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

葉德衍

（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指可以在任何時(shí)間、任何空間、任何客戶終端之間進(jìn)行信息交互的技術(shù)方法[1]。該技術(shù)具備極高的兼容性，不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)信息都可以在電力網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其運(yùn)行的本質(zhì)是進(jìn)行數(shù)據(jù)信息快速共享，進(jìn)而形成將虛擬數(shù)據(jù)進(jìn)行具象化呈現(xiàn)的物理實(shí)體。各類(lèi)型實(shí)體進(jìn)行相互間合作，使所有信息能夠得到第一時(shí)間反饋，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息實(shí)時(shí)交互目的的電力生活體系。

1.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不同于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。此類(lèi)技術(shù)是將能源信息、空間信息及商業(yè)信息進(jìn)行互聯(lián)，使其呈現(xiàn)出全息感知、多節(jié)點(diǎn)連接及信息實(shí)時(shí)共享的特征[2]。全息感知是利用RFID、傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)所有系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)獲取，以豐富基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。多節(jié)點(diǎn)連接是技術(shù)人員可以借助移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)設(shè)備信息、用戶基本信息及用戶使用反饋等信息進(jìn)行快速傳輸?shù)姆绞?。信息?shí)時(shí)共享是用戶可以借助不同類(lèi)型端口的終端設(shè)備，對(duì)所需信息進(jìn)行快速獲取、管理的方式。

1.3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的架構(gòu)

表1為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的架構(gòu)。

由表1可知，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的架構(gòu)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層及應(yīng)用層，不同服務(wù)層承擔(dān)著相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容。實(shí)際操作過(guò)程中，感知層主要負(fù)責(zé)采集電力相關(guān)的基礎(chǔ)信息，如發(fā)電站、電力中轉(zhuǎn)站及變電站等平臺(tái)上傳的電力相關(guān)數(shù)據(jù)信息。借助網(wǎng)絡(luò)層對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，每次傳輸間隔應(yīng)保持在1～10 ms。平臺(tái)層接受到數(shù)據(jù)信息后，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，構(gòu)建不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的總 集 合 U，U={U1，U2，U3，U4…Un}，n=1，2，3，4…n。集合中各元素代表不同類(lèi)型數(shù)據(jù)，完成整理的數(shù)據(jù)按照分類(lèi)要求歸屬總集合，成為對(duì)應(yīng)集合的子集，借此提升數(shù)據(jù)信息的整理效率。應(yīng)用層主要屬于系統(tǒng)的執(zhí)行層，針對(duì)不同服務(wù)需求匹配對(duì)應(yīng)服務(wù)內(nèi)容，提高問(wèn)題的處理速度。

表1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的架構(gòu)

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)剖析

2.1 智能芯片技術(shù)

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)隨之增加，電力系統(tǒng)不僅需要提供日常電力輸送任務(wù)，而且還需要對(duì)電力傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、檢測(cè)及電力轉(zhuǎn)換等操作，增加了電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的總量[3]。智能芯片技術(shù)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的重要保障，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)篩選、整理、服務(wù)匹配及數(shù)據(jù)計(jì)量等內(nèi)容。該技術(shù)的工作步驟具體如下。第一，在接收到監(jiān)管設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)鍵詞，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)，以時(shí)間為維度構(gòu)建集合St（t表示數(shù)據(jù)上傳時(shí)間）；第二，根據(jù)總集合U的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將不同編號(hào)數(shù)據(jù)放入相應(yīng)子集合Ui中，對(duì)不同類(lèi)別數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。第三，將分析結(jié)果上傳至總控制系統(tǒng)中，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，獲取具備潛在價(jià)值的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)交互。分析目前情況可知，智能芯片技術(shù)的核心軟件有Edge TPU 芯片、“寒武紀(jì)”芯片等。此類(lèi)芯片均具備大數(shù)據(jù)處理和邊緣數(shù)據(jù)計(jì)算的能力，是目前應(yīng)用非常廣泛的智能芯片。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

數(shù)據(jù)總量的增加，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度和完整度有了新的要求。因此，進(jìn)行海量電力信息數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要借助更優(yōu)質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)是4G網(wǎng)絡(luò)的延伸，具有速率高、能源消耗低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)區(qū)域的適用性較強(qiáng)，包括高山、森林、草原及丘陵等環(huán)境，都能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的快速傳輸，提高數(shù)據(jù)信息傳遞的時(shí)效性?，F(xiàn)階段，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)根據(jù)線路使用特征，可以將其分為以太網(wǎng)與電力載波為核心的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和5G網(wǎng)絡(luò)與低功耗廣域網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)LPMA）為核心的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。前者主要應(yīng)用于周?chē)艌?chǎng)干擾較高的工作區(qū)域，借此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速傳遞。后者是目前重點(diǎn)推廣的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，具備分布范圍廣、集散性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受空間限制較低，是實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的重要依靠。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)技術(shù)

