泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展建議及展望

張帆

摘 要：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是電力行業(yè)發(fā)展的重要方向。本文首先闡述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義和特征，然后分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、構(gòu)建難點和應(yīng)用前景，以期使人明確泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在的問題和重點研究方向，為后續(xù)研究提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù);人機(jī)交互

中圖分類號：TP391;TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0035-03

Suggestions and Prospects for Ubiquitous Power

Internet of Things Development

ZHANG Fan

（Luoshan Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company，Luoshan Henan 464200）

Abstract： Ubiquitous power Internet of Things is an important direction of power industry development. This paper first described the definition and characteristics of ubiquitous power Internet of Things， and then analyzed the architecture， key technologies， construction difficulties and application prospects of ubiquitous power Internet of Things， in order to make people clear the problems and key research directions in the development of ubiquitous power Internet of Things， and provide some reference for subsequent research.

Keywords： power system;Internet of Things;key technologies;human-computer interaction

隨著電網(wǎng)輸電規(guī)模的提升，分布式發(fā)電設(shè)備種類和數(shù)量、供電電網(wǎng)復(fù)雜程度有所增加，給傳統(tǒng)供電電網(wǎng)形態(tài)造成了新的挑戰(zhàn)[1]。同時，人工智能技術(shù)發(fā)展也給電網(wǎng)運行方式及功能實現(xiàn)提供了新的機(jī)遇。將泛在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電網(wǎng)建設(shè)相結(jié)合，構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是后續(xù)電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向[2]。因此，本文從泛在電力物聯(lián)網(wǎng)含義出發(fā)，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、構(gòu)建難點和應(yīng)用前景，以期提升泛在電力物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)水平。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)含義

1.1 定義

泛在物聯(lián)網(wǎng)是指任何時間、地點、物體、人之間均可以進(jìn)行信息交互，而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)指的是電力企業(yè)及設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及設(shè)備、電力用戶及設(shè)備等之間進(jìn)行信息交互[3]。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的具體應(yīng)用，其實質(zhì)仍是共享信息傳感設(shè)備和通信資源，打造具備自我感知、標(biāo)識以及智能處理能力的實體，各個實體之間相互協(xié)同，形成相互感知、互相反饋機(jī)制，從而構(gòu)建一個更為智能的電力生產(chǎn)、供電及生活體系。

1.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)不同系統(tǒng)的物理互聯(lián)、空間互聯(lián)、商業(yè)信息互聯(lián)，具備泛在連接、全息感知、融合創(chuàng)新以及開放共享特征。其中，泛在連接是指通過移動網(wǎng)絡(luò)或者電力專網(wǎng)將整個電力系統(tǒng)中的用戶信息、設(shè)備、信息數(shù)據(jù)等進(jìn)行全時空連接;全息感知指的是通過采用傳感器、RFID標(biāo)簽對發(fā)電、輸電、變電和用電等各個階段涉及的設(shè)備、用戶信息等進(jìn)行動態(tài)獲取;融合創(chuàng)新指的是通過用戶信息、相關(guān)設(shè)備在空間及時間上動態(tài)交互，對內(nèi)實現(xiàn)供電電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行，對外可以開拓電力市場，構(gòu)建智慧能源服務(wù)平臺，促進(jìn)電力行業(yè)變革;開放共享指的是在信息化平臺上通過智能技術(shù)實現(xiàn)對獲取數(shù)據(jù)的共享、管理，提高數(shù)據(jù)挖掘能力和交互能力[4，5]。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基礎(chǔ)構(gòu)架

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)包括標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)及應(yīng)用三個架構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)為數(shù)據(jù)提供標(biāo)準(zhǔn)，具體情況如表1所示。電網(wǎng)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長短等均有差異，造成數(shù)據(jù)間交互時存在障礙，難以貫通利用，人們可以構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析平臺，提高數(shù)據(jù)共享性和服務(wù)質(zhì)量;技術(shù)架構(gòu)包括感知層（實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集）、網(wǎng)絡(luò)層（實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的傳輸）、平臺層（提高數(shù)據(jù)處理能力）以及應(yīng)用層（確保供電電網(wǎng)平穩(wěn)安全運行、構(gòu)建智慧電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)）。

應(yīng)用架構(gòu)的內(nèi)容包括確保電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運行，構(gòu)建智慧電力服務(wù)綜合平臺，開拓電力服務(wù)市場以及建設(shè)新型能源供應(yīng)體系，具體情況如圖1所示。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 智能芯片?，F(xiàn)階段，數(shù)據(jù)采集還是基于傳統(tǒng)工業(yè)傳感器方式，存在數(shù)據(jù)精度低、可靠性差的問題，同時使用的數(shù)據(jù)采集終端智能化程度低。在智能芯片基礎(chǔ)上設(shè)計的微型智能終端及傳感器可以有效解決上述問題，具備智能化、便攜化、低能耗和高精度等特征，在完成數(shù)據(jù)采集、提取以及傳輸?shù)耐瑫r還可以進(jìn)行本地計算，具有本地自控功能。例如，近些年來，谷歌（Google）研發(fā)的Edge Tpu、中國科學(xué)院研發(fā)的寒武紀(jì)芯片等具備海量數(shù)據(jù)處理能力，這些芯片的出現(xiàn)勢必會加快智能化、全息感知終端的研發(fā)和應(yīng)用。

2.2.2 現(xiàn)代信息通信技術(shù)。海量終端監(jiān)測數(shù)據(jù)需要快速、便捷的通信技術(shù)，而電力系統(tǒng)分布地域范圍廣，存在森林、高山、丘陵和冰原等各種復(fù)雜地形，這就給信息通信網(wǎng)絡(luò)提出更高要求。目前，物聯(lián)網(wǎng)具有兩類主流信息通信技術(shù)，一類是有線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（電力載波、工業(yè)以太網(wǎng)），另一類是無線通信技術(shù)（5G、LPMA（低能耗廣域網(wǎng)））。

