泛在電力物聯網釋義與研究展望

仲寬廣

摘 要：物聯網是現代技術發展下的衍生物，在多個領域具有適用性，可有效提升電力系統工作能力，推動社會發展?；诖?，本文以泛在電力物聯網釋義作為切入點，予以簡述，再以此為基礎，結合國內外泛在電力物聯網的建設經驗，就其當前技術瓶頸以及研究進展等內容進行分析，給出感知精度、運維成本方面的問題，論述自適應技術、容錯機制、能源的儲備和復用等研究熱點，服務后續工作。

關鍵詞：泛在電力物聯網;感知精度;自適應技術;容錯機制

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0141-02

0 引言

電力物聯網是智能電網發展的主要成果之一，強調借助現代化的信息技術和互聯網技術，提升電網功能效率、精度、穩定性和安全性。泛在電力物聯網概念的提出、技術應用進一步優化了現有電力系統工作水平，著眼于社會發展對電能的持續需求，需要在現有基礎上對泛在電力物聯網進行優化。因影響泛在電力物聯網工作的因素多樣，其發展瓶頸明顯，加以分析有助于技術的持續突破。

1 泛在電力物聯網釋義

1.1 泛在電力物聯網釋義的基本釋義

泛在電力物聯網，是借助技術將電力系統內的各個環節和要求進行整合、連接，使其能夠圍繞電力系統工作需求，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征。本質上看，泛在電力物聯網屬于一種智慧服務系統。2019年，國家電網公司明確提出推進“三型兩網”建設的規劃，嘗試打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯網企業，以契合網絡強國戰略、加強理論在國家電網公司的實踐，適應內外部形勢和挑戰。從該層面進行解讀，泛在電力物聯網又可視作我國電力系統發展戰略的一環[1]。

1.2 泛在電力物聯網釋義的技術優勢

建設泛在電力物聯網，實際上為電力網絡運行更安全、管理更精益、投資更精準、服務更優質開辟了一條新路，同時也可以充分發揮電網獨特優勢，開拓數字經濟這一巨大市場。上述目標主要一開泛在電力物聯網的技術特點，包括自動化作業、遠程管理等等。如在傳統管理模式下，用戶在進行業擴報裝時，需要到電力部門提出申請、等待批復和工作安排，工作效率不高。泛在電力物聯網模式下，用戶的服務請求可在網絡環境下得到響應，電力部門的內部工作也均借助物聯網完成，信息交互的效率高，大大減少了工作時間。從規劃目標上看，建設泛在電力物聯網，是國家電網公司以及我國電力系統落實“三型兩網、世界一流”戰略目標的核心任務之一，突出的技術優勢，則為泛在電力物聯網建設、發展和應用提供了良好空間。

2 國內外泛在電力物聯網的建設經驗

2.1 國內經驗

我國泛在電力物聯網建設時間尚短，技術上也不完全成熟，在當前國家電網公司的規劃中，到2021年初步建成泛在電力物聯網，基本實現業務協同和數據貫通，初步實現統一物聯管理，各級智慧能源綜合服務平臺具備基本功能，支撐電網業務與新興業務發展。到2024年建成泛在電力物聯網，全面實現業務協同、數據貫通和統一物聯管理，公司級智慧能源綜合服務平臺具備強大功能，全面形成共建共治共享的能源互聯網生態圈[2]。目前來看，我國泛在電力物聯網建設的主要經驗集中于管理規劃、數據積累、細節問題處理三個方面。具體而言，泛在電力物聯網基本形成為以需求為核心的建設模式，優先向電力工作負荷較大、業務量較多的區域進行資源傾斜，之后以既有泛在電力物聯網為基礎，逐步進行扇面擴散，輻射周邊地區。該模式下，資源運用效率高，也可積累工作經驗，使各類細節問題得到早期呈現和處理。

