淺析電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)

徐喆

【摘 要】泛在物聯(lián)是指任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物之間的信息連接和交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是泛在物聯(lián)在電力行業(yè)的具體表現(xiàn)形式和應(yīng)用落地；不僅是技術(shù)的創(chuàng)新，更是管理理念和管理思維的創(chuàng)新，對(duì)內(nèi)重點(diǎn)是質(zhì)效提升，對(duì)外重點(diǎn)是融通發(fā)展。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將電力用戶(hù)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，電力客戶(hù)及其設(shè)備，以及人和物連接起來(lái)，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶(hù)、電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商和政府社會(huì)服務(wù)；以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺(tái)和共享作用，為全行業(yè)和更多市場(chǎng)主體發(fā)展創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

1.1信息感知全面、組網(wǎng)快速靈活

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器可以十分方便地根據(jù)電力行業(yè)的具體應(yīng)用需求部署在電力系統(tǒng)的各個(gè)角落或直接封裝于電力設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的全面感知。隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感設(shè)備甚至無(wú)須架設(shè)固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施即可進(jìn)行靈活部署，并通過(guò)自組織協(xié)作的方式迅速建立通信連接、快速組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、部件及周?chē)h(huán)境狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)感知、采集和處理。這對(duì)于涉及范圍廣泛、結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為重要。例如：將傳感器部署于處于惡劣環(huán)境、可進(jìn)入性差的海上風(fēng)電場(chǎng)中對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，可以大幅度降低風(fēng)電機(jī)組的故障率，提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2信息融合度高、通信方式靈活

電力系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度和運(yùn)行監(jiān)控要求信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速地傳遞，這需要通過(guò)有效的數(shù)據(jù)融合技術(shù)及靈活的通信方式才能實(shí)現(xiàn)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器在進(jìn)行信息傳遞之前，可以對(duì)采集到的信息進(jìn)行初步壓縮，以避免冗余數(shù)據(jù)傳遞帶來(lái)的信道擁塞和數(shù)據(jù)包丟失等問(wèn)題，然后再將信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)中的匯聚中心（也可稱(chēng)網(wǎng)關(guān)或基站）進(jìn)行進(jìn)一步處理與融合，最后通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)等傳遞給用戶(hù)終端。同時(shí)，傳感與通信設(shè)備能夠以多跳的方式進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，通信網(wǎng)絡(luò)中包含多條通信鏈路。多跳的方式縮短了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信距離，多條通信鏈路也增加了網(wǎng)絡(luò)通信的靈活性和容錯(cuò)性。

1.3以數(shù)據(jù)為中心、面向具體服務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了一種收集數(shù)據(jù)和利用數(shù)據(jù)的互動(dòng)。應(yīng)用于電力行業(yè)的成千上萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)將電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等信息均通過(guò)數(shù)據(jù)感知的形式體現(xiàn)出來(lái)，即生成大量數(shù)據(jù)（或稱(chēng)為大數(shù)據(jù)），因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。然而，大數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)化為可操作的、智能的信息才能從中獲取價(jià)值。對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和理解是一個(gè)將數(shù)據(jù)包含的意義附加到一個(gè)具體經(jīng)歷或服務(wù)上的過(guò)程。因此，電力行業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)必須針對(duì)具體的應(yīng)用服務(wù)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和應(yīng)用。也正因?yàn)槿绱耍锫?lián)網(wǎng)設(shè)備在電源要求、外觀(guān)形狀和用戶(hù)界面設(shè)計(jì)等方面通常各有不同，根據(jù)特定應(yīng)用服務(wù)設(shè)計(jì)或構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往只能專(zhuān)屬應(yīng)用于該領(lǐng)域。例如，人們不能將為智能家居而制造的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用于其他商業(yè)、工業(yè)或醫(yī)療領(lǐng)域。

