泛在電力物聯(lián)網(wǎng)綜述

沈陽(yáng)工程學(xué)院 隋雨軒 高 陽(yáng)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是將人工智能和移動(dòng)互聯(lián)等前沿性現(xiàn)代化信息通訊手段應(yīng)用于電力系統(tǒng)運(yùn)行的每一環(huán)節(jié)，從而構(gòu)建一個(gè)物與物間，人與物間，人與人之間相互聯(lián)通的智能化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。通過對(duì)泛在網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的解釋提出了對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的理解，并簡(jiǎn)要介紹泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基本特征。通過對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)的介紹進(jìn)一步了解泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)組成。

引言：如今信息全球化、數(shù)據(jù)開放互聯(lián)已經(jīng)成為世界發(fā)展的總趨勢(shì)，各行各業(yè)要想在這個(gè)信息大爆炸的時(shí)代中站穩(wěn)腳步，就要精準(zhǔn)高效的掌握更多行業(yè)大數(shù)據(jù)，探索市場(chǎng)行為與行業(yè)大數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)關(guān)系，把握住信息互聯(lián)帶來的機(jī)遇，才能先人一步奠定企業(yè)在行業(yè)中的領(lǐng)軍地位。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(jià)格不斷發(fā)生變化，同時(shí)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(yùn)行的壓力與日俱增。此外面對(duì)電力市場(chǎng)的開放，輸配電價(jià)格不斷降低，用電需求增長(zhǎng)減速等問題，讓電力行業(yè)的經(jīng)營(yíng)困難重重。為解決上述問題，國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)在第三屆職工代表大會(huì)上作了關(guān)于《守正創(chuàng)新 擔(dān)當(dāng)作為 奮力開創(chuàng)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)新局面》的主題報(bào)告。報(bào)告中明確的提出了將建設(shè)“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”作為企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。

本文從泛在網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)的釋義入手，闡釋了對(duì)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)含義的理解，并對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本特征以及構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

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(jì)算機(jī)科學(xué)家Mark Weiser提出的泛在計(jì)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(shí)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)（Internet of things）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(shí)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(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)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(guó)網(wǎng)公司對(duì)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(huì)服務(wù)，以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)展平臺(tái)和共享作用，為全行業(yè)和更多市場(chǎng)主題發(fā)展創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價(jià)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(shí)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(shí)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(diǎn)。

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(gè)運(yùn)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(huì)行業(yè)機(jī)構(gòu)、用戶以及供應(yīng)商連接起來，推動(dòng)了數(shù)據(jù)融合，促進(jìn)能源互聯(lián)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，實(shí)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(yàn)。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是由智能電網(wǎng)不斷發(fā)展創(chuàng)新而來，智能電網(wǎng)的關(guān)鍵是能源的兼容利用和替代，構(gòu)建一個(gè)可以自我調(diào)節(jié)且具備智能判斷能力的多能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。區(qū)別于智能電網(wǎng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是對(duì)大量的可靠電力信息的高效利用，其體系構(gòu)建過程中涉及到許多關(guān)鍵性技術(shù)，例如智能傳感與終端技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)平臺(tái)、智能計(jì)算、安全性等。為解決上述關(guān)鍵問題，需要進(jìn)行必要的技術(shù)革新。以下為構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)過程中所需要的關(guān)鍵技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹與理解。

2.1 智能傳感及智能終端

對(duì)于含多維特征參量數(shù)據(jù)的高精度、智能感知及全局狀態(tài)信息智能化終端是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的技術(shù)。

伴隨電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的控制、監(jiān)測(cè)、計(jì)量、保護(hù)等設(shè)備接入運(yùn)行的系統(tǒng)中，這使得運(yùn)行的系統(tǒng)產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)。對(duì)于電力設(shè)備層的智能傳感設(shè)備需要保證在復(fù)雜的運(yùn)行情況下采集的多維特征參量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的智能化傳感裝置在面對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行情況仍要保證采集的光、電磁、聲學(xué)信號(hào)的數(shù)據(jù)可靠性及精準(zhǔn)度。

