淺析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

孔天智

摘 要：在信息化促進(jìn)工業(yè)化的發(fā)展浪潮中，電力生產(chǎn)得到了全面快速的技術(shù)提升，尤其是隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等信息技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，電網(wǎng)企業(yè)正在向智慧的能源互聯(lián)網(wǎng)方向不斷前進(jìn)。本文圍繞國(guó)家電網(wǎng)公司近期推進(jìn)的“三型兩網(wǎng)”方案，結(jié)合智能電網(wǎng)分析電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從概念、網(wǎng)絡(luò)模型及其幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)角度進(jìn)行了較為全面的分析，為進(jìn)一步理解和掌握電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng);電力設(shè)備;能源互聯(lián)網(wǎng);智能電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0183-02

0 引言

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，電網(wǎng)企業(yè)除了打造堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)之外，對(duì)以物聯(lián)網(wǎng)為載體的信息技術(shù)有著巨大的應(yīng)用前景。其中在過去的智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和建設(shè)過程中，一些物聯(lián)網(wǎng)概念技術(shù)與產(chǎn)品已經(jīng)在電網(wǎng)運(yùn)行中得到了應(yīng)用，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行保駕護(hù)航。比如無線遠(yuǎn)程抄表技術(shù)，遠(yuǎn)程控制等，這些都需要信息通信等技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能的交互功能[1]。作為電網(wǎng)企業(yè)今后新興業(yè)務(wù)的重要發(fā)展方向，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

本文結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司提出的建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的背景下，通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)概念及技術(shù)的分析總結(jié)，并就物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行全面的分析，為深入了解泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供基礎(chǔ)。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

1.1 概念

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)[1]-[2]是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力企業(yè)的一種典型應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)是上世紀(jì)MIT的Kevin Ashtoni首次提出，其本質(zhì)上借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)物物相連，最終實(shí)現(xiàn)友好智能的人機(jī)交互。事實(shí)上，電力物聯(lián)網(wǎng)今后將在能源互聯(lián)網(wǎng)中肩負(fù)重大的運(yùn)行作用，且作為電力生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，起到實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、環(huán)境進(jìn)行全面的識(shí)別與感知，并能實(shí)現(xiàn)相互交互與智能控制的一種分布式信息網(wǎng)絡(luò)。更進(jìn)一步，所謂泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是一種基于先進(jìn)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)的全業(yè)務(wù)功能的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)。

電網(wǎng)企業(yè)通過這種全業(yè)務(wù)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，可以在電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)利用RFID技術(shù)、智能傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等為電網(wǎng)故障診斷與修復(fù)、變電站的遠(yuǎn)程智能運(yùn)維、電力生產(chǎn)的優(yōu)化調(diào)度等提供技術(shù)支持，以此提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，為發(fā)展低碳社會(huì)和節(jié)能減排做出積極貢獻(xiàn)。不僅如此，借助泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還可以幫助電網(wǎng)企業(yè)拓展新業(yè)務(wù)，如在智能制造、智能家居、智慧城市等領(lǐng)域得到廣泛的認(rèn)可。但目前，國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還是集中在電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)生產(chǎn)和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)模型

從國(guó)家電網(wǎng)公布的電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)路線來看[3]，為了突出業(yè)務(wù)平臺(tái)的技術(shù)統(tǒng)一，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)相比一般意義下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用中增設(shè)平臺(tái)層，因此整個(gè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模型中，涵蓋了包括電力物聯(lián)網(wǎng)感知層、電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層、電力物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層和電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，其網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。

電力物聯(lián)網(wǎng)感知層：感知層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)末端設(shè)備狀態(tài)信息的采集與邊緣智能處理，由于感知層設(shè)備眾多，所以在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)的同源采集，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)全過程信息的深度覆蓋，提升對(duì)電網(wǎng)企業(yè)在配電側(cè)和用電側(cè)的監(jiān)控能力。

電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層：主要功能是承擔(dān)海量感知層數(shù)據(jù)的傳輸，技術(shù)相對(duì)比較成熟，主要是基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和電力通信專網(wǎng)覆蓋能源互聯(lián)網(wǎng)，屬于電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施部分。從技術(shù)方案來看，主要依托骨干通信網(wǎng)、配電通信網(wǎng)和終端接入網(wǎng)，并最終實(shí)現(xiàn)新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5G）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全實(shí)時(shí)高效傳輸。

電力物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層，是電力物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算核心，又可稱為“國(guó)網(wǎng)云”，借助基于互聯(lián)網(wǎng)的云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海量電力運(yùn)維數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與計(jì)算，同共享的形式根據(jù)需求提供各種計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源。最終目標(biāo)是依托電力物聯(lián)管理中心構(gòu)建統(tǒng)一主站，實(shí)現(xiàn)各類采集數(shù)據(jù)“一次采集，處處使用”，挖掘海量采集數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)能力開放。

電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，應(yīng)用層的電力數(shù)據(jù)的價(jià)值層，分為對(duì)內(nèi)應(yīng)用和對(duì)外應(yīng)用，對(duì)內(nèi)集中在提升電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)水平和用電用戶的服務(wù)水平，提高電網(wǎng)企業(yè)自身經(jīng)營(yíng)績(jī)效和清潔可再生能源消納能力;對(duì)外集中在通過實(shí)現(xiàn)智慧能源平臺(tái)，提供豐富多樣的能源業(yè)務(wù)，拓展培育信息產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建智慧的能源生態(tài)體系。

