閆建軍

摘要：能源供應(yīng)壓力不斷增大和大量多種類型分布式能源不斷接入給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、安全管理和應(yīng)用服務(wù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。國家電網(wǎng)有限公司提出了打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想，擬通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦予電力系統(tǒng)靈活感知、實(shí)時(shí)通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不斷提升電網(wǎng)運(yùn)行控制和調(diào)度的智能化水平，持續(xù)深入提高各種類型能源之間的互動(dòng)能力，將現(xiàn)有的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝?、更安全、更可靠、更具彈性和可持續(xù)性的智能網(wǎng)絡(luò)化電力能源系統(tǒng)。對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、主要特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和典型應(yīng)用進(jìn)行說明與分析，在此基礎(chǔ)上給出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)面臨的主要挑戰(zhàn)，為相關(guān)研究的深入開展提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng); 電力物聯(lián)網(wǎng); 大數(shù)據(jù); 新一代人工智能; 智能家居; 智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TM 73? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.1? 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義

泛在物聯(lián)是指任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人任何物之間的信息互聯(lián)和交互。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是指電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、以及人和物的信息互聯(lián)和交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)各種信息傳感設(shè)備與通信信息資源的共享，從而形成具有自我標(biāo)識(shí)、感知和智能處理的物理實(shí)體。實(shí)體之間的協(xié)同和互動(dòng)，使得有關(guān)物體相互感知和反饋控制，形成一個(gè)更加智能的電力生產(chǎn)、生活體系。

1.2? 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)立足現(xiàn)有電網(wǎng)實(shí)體與通信技術(shù)，將不同能源系統(tǒng)物理互聯(lián)、時(shí)空信息互聯(lián)、商業(yè)互聯(lián)相融合，具有全息感知、泛在連接、開放共享、融合創(chuàng)新的特征。全息感知是指通過RFID、傳感器等，動(dòng)態(tài)獲取“發(fā)–輸–變–用”各個(gè)環(huán)節(jié)不同設(shè)備、不同用戶的狀態(tài)信息。泛在連接指通過電力專網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將電力系統(tǒng)中所有設(shè)備、用戶的信息和數(shù)據(jù)全時(shí)空連接。開放共享指在統(tǒng)一平臺(tái)上利用智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和管理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，挖掘有效信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上下貫通，全方位實(shí)時(shí)交互。融合創(chuàng)新即通過不同設(shè)備、用戶，不同時(shí)空信息，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)在線，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)外建成智慧綜合能源服務(wù)平臺(tái)，開拓電力市場(chǎng)，促進(jìn)電力改革。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1智能芯片

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的計(jì)量、保護(hù)、變換、控制、監(jiān)測(cè)、用電等設(shè)備接入電力系統(tǒng)，各種電力設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，目前多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備仍然基于傳動(dòng)的工業(yè)采集裝置，數(shù)據(jù)可靠性差，精度低，也使得終端設(shè)備的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能傳感及智能終端可以充分解決這一問題，其具備高精度、低功耗、微型化、智能計(jì)算的特點(diǎn)，一方面可以完成設(shè)備信息的采集、提取及傳遞;另一方面通過本地邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)終端智能化，完成本地自控，從而無需像傳統(tǒng)設(shè)備一樣只具備遙測(cè)搖信功能而不具備遙控功能。近年來，谷歌開發(fā)的 Edge? TPU 芯片、中科院開發(fā)的“寒武紀(jì)”芯片都具備海量數(shù)據(jù)處理與邊緣計(jì)算的能力，這些智能芯片的出現(xiàn)將快速促進(jìn)終端的全息感知與智能化。

2.2新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)與研發(fā)

