泛在電力物聯(lián)網(wǎng)釋義與研究展望

仲寬廣

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展下的衍生物，在多個領(lǐng)域具有適用性，可有效提升電力系統(tǒng)工作能力，推動社會發(fā)展。基于此，本文以泛在電力物聯(lián)網(wǎng)釋義作為切入點(diǎn)，予以簡述，再以此為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)外泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，就其當(dāng)前技術(shù)瓶頸以及研究進(jìn)展等內(nèi)容進(jìn)行分析，給出感知精度、運(yùn)維成本方面的問題，論述自適應(yīng)技術(shù)、容錯機(jī)制、能源的儲備和復(fù)用等研究熱點(diǎn)，服務(wù)后續(xù)工作。

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng);感知精度;自適應(yīng)技術(shù);容錯機(jī)制

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

0 引言

電力物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的主要成果之一，強(qiáng)調(diào)借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提升電網(wǎng)功能效率、精度、穩(wěn)定性和安全性。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念的提出、技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步優(yōu)化了現(xiàn)有電力系統(tǒng)工作水平，著眼于社會發(fā)展對電能的持續(xù)需求，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。因影響泛在電力物聯(lián)網(wǎng)工作的因素多樣，其發(fā)展瓶頸明顯，加以分析有助于技術(shù)的持續(xù)突破。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)釋義

1.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)釋義的基本釋義

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，是借助技術(shù)將電力系統(tǒng)內(nèi)的各個環(huán)節(jié)和要求進(jìn)行整合、連接，使其能夠圍繞電力系統(tǒng)工作需求，充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活特征。本質(zhì)上看，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)屬于一種智慧服務(wù)系統(tǒng)。2019年，國家電網(wǎng)公司明確提出推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的規(guī)劃，嘗試打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，以契合網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略、加強(qiáng)理論在國家電網(wǎng)公司的實(shí)踐，適應(yīng)內(nèi)外部形勢和挑戰(zhàn)。從該層面進(jìn)行解讀，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)又可視作我國電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略的一環(huán)[1]。

1.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)釋義的技術(shù)優(yōu)勢

建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)際上為電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更安全、管理更精益、投資更精準(zhǔn)、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)開辟了一條新路，同時也可以充分發(fā)揮電網(wǎng)獨(dú)特優(yōu)勢，開拓數(shù)字經(jīng)濟(jì)這一巨大市場。上述目標(biāo)主要一開泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，包括自動化作業(yè)、遠(yuǎn)程管理等等。如在傳統(tǒng)管理模式下，用戶在進(jìn)行業(yè)擴(kuò)報裝時，需要到電力部門提出申請、等待批復(fù)和工作安排，工作效率不高。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)模式下，用戶的服務(wù)請求可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到響應(yīng)，電力部門的內(nèi)部工作也均借助物聯(lián)網(wǎng)完成，信息交互的效率高，大大減少了工作時間。從規(guī)劃目標(biāo)上看，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，是國家電網(wǎng)公司以及我國電力系統(tǒng)落實(shí)“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)的核心任務(wù)之一，突出的技術(shù)優(yōu)勢，則為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、發(fā)展和應(yīng)用提供了良好空間。

2 國內(nèi)外泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

2.1 國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)

我國泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)時間尚短，技術(shù)上也不完全成熟，在當(dāng)前國家電網(wǎng)公司的規(guī)劃中，到2021年初步建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，基本實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)貫通，初步實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一物聯(lián)管理，各級智慧能源綜合服務(wù)平臺具備基本功能，支撐電網(wǎng)業(yè)務(wù)與新興業(yè)務(wù)發(fā)展。到2024年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，全面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同、數(shù)據(jù)貫通和統(tǒng)一物聯(lián)管理，公司級智慧能源綜合服務(wù)平臺具備強(qiáng)大功能，全面形成共建共治共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈[2]。目前來看，我國泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的主要經(jīng)驗(yàn)集中于管理規(guī)劃、數(shù)據(jù)積累、細(xì)節(jié)問題處理三個方面。具體而言，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基本形成為以需求為核心的建設(shè)模式，優(yōu)先向電力工作負(fù)荷較大、業(yè)務(wù)量較多的區(qū)域進(jìn)行資源傾斜，之后以既有泛在電力物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，逐步進(jìn)行扇面擴(kuò)散，輻射周邊地區(qū)。該模式下，資源運(yùn)用效率高，也可積累工作經(jīng)驗(yàn)，使各類細(xì)節(jié)問題得到早期呈現(xiàn)和處理。

2.2 國外經(jīng)驗(yàn)

