智能化技術(shù)背景下的電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)研究

田園

[摘 ? ?要] 在智能化大潮席卷各個行業(yè)的背景下，能源互聯(lián)理念日益興起，智能電網(wǎng)概念不斷深化，“電力物聯(lián)網(wǎng)”概念應(yīng)運而生。本文綜述分析了新技術(shù)條件下電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)所依托的技術(shù)背景，為其在電網(wǎng)建設(shè)和運行中的各項新技術(shù)提供可能。電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需要將理論研究和工程實踐相結(jié)合，實現(xiàn)規(guī)劃和建設(shè)統(tǒng)一性，保證運行平穩(wěn)性，進而發(fā)揮資源規(guī)模優(yōu)勢，提高能源利用效率，為中國能源產(chǎn)業(yè)改革發(fā)展提供保證。

[關(guān)鍵詞] 電力物聯(lián)網(wǎng);智能電網(wǎng);大數(shù)據(jù);智慧供應(yīng)鏈

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 21. 064

[中圖分類號] TP393 ? [文獻標(biāo)識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）21- 0145- 02

0 ? ? ?引 ? ?言

隨著輸電技術(shù)日益發(fā)展，用電負荷逐年提高以及眾多新能源設(shè)施的引入，電網(wǎng)在調(diào)度和管理等各個方面的智能性和感知能力日益成為研究人員關(guān)注的重點[1，2]。美國電力科學(xué)研究院（EPRI）這一研究機構(gòu)分別在1998年和2000年提出了復(fù)雜交互式網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)（CIN/SI）概念和“IntelliGrid”概念[3，4]，為智能電網(wǎng)技術(shù)的研究奠定了基礎(chǔ)。此后，歐美各能源研究機構(gòu)紛紛針對自身的發(fā)展環(huán)境和能源狀況對新形勢下的電網(wǎng)技術(shù)進行了研究和實踐。

在智能化背景下，能源互聯(lián)概念日益興起，電力物聯(lián)網(wǎng)概念應(yīng)運而生。該網(wǎng)具備狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活三大特點[5]。電力物聯(lián)網(wǎng)能夠充分融合現(xiàn)代通信、大數(shù)據(jù)以及人工智能等技術(shù)，構(gòu)建一個萬物互聯(lián)的信息物理融合系統(tǒng)，從而極大程度提高電力系統(tǒng)的智能性[6，7]。電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將顯著提高電力系統(tǒng)的智能化程度，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行狀態(tài)全面感知、優(yōu)化配置各類資源和靈活提供多樣化服務(wù)，為建立全球能源互聯(lián)網(wǎng)邁下堅實的一步。本文綜述了電力物聯(lián)網(wǎng)所依托的技術(shù)背景，同時也結(jié)合我國電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀對電力物聯(lián)網(wǎng)在未來的發(fā)展前景進行了分析和展望。

1 ? ? ?電力物聯(lián)網(wǎng)依托的技術(shù)背景

1.1 ? 信息技術(shù)

電力物聯(lián)網(wǎng)對電力基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、承載、分析和應(yīng)用以及通信技術(shù)和方式提出了更高的要求。而近年來信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，尤其是5G技術(shù)的問世，給智能電網(wǎng)和電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了可靠的保證[8]。電力物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)l(fā)電廠、電網(wǎng)、供應(yīng)商和用戶的信息進行共享，并及時進行反饋，從而激發(fā)出新的產(chǎn)業(yè)模式，在能源利用的全流程起到樞紐作用。5G網(wǎng)絡(luò)具有超高帶寬、超低延時以及超大規(guī)模連接等特點[9]，與以往的信息技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)勢。以5G技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)將改變行業(yè)的運營方式，提升行業(yè)的運營效率，全面升級決策智能化水平，從而推進生產(chǎn)力進一步提高。

王宏延 ?等[8]對5G技術(shù)與電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)的融合發(fā)展手段進行了系統(tǒng)的研究，并對諸如低延時、高可靠性業(yè)務(wù)和大容量、高帶寬業(yè)務(wù)等多種典型的電力業(yè)務(wù)場景在5G技術(shù)下的應(yīng)用進行了分析。同時該團隊也選擇了精準負荷控制業(yè)務(wù)作為一種典型的業(yè)務(wù)場景進行了5G技術(shù)的應(yīng)用性能測試，結(jié)果顯示5G技術(shù)具有顯著的低時延特性，可以給電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供技術(shù)方面有利的支持。夏旭[10]對5G技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)之中的應(yīng)用進行了深入研究。該研究結(jié)合馬斯洛模式給出了不同的行業(yè)對于5G網(wǎng)絡(luò)切片存在3層不同的需求，認為5G網(wǎng)絡(luò)在電力行業(yè)的成功應(yīng)用很大程度上受到商業(yè)模式的影響，其潛在的商業(yè)模式包括標(biāo)準模式、混合租賃模式以及托管模式等。5G和垂直行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合后，將在運營商和不同的垂直行業(yè)間創(chuàng)造雙贏的關(guān)系，產(chǎn)生巨大的商業(yè)價值。