5G通信技術(shù)被當(dāng)作是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，是解決電力系統(tǒng)泛在連接、全息感知的關(guān)鍵。針對不同應(yīng)用場所，如毫秒級精準(zhǔn)電力控制、分布式電源接入智能巡檢、電力調(diào)度等，5G通信網(wǎng)絡(luò)都具有針對性切片，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳輸，具體情況如圖2所示。

2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺。將海量電力數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理平臺，經(jīng)過深層挖掘、合理分析，從而實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的有效利用，數(shù)據(jù)處理平臺通過云端技術(shù)及大數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障診斷、風(fēng)光預(yù)測等功能。例如，移動OneNet、百度天工、阿里L(fēng)ink等物聯(lián)網(wǎng)平臺相繼在實踐中應(yīng)用，取得顯著的應(yīng)用效果。當(dāng)前，人們要將人工智能+云計算+大數(shù)據(jù)處理等相結(jié)合，搭建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建難點及應(yīng)用前景

3.1 構(gòu)建難點

3.1.1 部門壁壘。電網(wǎng)系統(tǒng)中，各個部門往往單獨運行。如何實現(xiàn)各個部門間的海量數(shù)據(jù)分析、融合，破除部門壁壘，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行、維護(hù)、調(diào)度、檢修、計量、營銷和財務(wù)等各個部門信息貫通，這是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建面臨的一個難點。

3.1.2 信息安全。如何確保信息安全是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建面臨的另一難點。一方面要保證數(shù)據(jù)快速、精準(zhǔn)地從終端傳輸至物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺，另一方面要保確保其具備抗網(wǎng)絡(luò)攻擊、防數(shù)據(jù)泄露等能力，因此當(dāng)前需要加強(qiáng)信息安全防御系統(tǒng)研發(fā)力度。

3.1.3 數(shù)據(jù)挖掘分析?，F(xiàn)階段使用的數(shù)據(jù)處理平臺對數(shù)據(jù)統(tǒng)一性有較高要求，采用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時，數(shù)據(jù)獲取來源、數(shù)據(jù)長短、時間尺度等具有較大差異，從而造成傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析平臺不能在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上運用。同時，電力系統(tǒng)建設(shè)具有階段性，運行具有實時性，導(dǎo)致電力物聯(lián)網(wǎng)平臺上聚集大量的歷史階段數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，它們構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。另外，電力系統(tǒng)用電端生產(chǎn)設(shè)備廠家眾多，不同類型設(shè)備的數(shù)據(jù)格式、接口規(guī)則以及控制邏輯等具有較大差異，如何實現(xiàn)對海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的深層次挖掘分析是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建面臨的又一個難點。

3.2 應(yīng)用前景

3.2.1 提升電網(wǎng)運行經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)階段，我國電網(wǎng)存在電網(wǎng)構(gòu)架不合理、調(diào)節(jié)能力不足、能源分布不均衡等問題，通過應(yīng)用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，人們可以有效解決上述問題。一是通過泛在物聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建以火力發(fā)電為基礎(chǔ)的電力統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)，并對太陽能、風(fēng)能以及用戶負(fù)載等方面進(jìn)行預(yù)測;二是實現(xiàn)輸電環(huán)節(jié)設(shè)備故障自我診斷，利用智能終端提升通信、保護(hù)等設(shè)備感知能力，提升電網(wǎng)可靠性及智能化水平;三是實現(xiàn)IDMS（智能配電管理系統(tǒng)）構(gòu)建，完成電網(wǎng)智能巡檢、配電監(jiān)測、故障自我診斷恢復(fù)等功能，降低作業(yè)人員冗余，提升作業(yè)效率。

3.2.2 促進(jìn)清潔能源發(fā)展?，F(xiàn)階段，我國電網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)電、光電等清潔能源占比不高，且部分地區(qū)存在棄光、棄風(fēng)現(xiàn)象，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以提升電網(wǎng)對清潔能源的消納水平。一是通過人工智能對風(fēng)電、光電等進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合用戶端負(fù)載需求，通過市場手段促進(jìn)清潔能源的消納。二是將分散清潔能源聚合成實體，構(gòu)建虛擬電廠，以多電源相互補(bǔ)給方式提升清潔能源的并網(wǎng)友好度及可調(diào)度性。

3.2.3 增強(qiáng)電網(wǎng)資產(chǎn)管理能力。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增加，發(fā)電、輸電、變電和配電等設(shè)備的數(shù)量與種類快速增多，各個設(shè)備的運行狀況更為復(fù)雜，設(shè)備資產(chǎn)壽命管理也更為困難。通過泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，人們可以利用智能終端設(shè)備監(jiān)測信息，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備采購、建設(shè)、運行以及資產(chǎn)規(guī)劃等的評估操作。相關(guān)作業(yè)人員通過設(shè)備ID信息，可以保證卡、賬、物等數(shù)據(jù)的完整性和唯一性，提高設(shè)備管理水平，提高電網(wǎng)資產(chǎn)管理能力。

4 結(jié)論

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以電網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過智能化終端、現(xiàn)代通信技術(shù)、云處理平臺以及人工智能技術(shù)等構(gòu)建的復(fù)雜電力系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)電力設(shè)備的信息交互、人物間信息交互，達(dá)到消耗與生產(chǎn)之間的動態(tài)平衡，提升電網(wǎng)運行的安全性及經(jīng)濟(jì)性。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為未來電力行業(yè)發(fā)展的重點，勢必會引領(lǐng)新一代的能源革命。

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