實(shí)現(xiàn)信息感知是構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的首要任務(wù)，這需要將各種傳感設(shè)備部署于各個(gè)目標(biāo)區(qū)域以對(duì)不同的人或物進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。由于電力系統(tǒng)的規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此需要部署成千上萬個(gè)傳感設(shè)備。這就要求進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳感設(shè)備的簡單化、低成本、低功耗和高度集成化，同時(shí)應(yīng)當(dāng)封裝無線通信功能以減少布線等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的部署，以大幅度降低電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的成本和難度，便于實(shí)現(xiàn)眾多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與電力系統(tǒng)的無縫集成。由于有些傳感器甚至直接置于電力設(shè)備內(nèi)部，因此還需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳感設(shè)備的小型化、微型化，以及需要考慮電磁兼容技術(shù)等。目前，一些新型傳感器的設(shè)計(jì)和研發(fā)可為電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供很多有益的參考，如： 仿生學(xué)傳感器、納米材料傳感器、生物芯片等。同時(shí)，通常情況下物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是以具體事件、任務(wù)和目標(biāo)為驅(qū)動(dòng)的，即傳感設(shè)備根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行信息的感知和獲取。因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，也必然要針對(duì)特定的應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)具有特定功能的新型傳感設(shè)備。例如，已初步應(yīng)用于智能家居中的智能家居占用傳感器、泄漏和水傳感器等。利用智能家居占用傳感器，戶主可以實(shí)時(shí)監(jiān)控房屋內(nèi)和周圍的所有活動(dòng)，從而使房屋免受入侵和破壞。而泄漏和水傳感器則會(huì)在一旦發(fā)現(xiàn)泄漏的情況下立即向房主發(fā)出警報(bào)以便及時(shí)采取措施。由于數(shù)量多、應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，傳感器設(shè)備的電池不便頻繁更換，因此高效的電源管理技術(shù)也必須納入到未來的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)和研發(fā)中來。為了有效地管理電源，目前已經(jīng)提出了一些解決方案，例如使用低精度傳感器模塊陣列和后續(xù)的數(shù)據(jù)融合來生成高精度信息，使用數(shù)字電路來設(shè)計(jì)低功率傳感器節(jié)點(diǎn)等。值得特別關(guān)注的是，考慮通過在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中集成能量收集系統(tǒng)，對(duì)周圍的光、熱、射頻、振動(dòng)甚至是人體的運(yùn)動(dòng)等環(huán)境能源進(jìn)行合理利用，來延長物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的壽命以減少其對(duì)電網(wǎng)或電池的依賴性，被視為是一種很有應(yīng)用前景的替代方案。這樣做可以使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)便攜式和自我維持，進(jìn)一步為實(shí)現(xiàn)無處不在的感知、通信和服務(wù)提供條件。此外，隨著科技的進(jìn)步，“情景智能”的概念應(yīng)運(yùn)而生。筆者認(rèn)為，情景智能就是在特定的應(yīng)用環(huán)境中，智能設(shè)備可以獲取人或物的日常行為、喜好、運(yùn)行特性等多方面的信息，并能夠總結(jié)出這些歷史信息的規(guī)律，以此為基礎(chǔ)根據(jù)當(dāng)前或未來的時(shí)間、地點(diǎn)、位置、天氣等一系列維度提出智能化的決策或建議，即進(jìn)行態(tài)勢(shì)感知。利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行態(tài)勢(shì)感知的應(yīng)用包括應(yīng)急分析、負(fù)荷和發(fā)電預(yù)測(cè)、設(shè)備穩(wěn)定性極限越策、網(wǎng)絡(luò)安全和實(shí)時(shí)/預(yù)測(cè)的可視化等。如前所述，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)最大的價(jià)值是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化和多樣化的服務(wù)，因此情景智能是對(duì)當(dāng)前感知設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)提出的更高層次的要求。由此可以預(yù)見，未來的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不僅僅具備感知數(shù)據(jù)的基本功能，還可以通過集成智能算法等方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)的態(tài)勢(shì)感知。例如，智能家居環(huán)境中，家用電器設(shè)備可以通過態(tài)勢(shì)感知為用戶提供更合理的用電建議以最大程度地降低用電費(fèi)用。

2.3海量數(shù)據(jù)的處理技術(shù)和計(jì)算技術(shù)

通過電力能源系統(tǒng)連接的成千上萬個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有高速生成、類型多樣、時(shí)效性要求高、準(zhǔn)確性不一致等顯著特點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、共享和管理的過程都變得更加困難。如何通過有效的處理和計(jì)算方法將眾多數(shù)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

大數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算技術(shù)將賦予物聯(lián)網(wǎng)類似于生物神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)信息的認(rèn)知和分析能力，這使得物聯(lián)網(wǎng)從最初的僅以傳遞信息為主要目的的連接型網(wǎng)絡(luò)，向通過處理信息以達(dá)成特定的服務(wù)為主要目的的智能型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。很多學(xué)者針對(duì)具體的電力應(yīng)用領(lǐng)域提出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法來解決數(shù)據(jù)的處理、分析和計(jì)算的問題。

在配用電數(shù)據(jù)采集、聚合、處理和應(yīng)用等方面提出了以大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)的整體構(gòu)架，設(shè)計(jì)了基于流處理和批處理的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，提出了適用于多維大數(shù)據(jù)用電行為分析的隨機(jī)矩陣相關(guān)性算法。

基于隨機(jī)矩陣?yán)碚搶?duì)“西電東送”交直流輸電通道線損率的關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行分析。利用線損大數(shù)據(jù)構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)矩陣數(shù)據(jù)源與對(duì)比矩陣數(shù)據(jù)源，將平均譜半徑作為關(guān)聯(lián)特性的量化指標(biāo)，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)矩陣與對(duì)比矩陣的平均譜半徑以量化線損率之間的關(guān)聯(lián)特性。

針對(duì)電力生產(chǎn)安全事故誘因的分類和識(shí)別問題建立了事故誘因分析體系，對(duì)不同類型的事故進(jìn)行了布爾離散化，進(jìn)而運(yùn)用 Apriori 算法進(jìn)行深度關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)事故關(guān)鍵誘因的篩選和分析。

結(jié)束語

在國家電網(wǎng)有限公司大力提倡發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的背景下，本文對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、主要特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和典型應(yīng)用進(jìn)行了分析與說明，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步深入研究提出有益的參考。由于打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)長期的過程，因此本文提出的一些觀點(diǎn)需要隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)行完善和修正?？傊皥?jiān)強(qiáng)”與“智能”并重是我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在要求和方向，而“堅(jiān)強(qiáng)”和“智能”這兩者本身就是相互促進(jìn)的。因此，可以預(yù)見，承載數(shù)據(jù)流的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與承載電力流的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)必將相輔相成、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)。

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