泛在電力物聯(lián)網(wǎng)釋義與研究展望

趙大興　王曼曼

摘要：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，是充分利用先進(jìn)的、智能化的“大云物移智”等信息通信新技術(shù)，與新一代電力系統(tǒng)深度融合和相互滲透，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)與消費(fèi)各環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)在線連接，全面承載并貫通電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理和對(duì)外客戶服務(wù)等業(yè)務(wù)，支撐我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)高效、經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是電網(wǎng)公司由傳統(tǒng)電網(wǎng)企業(yè)向綜合能源服務(wù)商轉(zhuǎn)型，具有里程碑意義的重大變革。本文從物聯(lián)網(wǎng)概述、電力物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)、對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行釋義，最后對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行了分析和展望。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

社會(huì)對(duì)電的依賴，要求更高的供電可靠性、優(yōu)質(zhì)性、經(jīng)濟(jì)性，電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，電網(wǎng)的形態(tài)發(fā)生變化，使供電壓力越來(lái)越大;5G網(wǎng)絡(luò)、低功耗器件、人工智能、邊緣計(jì)算等高新技術(shù)的快速發(fā)展，促使了全面感知、全程在線、全要素互聯(lián)的能源電力新業(yè)態(tài)的形成和發(fā)展，迫使國(guó)家電網(wǎng)打破傳統(tǒng)行業(yè)態(tài)勢(shì)，發(fā)展運(yùn)用新技術(shù)的新型運(yùn)營(yíng)模式。為此，“三型兩網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)在2019年兩會(huì)報(bào)告上被提出，其中，“兩網(wǎng)”指的是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。下文將介紹泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念和建設(shè)意義，并對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)方面的應(yīng)用進(jìn)行展望。

一：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)，包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層四層結(jié)構(gòu)。通過(guò)廣泛應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算等信息技術(shù)和智能技術(shù)，匯集各方面資源，為規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理、綜合服務(wù)、新業(yè)務(wù)新模式發(fā)展、企業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)建等各方面，提供充足有效的信息和數(shù)據(jù)支撐。

二：電力物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

1.信息感知全面、組網(wǎng)快速靈活

電力物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器可以十分方便地根據(jù)電力行業(yè)的具體應(yīng)用需求部署在電力系統(tǒng)的各個(gè)角落或直接封裝于電力設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的全面感知。隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，無(wú)線傳感設(shè)備甚至無(wú)須架設(shè)固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施即可進(jìn)行靈活部署，并通過(guò)自組織協(xié)作的方式迅速建立通信連接、快速組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、部件及周圍環(huán)境狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)感知、采集和處理。這對(duì)于涉及范圍廣泛、結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為重要。例如：將傳感器部署于處于惡劣環(huán)境、可進(jìn)入性差的海上風(fēng)電場(chǎng)中對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，可以大幅度降低風(fēng)電機(jī)組的故障率，提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.信息融合度高、通信方式靈活

電力系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度和運(yùn)行監(jiān)控要求信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速地傳遞，這需要通過(guò)有效的數(shù)據(jù)融合技術(shù)及靈活的通信方式才能實(shí)現(xiàn)。電力物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器在進(jìn)行信息傳遞之前，可以對(duì)采集到的信息進(jìn)行初步壓縮，以避免冗余數(shù)據(jù)傳遞帶來(lái)的信道擁塞和數(shù)據(jù)包丟失等問(wèn)題，然后再將信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)中的匯聚中心（也可稱網(wǎng)關(guān)或基站）進(jìn)行進(jìn)一步處理與融合，最后通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)等傳遞給用戶終端。同時(shí)，傳感與通信設(shè)備能夠以多跳的方式進(jìn)行無(wú)線通信，通信網(wǎng)絡(luò)中包含多條通信鏈路。多跳的方式縮短了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信距離，多條通信鏈路也增加了網(wǎng)絡(luò)通信的靈活性和容錯(cuò)性。

3.以數(shù)據(jù)為中心、面向具體服務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了一種收集數(shù)據(jù)和利用數(shù)據(jù)的互動(dòng)。應(yīng)用于電力行業(yè)的成千上萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)將電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等信息均通過(guò)數(shù)據(jù)感知的形式體現(xiàn)出來(lái)，即生成大量數(shù)據(jù)（或稱為大數(shù)據(jù)），因此電力物聯(lián)網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。大數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)化為可操作的、智能的信息才能從中獲取價(jià)值。對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和理解是一個(gè)將數(shù)據(jù)包含的意義附加到一個(gè)具體經(jīng)歷或服務(wù)上的過(guò)程。因此，電力行業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)必須針對(duì)具體的應(yīng)用服務(wù)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和應(yīng)用。也正因?yàn)槿绱?，物?lián)網(wǎng)設(shè)備在電源要求、外觀形狀和用戶界面設(shè)計(jì)等方面通常各有不同，根據(jù)特定應(yīng)用服務(wù)設(shè)計(jì)或構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往只能專屬應(yīng)用于該領(lǐng)域。例如，人們不能將為智能家居而制造的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用于其他商業(yè)、工業(yè)或醫(yī)療領(lǐng)域。