國外泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)時間較長，技術(shù)條件上，上以歐美、日本等發(fā)達(dá)國家較為突出。如德國在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上，重視區(qū)域效應(yīng)，即以一項(xiàng)工程建設(shè)為地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展、就業(yè)、消費(fèi)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(xiàng)目進(jìn)行反復(fù)評估，一般采用社會機(jī)構(gòu)（主要是建設(shè)方）或行政部門提出議案，立法部門進(jìn)行審核的方式進(jìn)行項(xiàng)目評估，核準(zhǔn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)可在經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展、就業(yè)、消費(fèi)等方面提供助力，再批準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。建設(shè)過程中，由司法部門進(jìn)行監(jiān)督。德國在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上技術(shù)條件理想、人才資源豐富，這是其主要優(yōu)勢。美國在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)時，則相對重視進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的分析，多采用招投標(biāo)的方式，反復(fù)衡量不同投標(biāo)方是否具備資質(zhì)、技術(shù)條件的優(yōu)劣以及工期長短、社會效益等也分別進(jìn)行獨(dú)立分析，確保泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建成后技術(shù)可靠，回報較高[3]。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)瓶頸

3.1 感知精度

當(dāng)前我國以及其他國家的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，普遍存在感知精度不足的問題。該問題體現(xiàn)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(tǒng)中，傳感器收集了變壓器工作參數(shù)，計算獲取其負(fù)載水平為85%，但變壓器的工作負(fù)載存在波動，85%不能精準(zhǔn)反應(yīng)其工作負(fù)載水平，可能與實(shí)際值存在1%-4%的誤差，當(dāng)該數(shù)據(jù)進(jìn)入到高級別輸電系統(tǒng)中時，可能導(dǎo)致誤差累積，達(dá)到5%以上。此時泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的感知精度已經(jīng)下降明顯，對實(shí)際工作、自動化作業(yè)影響不容忽視[4]。

3.2 抗干擾問題

影響泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的另一個突出問題是干擾破壞。電力系統(tǒng)中，諧波問題、電磁干擾問題十分多見，電力物聯(lián)網(wǎng)中的通信活動會受到上述問題影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度下降、通信中斷情況。目前各地的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，均以有線通信模式為主，接收一端的信號可讀性，可出現(xiàn)5%-30%左右的下降，一般通信距離越遠(yuǎn)，信號可讀性下降越明顯。此外，通信線路金屬內(nèi)芯、絕緣皮的老化也會降低其應(yīng)對干擾的能力，影響通信效果。當(dāng)傳感器傳輸?shù)男畔ⅰ⒅悄芙K端下達(dá)的指令信息被嚴(yán)重破壞時，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的工作質(zhì)量會嚴(yán)重下降。

3.3 運(yùn)維成本

運(yùn)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(tǒng)計表明，日本東京以及周邊地區(qū)完成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)后，電網(wǎng)管理工作的成本，較以往增加了6.7%，去除傳統(tǒng)人力成本、管理成本后，可發(fā)現(xiàn)相關(guān)支出大部分投入到了設(shè)備運(yùn)維與更換、建設(shè)消耗方面。我國沿海地區(qū)、東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r較理想的地區(qū)，也不同程度完成了智能電網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，運(yùn)維成本增加的問題，集中于技術(shù)人才培育、早期工程和設(shè)備支出兩個方面，因我國人力資源成本低于日本等發(fā)達(dá)國家，后期運(yùn)維上，成本負(fù)擔(dān)相對較輕。

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)研究展望

4.1 自適應(yīng)技術(shù)

嘗試加強(qiáng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用效果，應(yīng)針對其技術(shù)瓶頸進(jìn)行突破，目前各國研究的重點(diǎn)之一，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)工作中的自適應(yīng)能力。德國科學(xué)家提出了誤差控制理念，強(qiáng)調(diào)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(zhì)，控制感知精度不高的問題。相關(guān)學(xué)者的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，因不同材料的理化性質(zhì)差異顯著，目前仍無可靠的實(shí)踐結(jié)果。美國學(xué)者認(rèn)為，自適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步更多依賴信息技術(shù)，現(xiàn)有材料的研究實(shí)驗(yàn)進(jìn)展緩慢，可強(qiáng)化計算機(jī)的工作能力，敏銳感知可能泛在電力物聯(lián)網(wǎng)工作中的異常，予以實(shí)時調(diào)整，提升其自適應(yīng)能力。因泛在電力物聯(lián)網(wǎng)工作環(huán)境的差異無法通過計算機(jī)技術(shù)完全彌補(bǔ)，該研究目前尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。我國學(xué)者認(rèn)為，自適應(yīng)技術(shù)的優(yōu)化需要加強(qiáng)對目標(biāo)對象的研究，結(jié)合其工作特點(diǎn)尋求處理方法，如室外工作的線路，對其進(jìn)行參數(shù)收集時，應(yīng)重視自動化設(shè)備的保溫;室內(nèi)變壓器的參數(shù)收集，則應(yīng)考慮工作設(shè)備的精度和參數(shù)范圍，以保證所獲信息精準(zhǔn)有效。從技術(shù)突破的角度上看，我國學(xué)者的研究進(jìn)展相對理想，但在實(shí)際應(yīng)用中，各地工作需求、環(huán)境帶有動態(tài)變化的特點(diǎn)，技術(shù)適用性上存在一定不足。

