽車充電站/樁、分布式電源接入等信息采集類業(yè)務可以選擇mMTC海量機器類通信接入切片;對于需要高清視頻回傳的輸變電線路狀態(tài)監(jiān)控、無人機遠程巡檢、變電站機器人巡檢等現(xiàn)場業(yè)務，可以選擇eMBB增強移動帶寬切片;對于需要語音信息的調(diào)度電話、管理電話、應急通信等，可以選擇具有高安全、高可靠、高接通率和高清通話質(zhì)量保障的為Voice語音切片。針對不同的應用場景，5G切片網(wǎng)絡技術可以選擇不同的切片，在5G網(wǎng)絡通道上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并接入同樣的5G數(shù)據(jù)平臺。另一方面，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)技術由于其廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本的特點而成為工信部《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》中明確要發(fā)展的網(wǎng)絡技術。目前5G網(wǎng)絡與低功耗廣域網(wǎng)技術在電力系統(tǒng)中的應用并不廣泛，隨著其與電力系統(tǒng)的不斷結合，必將成為實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通信的主要手段。

2.3物聯(lián)網(wǎng)平臺

隨著電力系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)接入一體化數(shù)據(jù)平臺，通過對大量數(shù)據(jù)的合理分析、深層挖掘，進而實現(xiàn)電力信息的有效利用。一體化數(shù)據(jù)平臺應當具備大數(shù)據(jù)處理和云端計算，以及實現(xiàn)風光預測、電力系統(tǒng)故障診斷等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物聯(lián)網(wǎng)平臺，移動OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺，阿里link物聯(lián)網(wǎng)平臺等一體化數(shù)據(jù)平臺相繼在生產(chǎn)實踐中展開應用。移動OneNET與“Hi”電展開合作，協(xié)助其解決“設備狀態(tài)檢測”、“設備位置監(jiān)管”、“設備信息管理”、“反向控制設備”等問題;阿里云于無錫鴻山打造首個物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)，實現(xiàn)小鎮(zhèn)交通、環(huán)境、水務、能源等多個城市管理項目的在線運營。對于實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)一體化平臺的搭建，必須結合“大數(shù)據(jù)+云計算+人工智能”的物聯(lián)網(wǎng)平臺。

3結語

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設，其最終目的是為了實現(xiàn)建設世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的目標追求。能源互聯(lián)網(wǎng)的構成，需要堅強智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“兩網(wǎng)”的深入融合，因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設不可或缺。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，利用“大云物移智”技術，促進能源的多元化、清潔化、綜合化發(fā)展，從而實現(xiàn)用能、運維成本不斷降低，更好地滿足用戶對多種用能的需求。

參考文獻：

[1]葉祖麗.推進高質(zhì)量發(fā)展支撐世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設：公司2018年信息通信工作會議解讀[N].國家電網(wǎng)報，2018-02-12（2）.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）