三：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中研究展望

1.打造經(jīng)濟(jì)、安全電網(wǎng)

結(jié)合高速發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)方法和已采集的數(shù)據(jù)，研發(fā)新能源-負(fù)荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，建立以火電、核電機(jī)組為基礎(chǔ)的電力調(diào)度系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)時(shí)采集運(yùn)行中的電力設(shè)備的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)診斷技術(shù)，可以感知設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，有針對(duì)性制定檢修策略，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性水平，從而提高供電的可靠性。結(jié)合泛在物聯(lián)的人機(jī)交互建立智能配電管理系統(tǒng)（IDMS），實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)節(jié)的線上化，通過(guò)電子身份、電子工作票等減少人員冗余，提高國(guó)網(wǎng)內(nèi)部工作效率。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是由源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、人等多方面參與的時(shí)空互動(dòng)型網(wǎng)絡(luò)，因此，須實(shí)現(xiàn)能源資源的多目標(biāo)優(yōu)化，既要滿足供需要求，還要考慮成本、價(jià)格、效率等問(wèn)題。在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的背景下，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的感知，可以分析泛在物聯(lián)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的特征及相互聯(lián)系，并采用優(yōu)化模型對(duì)資源的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行解決，滿足用戶和業(yè)務(wù)的多樣化需求。除了在運(yùn)行規(guī)劃方面對(duì)安全經(jīng)濟(jì)有保障以外，在與客戶進(jìn)行溝通交流方面也發(fā)生了巨大變化。泛在電力互聯(lián)網(wǎng)將為電網(wǎng)搭建智慧能源服務(wù)平臺(tái)，在企業(yè)內(nèi)部提高辦事效率，實(shí)現(xiàn)線上登記、線上管理、自動(dòng)檢查等;配送方面實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)記錄，提高透明度與安全性;改變傳統(tǒng)的商業(yè)模式并出臺(tái)新型政策，將擴(kuò)大服務(wù)范圍，為能源企業(yè)、工業(yè)區(qū)、私人用戶等提供線上基礎(chǔ)供電服務(wù)、金融服務(wù)、大數(shù)據(jù)管理等，構(gòu)建了包括政府、電網(wǎng)、用戶、金融機(jī)構(gòu)在內(nèi)的新型能源生態(tài)體系。

2.提升新能源滲透和消納

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合主動(dòng)感知技術(shù)為深度監(jiān)測(cè)清潔能源和儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)提供了可能，并在用戶側(cè)可調(diào)動(dòng)不同用戶參與調(diào)頻的積極性，減小新能源并網(wǎng)沖擊。基于對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的深入分析，進(jìn)行優(yōu)化新能源跨域調(diào)度控制，將實(shí)現(xiàn)利用市場(chǎng)手段減少風(fēng)光新能源被摒棄的問(wèn)題，提升新能源消納能力，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)的綠色轉(zhuǎn)型。

3.促進(jìn)清潔能源消納

目前我國(guó)的可再生能源的應(yīng)用率比較低，風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源沒(méi)有得到廣泛和高效應(yīng)用。由于風(fēng)光發(fā)電的間歇性，部分地區(qū)因缺乏調(diào)頻調(diào)相機(jī)組、電網(wǎng)靈活性不足等導(dǎo)致棄風(fēng)、棄電現(xiàn)象。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)建設(shè)虛擬電廠智能管控平臺(tái)，通過(guò)分布式清潔能源數(shù)據(jù)和用電負(fù)荷信息的計(jì)算、分析和存儲(chǔ)，優(yōu)化分布式能源與電力調(diào)度系統(tǒng)、電力交易平臺(tái)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的協(xié)調(diào)控制，按需增減負(fù)荷，減少分布式能源并網(wǎng)沖擊，從而有效促進(jìn)清潔能源廣泛、安全消納。

結(jié)束語(yǔ)：

總之，“堅(jiān)強(qiáng)”與“智能”并重是我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在要求和方向，而“堅(jiān)強(qiáng)”和“智能”這兩者本身就是相互促進(jìn)的。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不僅需要理論研究，同時(shí)需要工程實(shí)踐，需以滿足電力安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)際需求為研究目標(biāo)。不過(guò)，隨著國(guó)家政策的扶持以及相關(guān)行業(yè)專家的探索，已經(jīng)逐步形成了一套初步的支撐建設(shè)的信息通信理論體系。未來(lái)，通過(guò)社會(huì)各方的密切合作，通過(guò)理論創(chuàng)新、技術(shù)研究和模式變革，終將實(shí)現(xiàn)建設(shè)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)這一目標(biāo)。

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