1.4可擴(kuò)展性強(qiáng)、智能化程度高

數(shù)據(jù)信息的采集與傳遞是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本功能，遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的日益普及和應(yīng)用就是物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)中應(yīng)用的一個(gè)很好的案例。除此之外，電力工作人員還可以根據(jù)應(yīng)用需求靈活地增設(shè)視頻傳感器、聲音傳感器等來(lái)更加直觀(guān)地獲取電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，如智能變電站監(jiān)控等；與此同時(shí)，也可以通過(guò)加裝溫濕度傳感器、壓力傳感器等氣象類(lèi)傳感器來(lái)獲得實(shí)時(shí)的環(huán)境信息，以及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)的惡劣天氣狀況，如風(fēng)電場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。因此，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)具有便于擴(kuò)展、智能化程度高的特點(diǎn)。隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，在未來(lái)的電力系統(tǒng)中，人們將可以利用統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)來(lái)接入各業(yè)務(wù)板塊的智能物聯(lián)設(shè)備，通過(guò)制訂各類(lèi)電力終端接入系統(tǒng)的統(tǒng)一信道、數(shù)據(jù)模型、接入方式，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)終端設(shè)備的即插即用，隨時(shí)隨地的獲取信息和享受服務(wù)。

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(lái)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(wèn)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(guò)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(wú)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(lái)，谷歌開(kāi)發(fā)的EdgeTPU芯片、我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的芯片都具備海量數(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。

2.25G與與LPWA

海量電力數(shù)據(jù)的傳遞需要一體化的通信網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)地域分布廣泛，往往涉及高山、森林、冰原等復(fù)雜環(huán)境，致使通信網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋全部，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)難以傳輸。現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)有2類(lèi)主流技術(shù)：一類(lèi)是工業(yè)以太網(wǎng)和電力載波為主的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，另一類(lèi)是以5G和低功耗廣域網(wǎng)（LPMA）為主的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)分布廣，分散性強(qiáng)，部分不易供電，連接難，采集頻次低，傳統(tǒng)的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)難以適用，因此以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為主的現(xiàn)代通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的主要手段。5G被視為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。基于不同場(chǎng)景的5G切片網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)被認(rèn)為是解決電力系統(tǒng)全息感知、泛在連接的關(guān)鍵所在。

2.3物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

隨著電力系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)接入一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的合理分析、深層挖掘，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力信息的有效利用。一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)具備大數(shù)據(jù)處理和云端計(jì)算，以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)光預(yù)測(cè)、電力系統(tǒng)故障診斷等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，移動(dòng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，阿里link物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)相繼在生產(chǎn)實(shí)踐中展開(kāi)應(yīng)用。移動(dòng)OneNET與“Hi”電展開(kāi)合作，協(xié)助其解決“設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)”、“設(shè)備位置監(jiān)管”、“設(shè)備信息管理”、“反向控制設(shè)備”等問(wèn)題；阿里云于無(wú)錫鴻山打造首個(gè)物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)，實(shí)現(xiàn)小鎮(zhèn)交通、環(huán)境、水務(wù)、能源等多個(gè)城市管理項(xiàng)目的在線(xiàn)運(yùn)營(yíng)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)的搭建，必須結(jié)合“大數(shù)據(jù)+云計(jì)算+人工智能”的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

3結(jié)語(yǔ)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，結(jié)合智能終端傳感器、通信網(wǎng)、人工智能、云平臺(tái)技術(shù)，構(gòu)成的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)電力系統(tǒng)設(shè)備信息交互、人物信息交互，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)與消耗的實(shí)時(shí)平衡，保障電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行；另一方面也可以促進(jìn)電力市場(chǎng)的開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)供需交易的快速響應(yīng)，以及清晰明了的電網(wǎng)資產(chǎn)評(píng)估。泛在物聯(lián)技術(shù)與電力系統(tǒng)的結(jié)合，最終將會(huì)構(gòu)建多方參與的能源生態(tài)體系。作為第三次能源革命的核心技術(shù)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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[2]泛在電力物聯(lián)網(wǎng)緣何有魅力[J].河南電力，2019（04）：72-73.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)太原供電公司）