1.3 典型應(yīng)用

作為物聯(lián)網(wǎng)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用[4]，電力物聯(lián)網(wǎng)可以說是一個(gè)以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施、環(huán)境識(shí)別感知和互聯(lián)互通與智能控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。貫穿電力生產(chǎn)全過程應(yīng)用，如在用電側(cè)實(shí)現(xiàn)智能家居、配電側(cè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能控制、輸變電側(cè)實(shí)現(xiàn)智能化巡檢等。

距離人們最近的是智能家居的應(yīng)用，由于家用電器離不開電力能源，借助電力物聯(lián)網(wǎng)可以方便實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的智能化監(jiān)測(cè)與智慧控制，目前大型電器廠商已經(jīng)借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了豐富的功能。因此對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)該借助新型產(chǎn)業(yè)如電動(dòng)汽車的應(yīng)用為切入點(diǎn)進(jìn)行拓展。

而配電側(cè)主要是借助電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化技術(shù)的提升，如安全快速的故障診斷、供電故障的隔離與自恢復(fù)等，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)這些的基礎(chǔ)是需要對(duì)配電設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。輸變電側(cè)則是借助新型技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離智能控制，如通過實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控與管理，建立一體化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)、故障的全面感知。可見，通過電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以為電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)提供全方位全過程的感知、監(jiān)測(cè)與控制。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為一種多信息技術(shù)的融合體[5]-[6]，在發(fā)展過程中將會(huì)充分融合大數(shù)據(jù)技術(shù)、云平臺(tái)與云計(jì)算技術(shù)、先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、智能邊緣計(jì)算等，通過匯集多方面技術(shù)資源，為電網(wǎng)企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理、綜合服務(wù)等新業(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。

2.1 電力物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)感知技術(shù)

電力物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要涉及傳感器、藍(lán)牙、RFID、Zigbee等傳輸技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸變電、配送電環(huán)節(jié)的電力設(shè)備的信息感知，獲取電力設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)位置等屬性信息，如將各區(qū)域各種變壓器、開關(guān)、電表、充電設(shè)施等進(jìn)行互聯(lián)互通。除此之外，電力物聯(lián)網(wǎng)中，由于各種電力設(shè)備的智能感知節(jié)點(diǎn)眾多，供應(yīng)商來源廣泛，最關(guān)鍵的還需要建立一個(gè)統(tǒng)一的信息感知標(biāo)準(zhǔn)模型，確保全網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

2.2 電力物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸技術(shù)

感知信息的可靠傳輸是上層平臺(tái)應(yīng)用的基礎(chǔ)，電力物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸可以借助有線和無線，短距離和長(zhǎng)距離，專用網(wǎng)絡(luò)和公用網(wǎng)絡(luò)等多種渠道并存實(shí)現(xiàn)。在主干網(wǎng)絡(luò)中仍舊會(huì)以傳統(tǒng)的專網(wǎng)為核心，進(jìn)行規(guī)模數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，而在一些偏遠(yuǎn)位置的電力數(shù)據(jù)則可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其是借助5G網(wǎng)絡(luò)加以實(shí)現(xiàn)。但無論何種信息傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、?shí)時(shí)性和高效性等嚴(yán)峻問題必須在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)發(fā)展過程中得以解決。

2.3 電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)

在電力生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的海量電力設(shè)備狀態(tài)信息，不僅對(duì)電網(wǎng)企業(yè)，對(duì)整個(gè)社會(huì)而言，都是一筆信息財(cái)富，且具有極大的潛在價(jià)值。如小區(qū)的用電信息、工廠的用電信息等都具有極大的分析價(jià)值。但如此龐大規(guī)模的數(shù)據(jù)靠傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件是很難勝任的，必須借助云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等才能得到實(shí)時(shí)結(jié)果。因此在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，不僅會(huì)利用上述先進(jìn)信息技術(shù)，同時(shí)亦會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展。

2.4 電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)

信息網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用行業(yè)的神經(jīng)，電力物聯(lián)網(wǎng)更是如此。與智能電網(wǎng)配合，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的健康運(yùn)維，為電網(wǎng)運(yùn)行提供安全、經(jīng)濟(jì)、高效的技術(shù)手段。通過依托建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)智慧型能源互聯(lián)網(wǎng)，達(dá)到將能源的生產(chǎn)、傳輸與配送、能源的存儲(chǔ)與消耗等進(jìn)行深度融合，形成現(xiàn)代化的能源生態(tài)體系，以此鞏固電力能源的核心紐帶作用，形成能源—信息—經(jīng)濟(jì)的互動(dòng)機(jī)制。因此，電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將是電網(wǎng)企業(yè)新興業(yè)務(wù)開拓，轉(zhuǎn)型升級(jí)的基石，也為電力行業(yè)相關(guān)性企業(yè)的發(fā)展提供新的科技動(dòng)力。

3 結(jié)語

電力物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)的技術(shù)措施，兩者相輔相成，融合發(fā)展，形成強(qiáng)大的價(jià)值創(chuàng)造平臺(tái)，共同構(gòu)成能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流“三流合一”的能源互聯(lián)網(wǎng)。能源互聯(lián)是當(dāng)下技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，借助能源互聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源的高效配置。本文從電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度，淺析了電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的層次模型，并從網(wǎng)絡(luò)層次模型分析了對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)進(jìn)一步了解能源互聯(lián)網(wǎng)提供概念準(zhǔn)備。

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