2.3.1 人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)技術(shù)的重要組成部分，主要依托5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其具體操作流程如圖1所示。

圖1 人機(jī)交互技術(shù)的應(yīng)用流程

第一，接收到數(shù)據(jù)信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)信息特征對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行切片，切片類(lèi)型可以分為URLLC超低時(shí)延切片、mMTC海量接入切片、eMBB視頻切片及Voice語(yǔ)音切片等，不同切片類(lèi)型對(duì)應(yīng)不同數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。第二，將數(shù)據(jù)傳遞至不同信息存儲(chǔ)庫(kù)，針對(duì)用戶請(qǐng)求抽選對(duì)應(yīng)服務(wù)內(nèi)容，將此類(lèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸格式，最終在用戶移動(dòng)終端進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容顯示。

2.3.2 數(shù)據(jù)計(jì)量技術(shù)

電力系統(tǒng)每天都會(huì)產(chǎn)生海量的工作數(shù)據(jù)，為了盡快發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，保持系統(tǒng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性，對(duì)于每次采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。數(shù)據(jù)計(jì)量技術(shù)是應(yīng)用于數(shù)據(jù)統(tǒng)籌處理的計(jì)算方法，其具體應(yīng)用步驟如下。首先，建立數(shù)據(jù)計(jì)算集合A，A={A1，A2，A3，A4，…Ai}，i=1，2，3，…i。該集合中各組成元素在集合中占有不同權(quán)重，需要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。其次，確定影響各類(lèi)數(shù)據(jù)變化的因素指標(biāo)，建立對(duì)應(yīng)集合B，B={B1，B2，B3，B4，…Bi}，i=1，2，3，…i。計(jì)算對(duì)應(yīng)影響因素所占權(quán)重，得出集合A中各元素對(duì)整理結(jié)果的影響程度。最后，根據(jù)已有數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果，客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的科學(xué)性，為電力系統(tǒng)調(diào)整提供合理的數(shù)據(jù)參考。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景解析

3.1 電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全

現(xiàn)階段，我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)存在能源分配不合理、架構(gòu)科學(xué)性較低及系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力較差等問(wèn)題。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以完善電力系統(tǒng)運(yùn)行模式，使其形成“發(fā)電-輸電-變電-配電”的成熟運(yùn)行體系，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。具體應(yīng)用中，該技術(shù)可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建智能電力管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)IDMS），對(duì)電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)督，達(dá)到系統(tǒng)配電狀態(tài)監(jiān)督、智能巡查、運(yùn)行故障診斷及運(yùn)行控制優(yōu)化等目的，有效減少了工作人員的任務(wù)總量，提升了工作效率。

3.2 新能源利用效率

目前，我國(guó)電力的主要來(lái)源是火力發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電、光能發(fā)電及核能發(fā)電等新能源發(fā)電占比不超過(guò)30%，尤其是我國(guó)三北地區(qū)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象比較嚴(yán)重，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以增加新型能源的利用效率。利用該技術(shù)的全息感知對(duì)所有能源進(jìn)行合理分配，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)的靈活交換。此外，應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員可以把分布式新能源進(jìn)行聚集，使其形成相互聯(lián)系的交互實(shí)體，構(gòu)建虛擬電廠，以互補(bǔ)的方式調(diào)整傳統(tǒng)能源與新能源之間的占比，借此優(yōu)化資源調(diào)度。

3.3 數(shù)據(jù)增值服務(wù)

數(shù)據(jù)增值服務(wù)是對(duì)信息進(jìn)行深入挖掘，借此提升數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值的方式。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)增值服務(wù)可以分為如下兩方面內(nèi)容。第一，促進(jìn)行業(yè)融合。電力系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，可以應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，并根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)，制定個(gè)性化的服務(wù)流程，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。第二，衍生新型業(yè)務(wù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)借助龐大的用戶基數(shù)和積累的用戶數(shù)據(jù)，可以開(kāi)拓互聯(lián)網(wǎng)金融流量入口方面的業(yè)務(wù)，提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié) 論

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以電力系統(tǒng)為中心，借助移動(dòng)客戶終端、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、人工智能及數(shù)據(jù)計(jì)量技術(shù)構(gòu)成的多信息交流系統(tǒng)。通過(guò)大力發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅能夠提高新能源的利用效率，而且可以快速評(píng)估電網(wǎng)資產(chǎn)，提升資源配比的合理性。