泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)技術(shù)構(gòu)架及實現(xiàn)方案

劉晨龍

【摘?要】在新能源快速發(fā)展和結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的前提下，堅強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的概念不斷被提出。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)主要是將現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)通信技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，以實現(xiàn)電網(wǎng)運行更安全、能源利用更高效的目的。在此基礎(chǔ)上，對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本概念進(jìn)行介紹，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，初步提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)技術(shù)構(gòu)架;然后結(jié)合其技術(shù)構(gòu)架給出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實現(xiàn)方案。實驗表明，所提方案為加快打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，為落實“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)提供一個全新的思路[1]。

【關(guān)鍵詞】泛在電力物聯(lián)網(wǎng);新能源;智能電網(wǎng);信息技術(shù)

引言

目前，交直流輸電模式的廣泛應(yīng)用，分布式發(fā)電設(shè)備的類型與數(shù)量不斷增加，這使得電網(wǎng)的復(fù)雜程度不斷加深。此外，大量的新興能源作為日常供電的原料，致使電能的買賣價格不斷發(fā)生變化，同時還要保證日常供電的安全穩(wěn)定，繁多的電力電子設(shè)備的使用讓電網(wǎng)安全運行的壓力與日俱增。此外面對電力市場的開放，輸配電價格不斷降低，用電需求增長減速等問題，讓電力行業(yè)的經(jīng)營困難重重。

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

1.1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)定義

泛在網(wǎng)絡(luò)一詞首次出現(xiàn)于計算機(jī)科學(xué)家MarkWeiser提出的泛在計算，是在當(dāng)前具備的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次全面的應(yīng)用革新。泛在網(wǎng)絡(luò)由字面意思可想而知存在于我們周圍各處的網(wǎng)絡(luò)，并且不斷地吸納其他新網(wǎng)絡(luò)，從而給泛在網(wǎng)絡(luò)增添新的業(yè)務(wù)和功能，達(dá)到在沒有任何時間、空間、地域的限制進(jìn)行人人之間，人和物之間。物與物間的信息置換，直至“無所不在、無所不包、無所不能”。物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings）從字面來看網(wǎng)絡(luò)中的事物都是相互連接的，利用智能感知、識別技術(shù)與通信感知技術(shù)將傳感器、控制器、人和物之間以一種全新的形式建立起聯(lián)系，打造新型物與物、人與物相聯(lián)的智能信息化網(wǎng)絡(luò)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是國家電網(wǎng)公司董事長寇偉提出的新概念，就是將泛在物聯(lián)技術(shù)引入電網(wǎng)。國網(wǎng)公司對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)給出了如下概念：“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將電力用戶及設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)、發(fā)展、供應(yīng)商和政府社會服務(wù)，以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)展平臺和共享作用，為全行業(yè)和更多市場主題發(fā)展創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價值服務(wù)”。

1.2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建立足于當(dāng)下的實體電網(wǎng)與通信技術(shù)，是泛在物聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于電力行業(yè)的具體表現(xiàn)。在各領(lǐng)域間形成了物理互聯(lián)、通訊互聯(lián)以及商業(yè)互聯(lián)，實現(xiàn)了逐步由“垂直封閉”向“水平開放”的轉(zhuǎn)型，具有全面感知、泛在物聯(lián)、融合創(chuàng)新、以及開放共享這一本質(zhì)特點。區(qū)別于現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)與信息通信系統(tǒng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可全面感知各能源領(lǐng)域整個運行期間內(nèi)的設(shè)備和用戶狀態(tài)以及全業(yè)務(wù)的穿透能力，全方位的將電力系統(tǒng)基本的“發(fā)、輸、變、用”環(huán)節(jié)與社會行業(yè)機(jī)構(gòu)、用戶以及供應(yīng)商連接起來，推動了數(shù)據(jù)融合，促進(jìn)能源互聯(lián)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，實現(xiàn)安全多方位的開放共享，給用戶更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗[2]。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)構(gòu)架

2.1信息感知層

對于電力物聯(lián)網(wǎng)中的信息感知層，是利用智能傳感設(shè)備對電網(wǎng)末端運行設(shè)備進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和感知。電網(wǎng)運行的數(shù)據(jù)流貫穿發(fā)電、變電、輸電、配電及用電全過程。對于電力系統(tǒng)一次設(shè)備信息，一部分屬于設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，另一部分是設(shè)備實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)需要相對應(yīng)的智能監(jiān)測設(shè)備對其監(jiān)測和感知，例如：紅外測溫儀、監(jiān)測攝像頭、巡檢機(jī)器人及無人機(jī)等。電力系統(tǒng)二次設(shè)備，例如：繼電保護(hù)裝置和電能監(jiān)測設(shè)備具備對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的采集功能。用電側(cè)設(shè)備包括智能電表、智能家電、電動車充電樁等。一方面，它們能將系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和用戶電量消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集;另一方面，也能將設(shè)備運行數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、用戶耗能及電力能源交易數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)平臺。

