張帆

摘 要：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是電力行業(yè)發(fā)展的重要方向。本文首先闡述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義和特征，然后分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的架構、關鍵技術、構建難點和應用前景，以期使人明確泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在的問題和重點研究方向，為后續(xù)研究提供一定借鑒。

關鍵詞：電力系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);關鍵技術;人機交互

中圖分類號：TP391;TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0035-03

Suggestions and Prospects for Ubiquitous Power

Internet of Things Development

ZHANG Fan

（Luoshan Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company，Luoshan Henan 464200）

Abstract： Ubiquitous power Internet of Things is an important direction of power industry development. This paper first described the definition and characteristics of ubiquitous power Internet of Things， and then analyzed the architecture， key technologies， construction difficulties and application prospects of ubiquitous power Internet of Things， in order to make people clear the problems and key research directions in the development of ubiquitous power Internet of Things， and provide some reference for subsequent research.

Keywords： power system;Internet of Things;key technologies;human-computer interaction

隨著電網(wǎng)輸電規(guī)模的提升，分布式發(fā)電設備種類和數(shù)量、供電電網(wǎng)復雜程度有所增加，給傳統(tǒng)供電電網(wǎng)形態(tài)造成了新的挑戰(zhàn)[1]。同時，人工智能技術發(fā)展也給電網(wǎng)運行方式及功能實現(xiàn)提供了新的機遇。將泛在物聯(lián)網(wǎng)技術與電網(wǎng)建設相結合，構建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是后續(xù)電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向[2]。因此，本文從泛在電力物聯(lián)網(wǎng)含義出發(fā)，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)架構、關鍵技術、構建難點和應用前景，以期提升泛在電力物聯(lián)網(wǎng)服務水平。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)含義

1.1 定義

泛在物聯(lián)網(wǎng)是指任何時間、地點、物體、人之間均可以進行信息交互，而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)指的是電力企業(yè)及設備、電網(wǎng)企業(yè)及設備、電力用戶及設備等之間進行信息交互[3]。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的具體應用，其實質(zhì)仍是共享信息傳感設備和通信資源，打造具備自我感知、標識以及智能處理能力的實體，各個實體之間相互協(xié)同，形成相互感知、互相反饋機制，從而構建一個更為智能的電力生產(chǎn)、供電及生活體系。

1.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)不同系統(tǒng)的物理互聯(lián)、空間互聯(lián)、商業(yè)信息互聯(lián)，具備泛在連接、全息感知、融合創(chuàng)新以及開放共享特征。其中，泛在連接是指通過移動網(wǎng)絡或者電力專網(wǎng)將整個電力系統(tǒng)中的用戶信息、設備、信息數(shù)據(jù)等進行全時空連接;全息感知指的是通過采用傳感器、RFID標簽對發(fā)電、輸電、變電和用電等各個階段涉及的設備、用戶信息等進行動態(tài)獲取;融合創(chuàng)新指的是通過用戶信息、相關設備在空間及時間上動態(tài)交互，對內(nèi)實現(xiàn)供電電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行，對外可以開拓電力市場，構建智慧能源服務平臺，促進電力行業(yè)變革;開放共享指的是在信息化平臺上通過智能技術實現(xiàn)對獲取數(shù)據(jù)的共享、管理，提高數(shù)據(jù)挖掘能力和交互能力[4，5]。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)架構及關鍵技術

2.1 基礎構架

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)包括標準、技術及應用三個架構。標準架構為數(shù)據(jù)提供標準，具體情況如表1所示。電網(wǎng)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長短等均有差異，造成數(shù)據(jù)間交互時存在障礙，難以貫通利用，人們可以構建統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析平臺，提高數(shù)據(jù)共享性和服務質(zhì)量;技術架構包括感知層（實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集）、網(wǎng)絡層（實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的傳輸）、平臺層（提高數(shù)據(jù)處理能力）以及應用層（確保供電電網(wǎng)平穩(wěn)安全運行、構建智慧電力供應網(wǎng)絡）。

應用架構的內(nèi)容包括確保電網(wǎng)經(jīng)濟安全運行，構建智慧電力服務綜合平臺，開拓電力服務市場以及建設新型能源供應體系，具體情況如圖1所示。

2.2 關鍵技術

2.2.1 智能芯片?，F(xiàn)階段，數(shù)據(jù)采集還是基于傳統(tǒng)工業(yè)傳感器方式，存在數(shù)據(jù)精度低、可靠性差的問題，同時使用的數(shù)據(jù)采集終端智能化程度低。在智能芯片基礎上設計的微型智能終端及傳感器可以有效解決上述問題，具備智能化、便攜化、低能耗和高精度等特征，在完成數(shù)據(jù)采集、提取以及傳輸?shù)耐瑫r還可以進行本地計算，具有本地自控功能。例如，近些年來，谷歌（Google）研發(fā)的Edge Tpu、中國科學院研發(fā)的寒武紀芯片等具備海量數(shù)據(jù)處理能力，這些芯片的出現(xiàn)勢必會加快智能化、全息感知終端的研發(fā)和應用。

2.2.2 現(xiàn)代信息通信技術。海量終端監(jiān)測數(shù)據(jù)需要快速、便捷的通信技術，而電力系統(tǒng)分布地域范圍廣，存在森林、高山、丘陵和冰原等各種復雜地形，這就給信息通信網(wǎng)絡提出更高要求。目前，物聯(lián)網(wǎng)具有兩類主流信息通信技術，一類是有線網(wǎng)絡傳輸技術（電力載波、工業(yè)以太網(wǎng)），另一類是無線通信技術（5G、LPMA（低能耗廣域網(wǎng)））。

