泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討

章燕 岳敏 劉華

【摘 ?要】眾所周知，電已經(jīng)成為人們的生活必須品，是生活品質(zhì)提升的堅(jiān)強(qiáng)保障，有人的地方就需要通電。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，不僅僅服務(wù)于電力系統(tǒng)，更是為人們提供了一個(gè)泛在的信息服務(wù)平臺。下面筆者就泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡要探討。

【關(guān)鍵詞】電力工程;物聯(lián)網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù);

一、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本特征及建設(shè)目標(biāo)

1.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。融合創(chuàng)新即通過不同設(shè)備、用戶，不同時(shí)空信息，對內(nèi)實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)在線，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。對外建成智慧綜合能源服務(wù)平臺，開拓電力市場，促進(jìn)電力改革。

2.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)。可以預(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。

二、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的4層體系架構(gòu)，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(yīng)用，所對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)為智能芯片、現(xiàn)代通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)平臺。

1.智能芯片

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的計(jì)量、保護(hù)、變換、控制、監(jiān)測、用電等設(shè)備接入電力系統(tǒng)，各種電力設(shè)備的運(yùn)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(shè)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(shè)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(jì)算的特點(diǎn)，一方面可以完成設(shè)備信息的采集、提取及傳遞;另一方面通過本地邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)終端智能化，完成本地自控，從而無需像傳統(tǒng)設(shè)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Edge TPU 芯片、中科院開發(fā)的“寒武紀(jì)”芯片都具備海量數(shù)據(jù)處理與邊緣計(jì)算的能力，這些智能芯片的出現(xiàn)將快速促進(jìn)終端的全息感知與智能化。

2.5G與LPWA

海量電力數(shù)據(jù)的傳遞需要一體化的通信網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)地域分布廣泛，往往涉及高山、森林、冰原等復(fù)雜環(huán)境，致使通信網(wǎng)絡(luò)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(shù)：一類是工業(yè)以太網(wǎng)和電力載波為主的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，另一類是以5G和低功耗廣域網(wǎng)（LPMA）為主的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)分布廣，分散性強(qiáng)，部分不易供電，連接難，采集頻次低，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)難以適用，因此以無線網(wǎng)絡(luò)為主的現(xiàn)代通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的主要手段。5G被視為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。基于不同場景的5G 切片網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)被認(rèn)為是解決電力系統(tǒng)全息感知、泛在連接的關(guān)鍵所在。對于智能分布式配電自動化、毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制等控制類業(yè)務(wù)，可以選擇具有超低時(shí)延的URLLC 切片;對于海量用電信息采集、智能汽車充電站，增強(qiáng)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(yīng)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(yīng)用場景，5G 切片網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以選擇不同的切片，在5G 網(wǎng)絡(luò)通道上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并接入同樣的5G數(shù)據(jù)平臺，必將成為實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通信的主要手段。

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(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力信息的有效利用。一體化數(shù)據(jù)平臺應(yīng)當(dāng)具備大數(shù)據(jù)處理和云端計(jì)算，以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)光預(yù)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 One NET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(shí)踐中展開應(yīng)用。移動 One NET與“Hi”電展開合作，協(xié)助其解決“設(shè)備狀態(tài)檢測”、“設(shè)備位置監(jiān)管”、“設(shè)備信息管理”、“反向控制設(shè)備”等問題;阿里云于無錫鴻山打造首個(gè)物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)，實(shí)現(xiàn)小鎮(zhèn)交通、環(huán)境、水務(wù)、能源等多個(gè)城市管理項(xiàng)目的在線運(yùn)營。對于實(shí)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(jié)合“大數(shù)據(jù)云計(jì)算人工智能”的物聯(lián)網(wǎng)平臺。

三、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用

1.泛在智能家居系統(tǒng)應(yīng)用

在未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，智能家居系統(tǒng)將會進(jìn)一步利用物聯(lián)網(wǎng)賦予常用家庭用電設(shè)備良好的感知、決策和適應(yīng)能力，提高它們的智能化程度，以便通過實(shí)時(shí)獲取家庭負(fù)荷的信息及時(shí)制訂合理的用電策略，最大限度地減少能源浪費(fèi)、降低用戶的用電成本，甚至可以通過分析歷史數(shù)據(jù)對用戶的用電行為提出評價(jià)和指導(dǎo)建議，或根據(jù)用戶的需求提供量身定制的個(gè)性化用電套餐等服務(wù)。這些對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能化程度提出了很高的要求，包括先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)、更好的無線連接、更小的設(shè)備尺寸、更便宜的價(jià)格、增強(qiáng)的計(jì)算能力和改進(jìn)的控制決策系統(tǒng)等。

2.電動汽車智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

電力運(yùn)輸已經(jīng)成為全球汽車行業(yè)的重要組成部分，這為全球汽車行業(yè)提供了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和能源安全效益。世界各國政府都在大力支持汽車制造商開發(fā)更多的電動汽車，并鼓勵市民購買電動汽車?；陔妱悠嚨陌l(fā)展，智能停車場也應(yīng)運(yùn)而生。智能停車場由執(zhí)行 V2G 電力交易的插入式車輛，如插入式混合動力電動汽車組成。目前，單個(gè)智能停車場可以有數(shù)百輛車輛參與與電網(wǎng)的電力交易。智能停車場可以提供多種電網(wǎng)服務(wù)，包括負(fù)荷調(diào)峰、最大限度地利用可再生能源、最大限度地降低能源成本和減少排放等。與眾多分布式智能停車場相關(guān)的主要挑戰(zhàn)是電網(wǎng)的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)安全，因此提出更為先進(jìn)的控制保護(hù)策略和安全管理措施十分必要。

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)：

[1]孫玉.我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].物聯(lián)網(wǎng)學(xué)報(bào)，2017，1（3）.

[2]龔鋼軍，孫毅，蔡明明，等.面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與應(yīng)用方案研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018（20）.

[3]張軍永.輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備編碼標(biāo)識[J].電力系統(tǒng)自動化，2018，37（9）.

（作者單位：國網(wǎng)江西省電力有限公司南昌供電分公司）