泛在電力物聯網關鍵技術探討

相亞楠

【摘 要】泛在電力物聯網不僅是技術創新，更是管理創新。建設泛在電力物聯網可以全面感知源網荷儲設備運行狀態和環境信息，用市場辦法引導用戶參與電力系統調峰調頻，通過虛擬電廠和多能互補提高分布式新能源友好并網水平和電網可調容量占比，緩解棄風棄光，促進清潔能源消納。常規發電廠、大型風電場、光電站等已經和電力系統連接了，調度可以直接控制;泛在電力物聯網的主要任務是連接負荷和分散式發電，尤其是可控負荷。利用泛在電力物聯網，協同控制風電光電、可控負荷、分散式發電等，可以提高風電光電利用率，實現能源轉型目標。電動汽車是可控負荷中最容易實現可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調等。利用泛在電力物聯網可以組織可控負荷參與電力系統調峰調頻。

【關鍵詞】電力;物聯網;關鍵技術

1泛在電力物聯網的定義及特點

泛在網及物聯網的概念均來源于美國，分別由美國加州施樂公司及美國麻省理工學院（MIT）于1999年提出，從概念上來說，二者的邊界范圍是不一樣的。泛在網強調的是個人和（或）設備無論何時、何地、何種方式都能以最少的技術限制接入到服務和通信的能力。人與物、物與物之間的通信是泛在網絡的突出特點。而物聯網從狹義上理解，強調的則是一種整合網絡資源的能力，通過物品和物品的聯系實現設備的智能化管理和運行維護，其本質是一種信息空間和物理空間的融合技術。根據2019年3月8日國網公司提出的《泛在電力物聯網建設大綱》對國網公司泛在物聯的定義是：泛在物聯網是指任何時間、任何地點、任何人，任何物之間的信息連接和交互。從上述定義來看，國網公司所提出的概念和泛在網、物聯網的發展歷史是一致的，強調了任何時間、任何地點、任何人、任何物的泛在屬性，而信息連接和交互則強調了物聯網信息通訊整合的能力。

結合電力系統的特點，國網公司給泛在電力物聯網定義如下：“泛在電力物聯網將電力用戶及設備、電網企業及設備、發電企業及設備、供應商及其設備、以及人和物連接起來，產生共享數據，為用戶、電網、發展、供應商和政府社會服務，以電網為樞紐，發展平臺和共享作用，為全行業和更多市場主題發展創造更大機遇，提供價值服務”。

從概念上來看，該理念的提出是泛在物聯網在電力行業的具體表現和應用落地。為了實現電力泛在物聯，需要進一步構建開放、分層、可擴展的網絡體系結構，實現異構信息的互聯、交互、操作，最終形成“大云物移智”（大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、人工智能）的框架體系。

2泛在電力物聯網的關鍵技術

泛在電力物聯網是基于智能電網發展而來，智能電網的核心是構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一入網和分布式管理的智能化網絡系統，其本質為能源替代和兼容利用。泛在電力物聯網的本質是海量電力信息的可靠、高效利用手段。對泛在電力物聯網的4層體系架構，包含四大要素，即終端海量電力數據的采集及終端智能化、電力數據的傳遞、電力數據的一體化分析和管理、電力信息的綜合應用，所對應的關鍵技術為智能芯片、現代通信技術和物聯網平臺。

2.1智能芯片

隨著電力系統的不斷發展，越來越多的計量、保護、變換、控制、監測、用電等設備接入電力系統，各種電力設備的運行產生了大量數據，目前多數現場數據采集設備仍然基于傳動的工業采集裝置，數據可靠性差，精度低，也使得終端設備的智能化程度低，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、智能計算的特點，一方面可以完成設備信息的采集、提取及傳遞;另一方面通過本地邊緣計算，實現終端智能化，完成本地自控，從而無需像傳統設備一樣只具備遙測搖信功能而不具備遙控功能。近年來，谷歌開發的EdgeTPU芯片、中科院開發的“寒武紀”芯片都具備海量數據處理與邊緣計算的能力，這些智能芯片的出現將快速促進終端的全息感知與智能化。

2.2 5G與與LPWA

海量電力數據的傳遞需要一體化的通信網絡。電力系統地域分布廣泛，往往涉及高山、森林、冰原等復雜環境，致使通信網絡難以覆蓋全部，現場數據難以傳輸?，F在物聯網有2類主流技術：一類是工業以太網和電力載波為主的有線網絡技術，另一類是以5G和低功耗廣域網（LPMA）為主的無線網絡技術。泛在電力物聯網中數據分布廣，分散性強，部分不易供電，連接難，采集頻次低，傳統的有線網絡通信技術難以適用，因此以無線網絡為主的現代通信技術是實現泛在電力物聯網網絡通信的主要手段。5G被視為物聯網發展的基礎?；诓煌瑘鼍暗?G切片網絡通信技術被認為是解決電力系統全息感知、泛在連接的關鍵所在。對于智能分布式配電自動化、毫秒級精準負荷控制等控制類業務，可以選擇具有超低時延的URLLC切片;對于海量用電信息采集、智能汽車充電站/樁、分布式電源接入等信息采集類業務可以選擇mMTC海量機器類通信接入切片;對于需要高清視頻回傳的輸變電線路狀態監控、無人機遠程巡檢、變電站機器人巡檢等現場業務，可以選擇eMBB增強移動帶寬切片;對于需要語音信息的調度電話、管理電話、應急通信等，可以選擇具有高安全、高可靠、高接通率和高清通話質量保障的為Voice語音切片。針對不同的應用場景，5G切片網絡技術可以選擇不同的切片，在5G網絡通道上實現數據的傳輸，并接入同樣的5G數據平臺。另一方面，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網技術由于其廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本的特點而成為工信部《物聯網發展規劃（2016—2020年）》中明確要發展的網絡技術。目前5G網絡與低功耗廣域網技術在電力系統中的應用并不廣泛，隨著其與電力系統的不斷結合，必將成為實現泛在電力物聯網通信的主要手段。

2.3物聯網平臺

隨著電力系統海量數據接入一體化數據平臺，通過對大量數據的合理分析、深層挖掘，進而實現電力信息的有效利用。一體化數據平臺應當具備大數據處理和云端計算，以及實現風光預測、電力系統故障診斷等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物聯網平臺，移動OneNET物聯網平臺，阿里link物聯網平臺等一體化數據平臺相繼在生產實踐中展開應用。移動OneNET與“Hi”電展開合作，協助其解決“設備狀態檢測”、“設備位置監管”、“設備信息管理”、“反向控制設備”等問題;阿里云于無錫鴻山打造首個物聯網小鎮，實現小鎮交通、環境、水務、能源等多個城市管理項目的在線運營。對于實現泛在電力物聯網數據一體化平臺的搭建，必須結合“大數據+云計算+人工智能”的物聯網平臺。

3結語

泛在電力物聯網的建設，其最終目的是為了實現建設世界一流能源互聯網企業的目標追求。能源互聯網的構成，需要堅強智能電網與泛在電力物聯網“兩網”的深入融合，因此泛在電力物聯網的建設不可或缺。泛在電力物聯網，利用“大云物移智”技術，促進能源的多元化、清潔化、綜合化發展，從而實現用能、運維成本不斷降低，更好地滿足用戶對多種用能的需求。

參考文獻：

[1]葉祖麗.推進高質量發展支撐世界一流能源互聯網企業建設：公司2018年信息通信工作會議解讀[N].國家電網報，2018-02-12（2）.

（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）