5G通信技術被當作是物聯(lián)網(wǎng)技術的應用基礎，是解決電力系統(tǒng)泛在連接、全息感知的關鍵。針對不同應用場所，如毫秒級精準電力控制、分布式電源接入智能巡檢、電力調(diào)度等，5G通信網(wǎng)絡都具有針對性切片，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳輸，具體情況如圖2所示。

2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺。將海量電力數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理平臺，經(jīng)過深層挖掘、合理分析，從而實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的有效利用，數(shù)據(jù)處理平臺通過云端技術及大數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障診斷、風光預測等功能。例如，移動OneNet、百度天工、阿里Link等物聯(lián)網(wǎng)平臺相繼在實踐中應用，取得顯著的應用效果。當前，人們要將人工智能+云計算+大數(shù)據(jù)處理等相結合，搭建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構建難點及應用前景

3.1 構建難點

3.1.1 部門壁壘。電網(wǎng)系統(tǒng)中，各個部門往往單獨運行。如何實現(xiàn)各個部門間的海量數(shù)據(jù)分析、融合，破除部門壁壘，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行、維護、調(diào)度、檢修、計量、營銷和財務等各個部門信息貫通，這是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構建面臨的一個難點。

3.1.2 信息安全。如何確保信息安全是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構建面臨的另一難點。一方面要保證數(shù)據(jù)快速、精準地從終端傳輸至物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺，另一方面要保確保其具備抗網(wǎng)絡攻擊、防數(shù)據(jù)泄露等能力，因此當前需要加強信息安全防御系統(tǒng)研發(fā)力度。

3.1.3 數(shù)據(jù)挖掘分析?，F(xiàn)階段使用的數(shù)據(jù)處理平臺對數(shù)據(jù)統(tǒng)一性有較高要求，采用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時，數(shù)據(jù)獲取來源、數(shù)據(jù)長短、時間尺度等具有較大差異，從而造成傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析平臺不能在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上運用。同時，電力系統(tǒng)建設具有階段性，運行具有實時性，導致電力物聯(lián)網(wǎng)平臺上聚集大量的歷史階段數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，它們構成了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理平臺的多源異構數(shù)據(jù)。另外，電力系統(tǒng)用電端生產(chǎn)設備廠家眾多，不同類型設備的數(shù)據(jù)格式、接口規(guī)則以及控制邏輯等具有較大差異，如何實現(xiàn)對海量異構數(shù)據(jù)的深層次挖掘分析是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構建面臨的又一個難點。

3.2 應用前景

3.2.1 提升電網(wǎng)運行經(jīng)濟性?，F(xiàn)階段，我國電網(wǎng)存在電網(wǎng)構架不合理、調(diào)節(jié)能力不足、能源分布不均衡等問題，通過應用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，人們可以有效解決上述問題。一是通過泛在物聯(lián)網(wǎng)，構建以火力發(fā)電為基礎的電力統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)，并對太陽能、風能以及用戶負載等方面進行預測;二是實現(xiàn)輸電環(huán)節(jié)設備故障自我診斷，利用智能終端提升通信、保護等設備感知能力，提升電網(wǎng)可靠性及智能化水平;三是實現(xiàn)IDMS（智能配電管理系統(tǒng)）構建，完成電網(wǎng)智能巡檢、配電監(jiān)測、故障自我診斷恢復等功能，降低作業(yè)人員冗余，提升作業(yè)效率。

3.2.2 促進清潔能源發(fā)展?，F(xiàn)階段，我國電網(wǎng)系統(tǒng)中風電、光電等清潔能源占比不高，且部分地區(qū)存在棄光、棄風現(xiàn)象，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以提升電網(wǎng)對清潔能源的消納水平。一是通過人工智能對風電、光電等進行預測，結合用戶端負載需求，通過市場手段促進清潔能源的消納。二是將分散清潔能源聚合成實體，構建虛擬電廠，以多電源相互補給方式提升清潔能源的并網(wǎng)友好度及可調(diào)度性。

3.2.3 增強電網(wǎng)資產(chǎn)管理能力。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增加，發(fā)電、輸電、變電和配電等設備的數(shù)量與種類快速增多，各個設備的運行狀況更為復雜，設備資產(chǎn)壽命管理也更為困難。通過泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，人們可以利用智能終端設備監(jiān)測信息，實現(xiàn)電網(wǎng)設備采購、建設、運行以及資產(chǎn)規(guī)劃等的評估操作。相關作業(yè)人員通過設備ID信息，可以保證卡、賬、物等數(shù)據(jù)的完整性和唯一性，提高設備管理水平，提高電網(wǎng)資產(chǎn)管理能力。

4 結論

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以電網(wǎng)為基礎，通過智能化終端、現(xiàn)代通信技術、云處理平臺以及人工智能技術等構建的復雜電力系統(tǒng)管理網(wǎng)絡。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)電力設備的信息交互、人物間信息交互，達到消耗與生產(chǎn)之間的動態(tài)平衡，提升電網(wǎng)運行的安全性及經(jīng)濟性。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為未來電力行業(yè)發(fā)展的重點，勢必會引領新一代的能源革命。

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