2.2 國外經驗

國外泛在電力物聯網建設時間較長，技術條件上，上以歐美、日本等發達國家較為突出。如德國在泛在電力物聯網建設上，重視區域效應，即以一項工程建設為地區經濟、社會發展、就業、消費等提供綜合助力。在慕尼黑、漢堡等核心城市，州政府、城市議會會對項目進行反復評估，一般采用社會機構（主要是建設方）或行政部門提出議案，立法部門進行審核的方式進行項目評估，核準泛在電力物聯網建設可在經濟、社會發展、就業、消費等方面提供助力，再批準進行建設。建設過程中，由司法部門進行監督。德國在泛在電力物聯網建設上技術條件理想、人才資源豐富，這是其主要優勢。美國在泛在電力物聯網建設時，則相對重視進行經濟效益的分析，多采用招投標的方式，反復衡量不同投標方是否具備資質、技術條件的優劣以及工期長短、社會效益等也分別進行獨立分析，確保泛在電力物聯網建成后技術可靠，回報較高[3]。

3 泛在電力物聯網技術瓶頸

3.1 感知精度

當前我國以及其他國家的泛在電力物聯網技術，普遍存在感知精度不足的問題。該問題體現在傳感器能力、傳輸過程中的誤差、老化影響等多個方面。如在低等級的配電系統中，傳感器收集了變壓器工作參數，計算獲取其負載水平為85%，但變壓器的工作負載存在波動，85%不能精準反應其工作負載水平，可能與實際值存在1%-4%的誤差，當該數據進入到高級別輸電系統中時，可能導致誤差累積，達到5%以上。此時泛在電力物聯網的感知精度已經下降明顯，對實際工作、自動化作業影響不容忽視[4]。

3.2 抗干擾問題

影響泛在電力物聯網建設的另一個突出問題是干擾破壞。電力系統中，諧波問題、電磁干擾問題十分多見，電力物聯網中的通信活動會受到上述問題影響，導致數據精度下降、通信中斷情況。目前各地的泛在電力物聯網建設，均以有線通信模式為主，接收一端的信號可讀性，可出現5%-30%左右的下降，一般通信距離越遠，信號可讀性下降越明顯。此外，通信線路金屬內芯、絕緣皮的老化也會降低其應對干擾的能力，影響通信效果。當傳感器傳輸的信息、智能終端下達的指令信息被嚴重破壞時，泛在電力物聯網的工作質量會嚴重下降。

3.3 運維成本

運維成本較高的情況廣泛存在于我國各地，國外也面臨相似問題。統計表明，日本東京以及周邊地區完成泛在電力物聯網建設后，電網管理工作的成本，較以往增加了6.7%，去除傳統人力成本、管理成本后，可發現相關支出大部分投入到了設備運維與更換、建設消耗方面。我國沿海地區、東部地區經濟發展狀況較理想的地區，也不同程度完成了智能電網、泛在電力物聯網建設，運維成本增加的問題，集中于技術人才培育、早期工程和設備支出兩個方面，因我國人力資源成本低于日本等發達國家，后期運維上，成本負擔相對較輕。

4 泛在電力物聯網研究展望

4.1 自適應技術

嘗試加強泛在電力物聯網建設和應用效果，應針對其技術瓶頸進行突破，目前各國研究的重點之一，是泛在電力物聯網工作中的自適應能力。德國科學家提出了誤差控制理念，強調引入新式合金材料，以新材料較為理想的使用壽命和理化性質，控制感知精度不高的問題。相關學者的研究仍處于實驗室階段，因不同材料的理化性質差異顯著，目前仍無可靠的實踐結果。美國學者認為，自適應技術的進步更多依賴信息技術，現有材料的研究實驗進展緩慢，可強化計算機的工作能力，敏銳感知可能泛在電力物聯網工作中的異常，予以實時調整，提升其自適應能力。因泛在電力物聯網工作環境的差異無法通過計算機技術完全彌補，該研究目前尚未取得實質性進展。我國學者認為，自適應技術的優化需要加強對目標對象的研究，結合其工作特點尋求處理方法，如室外工作的線路，對其進行參數收集時，應重視自動化設備的保溫;室內變壓器的參數收集，則應考慮工作設備的精度和參數范圍，以保證所獲信息精準有效。從技術突破的角度上看，我國學者的研究進展相對理想，但在實際應用中，各地工作需求、環境帶有動態變化的特點，技術適用性上存在一定不足。