同時(shí)對(duì)于多維特征參量數(shù)據(jù)的感知技術(shù)不僅僅要優(yōu)化智能傳感設(shè)備，智能化終端的發(fā)展也是其重中之重。構(gòu)建智能化終端過程中需要保證智能化終端的即連即用以及業(yè)務(wù)終端的一體化管理。谷歌公司近年開發(fā)的Edge TPU芯片和中科院研發(fā)的“寒武紀(jì)”芯片都是具備邊緣計(jì)算功能以及大量數(shù)據(jù)信息處理能力的智能化芯片。這種以智能芯片為載體的智能傳感與終端設(shè)備不僅具有超高的測(cè)量精度，而且能耗較小并且可以進(jìn)行智能計(jì)算，這使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、傳遞的精準(zhǔn)度得到了很大提升。它的智能計(jì)算功能讓系統(tǒng)同時(shí)成為擁有自控制能力的智能化終端。這些芯片的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)設(shè)備只能夠?qū)崿F(xiàn)遙測(cè)遙信不能遙控的局面，推動(dòng)了終端全息化與智能化技術(shù)的快速發(fā)展。

2.2 一體化通信網(wǎng)絡(luò)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建起一個(gè)人與環(huán)境間的信息交互網(wǎng)絡(luò)，這需要海量數(shù)據(jù)的支撐。數(shù)據(jù)的獲取與傳輸對(duì)于有些環(huán)境復(fù)雜的用電地區(qū)比較困難，通信網(wǎng)絡(luò)難以到達(dá)環(huán)境惡劣的地區(qū)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)很難傳送。因此，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)難以滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的要求。最新發(fā)展的5G通信技術(shù)不僅速率高而且其高容量、低延時(shí)、低能耗、高可靠性的特點(diǎn)不僅滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量信息傳輸、萬物互聯(lián)的要求又保障了電力系統(tǒng)的可靠性、靈活控制與響應(yīng)。

5G通訊技術(shù)被稱為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)步的基石。對(duì)于不同情況下的5G切片網(wǎng)絡(luò)通信被視為解決泛在連接問題和系統(tǒng)內(nèi)全系感知的關(guān)鍵技術(shù)。電力系統(tǒng)中需要極高的控制實(shí)時(shí)性以及可靠性的部分需要接入專屬的電力線纜，這一部分對(duì)于通信的帶寬、可靠性以及延時(shí)性等方面性能要求高于5G通信，對(duì)于分布式設(shè)備則對(duì)應(yīng)于5G通信高密度的連接特性，而且5G通信提高了人工智能、深度學(xué)習(xí)以及大數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)水平的分析能力，其對(duì)分布式數(shù)據(jù)資源的大量輸入以及全方位的量測(cè)體系的建立和發(fā)展具有重大意義。5G技術(shù)在電網(wǎng)內(nèi)多方面得到應(yīng)用，比如性能增強(qiáng)使得泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的萬物互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持；軟化開放技術(shù)對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)助管理加強(qiáng)了電網(wǎng)在通信方面的自主性。因此，5G通信技術(shù)是構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的重要關(guān)節(jié)，加快5G建設(shè)，擴(kuò)展其覆蓋面積，穩(wěn)定其信號(hào)強(qiáng)度這都是當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商亟待解決的問題。

2.3 智能化物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

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(tái)從而來提升對(duì)于海量的電力數(shù)據(jù)的管理，同時(shí)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(tái)不僅需要進(jìn)行云端計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理還需要具備智能檢測(cè)故障的能力。當(dāng)下有許多一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)在實(shí)際實(shí)踐中逐步得以應(yīng)用，例如阿里L(fēng)ink物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、移動(dòng)ONE NET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等。由這些已經(jīng)投入使用的一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)必須要以可實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)、人工智能和云計(jì)算功能的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)論：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)圍繞著電力系統(tǒng)，結(jié)合人工智能、終端傳感器、一體系數(shù)據(jù)平臺(tái)等技術(shù)組成的龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并將開放共享作為其本質(zhì)特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定一直是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的基本要求，而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所能實(shí)現(xiàn)的信息開放共享、信息交互讓電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)得以傳輸，不僅能夠保障運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)安全穩(wěn)定，供求實(shí)時(shí)皆可知也提升了其經(jīng)濟(jì)性。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是電力行業(yè)必須要拓展的一條道路，利用好智能傳感、智能終端等關(guān)鍵性技術(shù)發(fā)展建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，才能帶來更好的用戶感受，滿足人們對(duì)于幸福生活的追求。