2.2邊緣計算層

邊緣計算是指在數(shù)據(jù)源附近進(jìn)行計算、初步分析、存儲和應(yīng)用的開放式平臺。電力物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算層由電力終端設(shè)備、智能設(shè)備、邊緣節(jié)點處設(shè)備構(gòu)成，對系統(tǒng)終端層上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單計算和初步處理，同時將處理結(jié)果上送至云中心。邊緣計算層將終端層與網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行更全面、更細(xì)化的連接，經(jīng)過其簡單的計算分析，可大大緩解了云中心處理數(shù)據(jù)的壓力。隨著電網(wǎng)的逐步發(fā)展，電網(wǎng)架設(shè)安裝的設(shè)備越來越多，大量的數(shù)據(jù)需要傳輸和計算?？梢栽谶吘壒?jié)點處靈活部署設(shè)備，更接近終端設(shè)備、用戶設(shè)備，能準(zhǔn)確及時對電力系統(tǒng)運行和用戶用電情況進(jìn)行反饋，從而能更好的進(jìn)行電力能源的調(diào)度。

2.3網(wǎng)絡(luò)傳輸層

傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)傳輸包括工業(yè)以太網(wǎng)、電力載波通信和光纖通信。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層傳輸層在已有的網(wǎng)絡(luò)傳輸基礎(chǔ)上著力發(fā)展電力無線專網(wǎng)和終端通信建設(shè)，增強(qiáng)帶寬，以實現(xiàn)深度全覆蓋，滿足新興業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。網(wǎng)絡(luò)傳輸層是在感知層與平臺應(yīng)用層建立通信連接，對所采集到的數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行高效、安全的傳輸。網(wǎng)絡(luò)傳輸除了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建問題，最重要的是傳輸安全性及傳輸數(shù)據(jù)的速度。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)來源是多元化的，數(shù)據(jù)的格式是多樣的，因此需要網(wǎng)絡(luò)的融合性和數(shù)據(jù)兼容性更強(qiáng)。同時，多源的數(shù)據(jù)會給網(wǎng)絡(luò)帶來更大安全風(fēng)險。為了解決數(shù)據(jù)在各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的安全風(fēng)險，最優(yōu)的信息保密技術(shù)亟待研究和應(yīng)用。隨著國內(nèi)5G技術(shù)的快速發(fā)展，電5G通信也應(yīng)用于電力物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。5G通信具有無線覆蓋面廣、傳輸時延短、系統(tǒng)安全性高、傳輸速率高等特點，能較好應(yīng)用泛電力物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。

2.4智能化物聯(lián)網(wǎng)平臺

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建就是將電力大數(shù)據(jù)導(dǎo)入一體化的數(shù)據(jù)平臺從而來提升對于海量的電力數(shù)據(jù)的管理，同時保障電力大數(shù)據(jù)開放與共享過程中的安全性。因此，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的一體化數(shù)據(jù)平臺不僅需要進(jìn)行云端計算和大數(shù)據(jù)處理還需要具備智能檢測故障的能力。當(dāng)下有許多一體化數(shù)據(jù)平臺在實際實踐中逐步得以應(yīng)用，例如阿里L(fēng)ink物聯(lián)網(wǎng)平臺、移動ONENET物聯(lián)網(wǎng)平臺等。由這些已經(jīng)投入使用的一體化數(shù)據(jù)平臺運行經(jīng)驗可知，構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一體化數(shù)據(jù)平臺必須要以可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)、人工智能和云計算功能的物聯(lián)網(wǎng)平臺為技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)語

本文提出了泛電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)技術(shù)構(gòu)架與實現(xiàn)方案，闡述了基本概念到技術(shù)重點，為電力企業(yè)深化改革，加快打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供新思路。但是，泛電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是一個龐大且復(fù)雜的工程，完全建設(shè)起來還需要攻克很多技術(shù)難題，希望本文的內(nèi)容能為下一步的研究提供參考[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王毅，陳啟鑫，張寧，等.5G通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的融合：應(yīng)用分析與研究展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2019，43（5）：1575-1585.

[2]陳江.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討[J].通信世界，2020，27（1）：254-255.

[3]茹超超，岳珈增，鄭扣扣.電力系統(tǒng)下的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探析[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（1）：110-111.

（作者單位：河南工學(xué)院）