1.2 ? 人工智能

電力的調(diào)度控制過程具有數(shù)據(jù)量大，規(guī)則復(fù)雜的特點。隨用電需求持續(xù)提升和電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，即有電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)已越來越跟不上現(xiàn)代智能電網(wǎng)多種調(diào)控需求。近年來，人工智能技術(shù)逐漸走向主流，基于深度學(xué)習(xí)的智能技術(shù)的應(yīng)用逐漸受到各行各業(yè)的廣泛關(guān)注[11-12]。在電網(wǎng)調(diào)控這一領(lǐng)域當(dāng)中使用人工智能技術(shù)開展深度學(xué)習(xí)，有助于對電網(wǎng)特性和行為實施有效分析， 運用以往積累數(shù)據(jù)對電網(wǎng)整體特性開展聚類分析過程，包括對用戶用電行為進行評估和預(yù)測以提高負荷預(yù)測準確度，為確保電網(wǎng)的實時平衡提供支撐。同時人工智能技術(shù)可使學(xué)習(xí)和模擬規(guī)程、經(jīng)驗以及其到調(diào)度控制分析軟件中的嵌入過程得以有效實現(xiàn)[13]。范士雄[14]等對電網(wǎng)調(diào)控中人工智能技術(shù)需求及人工智能在電網(wǎng)調(diào)控的應(yīng)用場景進行了分析和設(shè)計，以電網(wǎng)故障辨識為應(yīng)用場景，對深度學(xué)習(xí)技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)控中的應(yīng)用進行分析討論，認為電網(wǎng)調(diào)控方面應(yīng)用的關(guān)鍵在于利用深度網(wǎng)絡(luò)抽象出隱藏在各類數(shù)據(jù)中的內(nèi)在規(guī)律，從而彌補基于物理模型分析方式在電網(wǎng)調(diào)控中存在的不足，進而依靠多場景下的模型持續(xù)訓(xùn)練和新的算法模型對模型迭代升級，進一步增加模型的準確性以及泛化能力，最終全面提高電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)的智能化水平。

1.3 ? 大數(shù)據(jù)

電力物聯(lián)網(wǎng)的最終建設(shè)方向，是為了在電力系統(tǒng)的每一個關(guān)鍵節(jié)點都能實現(xiàn)人機交互、萬物互聯(lián)，從而對相關(guān)數(shù)據(jù)的自動收集和獲取、靈活應(yīng)用能力進行有效提升。這些主要通過“大云物移智鏈”等現(xiàn)代信息及先進通信技術(shù)的充分應(yīng)用得以實現(xiàn)。電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建主要包括四層結(jié)構(gòu)，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層[15]。分別用于處理數(shù)據(jù)的采集記錄、傳輸、管理及技術(shù)支撐、應(yīng)用和價值創(chuàng)造等多項問題。

由于電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的不斷推進，隨之而來需要所處理的數(shù)據(jù)量將越來越多，存儲的數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)的典型特征。因此，大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)管控、采集、匯聚、計算和應(yīng)用能力的提升有著積極的促進作用。

2 ? ? ?結(jié) ? ?論

在新形勢下，新技術(shù)條件發(fā)展為電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和運行提供了所能依托的技術(shù)背景，電網(wǎng)建設(shè)和平穩(wěn)運行對電網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析處理能力、安全性以及調(diào)控能力均提出了更高的要求，電力物聯(lián)網(wǎng)可達到建設(shè)高開放性的電力數(shù)據(jù)共享服務(wù)信息物理社會系統(tǒng)（CPSSE）的目標(biāo)，是多領(lǐng)域、多學(xué)科相互協(xié)同融合的綜合性工程，是電氣、控制、通信和計算機等多學(xué)科的綜合應(yīng)用。其建設(shè)需要遵循合理的標(biāo)準，例如技術(shù)架構(gòu)和平臺入口的統(tǒng)一性等。同時，中國目前已建成全球規(guī)模最大的電力專用通信信息系統(tǒng)，這對電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有著重要的工程實踐意義。通過深度挖掘現(xiàn)有系統(tǒng)價值，并以此為基礎(chǔ)整合新理論運用新技術(shù)投入到未來的電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，有助于進一步發(fā)揮其效能，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟實用性。下一步需將理論研究和工程實踐相結(jié)合，實現(xiàn)規(guī)劃和建設(shè)的統(tǒng)一性，保證運行的平穩(wěn)性，從而發(fā)揮資源規(guī)模優(yōu)勢，提高能源的利用效率，為中國的能源產(chǎn)業(yè)改革發(fā)展提供保證。

主要參考文獻

[1]王明俊.智能電網(wǎng)與智能能源網(wǎng)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（10）：1-5.

[2][作者不詳]全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期——智能電網(wǎng)階段[J].浙江電力，2015，34（10）：73-74.

[3]肖世杰.構(gòu)建中國智能電網(wǎng)技術(shù)思考[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（9）：1-4.

[4]王濤，趙曉明，余志慧，等.IEEE智能電網(wǎng)標(biāo)準體系及研究進展[J].浙江電力，2017，36（9）.

[5]楊挺，翟峰，趙英杰，等.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)釋義與研究展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（13）：9-20，53.

[6]夏超鵬.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場應(yīng)用中的展望[J].發(fā)電技術(shù)，2020（2）：1-7.

[7]周峰，周暉，刁贏龍.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能感知關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展思路[J].中國電機工程學(xué)報，2020，40（1）：1-13.

[8]王宏延，顧舒嫻，完顏紹澎，等.5G技術(shù)在電力系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J].廣東電力，2019（11）：78-85.

[9]方璐.基于5G通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020，（1）：9-10.

[10]夏旭，朱雪田.5G在能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的分析和思考[J].中興通訊技術(shù)，2019，25（6）：1-6.

[11]李婷.面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的人工智能技術(shù)[J].集成電路應(yīng)用，2020（2）：54-55.

[12]賽迪智庫人工智能產(chǎn)業(yè)形勢分析課題組.2020年中國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢展望[N].中國計算機報，2020-01-20.

[13]陸曉，孫世明，盛振明，等.省地一體化負荷協(xié)同閉環(huán)控制系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動化，2018，42（24）：182-187，208.

[14]盧君波，李小敏.基于人工智能的電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)研究與分析[J].人工智能與控制，2019，40（11）：178-181.

[15]汪峰.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用[J].中國電力企業(yè)管理，2019（28）：58-59.