4.2 容錯機(jī)制

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的工作中，干擾問題對其工作精度影響顯著，當(dāng)前研究的熱點(diǎn)方向之一，是嘗試控制物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)各類設(shè)備、通信系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)對普遍存在的通信干擾問題。日本學(xué)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(lián)網(wǎng)內(nèi)是否意境出現(xiàn)干擾問題，以可能存在的干擾破壞為解決對象，設(shè)定固定間隔，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備每完成一段時間的工作，可自動進(jìn)行一次參數(shù)校對和調(diào)整。該模式提升了系統(tǒng)的智能化水平，具有廣泛適用性。如針對變壓器進(jìn)行的安全監(jiān)測，默認(rèn)變壓器的安全工作參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為V，變壓器實(shí)際工作中的參數(shù)可能圍繞V出現(xiàn)波動，表現(xiàn)為一個帶有模糊線性特點(diǎn)的非對稱數(shù)集：

V=[V-n……V-2;V-1;V;V1;V2……Vn]

當(dāng)變壓器的工作參數(shù)超過[V-n、Vn]范圍時，表明存在安全風(fēng)險。在日本學(xué)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(tǒng)每隔2小時進(jìn)行一次變壓器負(fù)荷調(diào)整，使其工作參數(shù)穩(wěn)定處于V周圍、[V-n、Vn]之間，應(yīng)對干擾，實(shí)現(xiàn)容錯。我國學(xué)者提出了預(yù)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(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的完全自動化作業(yè)，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為，可在進(jìn)行泛在電力物聯(lián)網(wǎng)個環(huán)節(jié)和設(shè)備檢修時，對重點(diǎn)設(shè)備、結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能評估，將其中已經(jīng)出現(xiàn)故障的部分、可能發(fā)生問題的構(gòu)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(lián)網(wǎng)內(nèi)設(shè)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(tǒng)作業(yè)成本，但只能作為過渡方法，從技術(shù)研究的角度上看缺乏實(shí)際價值。

4.3 能源的儲備和復(fù)用

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，還強(qiáng)調(diào)服務(wù)對象的能耗控制，這與節(jié)約型社會建設(shè)以及可持續(xù)發(fā)展觀念相契合。如在大型物聯(lián)網(wǎng)中，電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)輸送電量過多、過少的問題。可在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中建設(shè)附屬結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)存儲物聯(lián)網(wǎng)中的多余電能，也可進(jìn)行太陽能的收集，利用大型蓄電池組成的蓄電系統(tǒng)進(jìn)行能量儲備。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)供電正常，儲備能源不予調(diào)用;當(dāng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)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(jìn)行復(fù)用，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的持續(xù)穩(wěn)定供電。以保證儲備能源保存效果為著眼點(diǎn)，使用的蓄電池應(yīng)保存于干燥避光處，且應(yīng)與低壓配電線路一端進(jìn)行連接，或單獨(dú)設(shè)立變壓設(shè)備，避免電能自電網(wǎng)進(jìn)入蓄電池中。此外，應(yīng)周期進(jìn)行蓄電池工作態(tài)勢的評估，所有蓄電池儲能達(dá)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(fèi)問題。

5 結(jié)語

綜上，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中作用突出，且發(fā)展進(jìn)步也能進(jìn)一步改善電力系統(tǒng)工作能力。結(jié)合國內(nèi)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)瓶頸涵蓋感知精度、抗干擾和運(yùn)維成本控制等。未來研究則著眼于自適應(yīng)技術(shù)、容錯機(jī)制的優(yōu)化，同時物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)能源的儲備和復(fù)用也得到更多重視，具有一定的可行性。總體而言，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研究進(jìn)展理想，可繼續(xù)服務(wù)社會發(fā)展。

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