4.2 容錯機制

泛在電力物聯網的工作中，干擾問題對其工作精度影響顯著，當前研究的熱點方向之一，是嘗試控制物聯網內各類設備、通信系統的工作精度，應對普遍存在的通信干擾問題。日本學者提出了自校對工作方法，該方法的基本原理是：不考慮物聯網內是否意境出現干擾問題，以可能存在的干擾破壞為解決對象，設定固定間隔，物聯網內的設備每完成一段時間的工作，可自動進行一次參數校對和調整。該模式提升了系統的智能化水平，具有廣泛適用性。如針對變壓器進行的安全監測，默認變壓器的安全工作參數標準為V，變壓器實際工作中的參數可能圍繞V出現波動，表現為一個帶有模糊線性特點的非對稱數集：

V=[V-n……V-2;V-1;V;V1;V2……Vn]

當變壓器的工作參數超過[V-n、Vn]范圍時，表明存在安全風險。在日本學者的“自校對工作”模式下，以2小時（或其他間隔）為間隔，智能系統每隔2小時進行一次變壓器負荷調整，使其工作參數穩定處于V周圍、[V-n、Vn]之間，應對干擾，實現容錯。我國學者提出了預防性檢修和逐次更換的工作方法，與日本不同，我國尚未完全實現電力系統、泛在電力物聯網的完全自動化作業，相關學者認為，可在進行泛在電力物聯網個環節和設備檢修時，對重點設備、結構進行功能評估，將其中已經出現故障的部分、可能發生問題的構件予以更換，并記錄其他部分的工作情況，分批次完成泛在電力物聯網內設備的更新，使其保持工作能力、完成通信容錯。該方式可降低系統作業成本，但只能作為過渡方法，從技術研究的角度上看缺乏實際價值。

4.3 能源的儲備和復用

泛在電力物聯網的發展，還強調服務對象的能耗控制，這與節約型社會建設以及可持續發展觀念相契合。如在大型物聯網中，電力系統可能出現輸送電量過多、過少的問題?？稍诜涸陔娏ξ锫摼W中建設附屬結構，該結構負責存儲物聯網中的多余電能，也可進行太陽能的收集，利用大型蓄電池組成的蓄電系統進行能量儲備。泛在電力物聯網內供電正常，儲備能源不予調用;當泛在電力物聯網存在用電緊張、供電量不足等情況時，將儲備能源連接站啟動，投入儲備能源進行復用，實現物聯網內的持續穩定供電。以保證儲備能源保存效果為著眼點，使用的蓄電池應保存于干燥避光處，且應與低壓配電線路一端進行連接，或單獨設立變壓設備，避免電能自電網進入蓄電池中。此外，應周期進行蓄電池工作態勢的評估，所有蓄電池儲能達到90%左右時，可投入使用，釋放50%-60%的存儲空間，避免電能浪費問題。

5 結語

綜上，泛在電力物聯網在電力系統中作用突出，且發展進步也能進一步改善電力系統工作能力。結合國內外建設經驗，可發現當前泛在電力物聯網技術瓶頸涵蓋感知精度、抗干擾和運維成本控制等。未來研究則著眼于自適應技術、容錯機制的優化，同時物聯網內能源的儲備和復用也得到更多重視，具有一定的可行性?？傮w而言，泛在電力物聯網的技術研究進展理想，可繼續服務社會發展。

參考文獻

[1] 王毅，陳啟鑫，張寧，等.5G通信與泛在電力物聯網的融合：應用分析與研究展望[J].電網技術，2019，43（05）：1575-1585.

[2] 侯興哲，劉型志，鄭可，等.泛在電力物聯網環境下新一代智能電能表技術展望[J/OL].電測與儀表：1-4.

[3] 楊挺，翟峰，趙英杰，等.泛在電力物聯網釋義與研究展望[J].電力系統自動化，2019，43（13）：9-20+53.

[4] 張亞健，楊挺，孟廣雨.泛在電力物聯網在智能配電系統應用綜述及展望[J].電力建設，2019，40（06）：1-12.