信息通信技術支撐泛在電力物聯網建設

陸瑤

【摘 要】能源互聯網是以電力能源為中心，多種能源協同，消費協同，集中式、分布式協同，大眾廣泛參與的新型生態化能源系統，主要表現為堅強智能電網與泛在電力物聯網深度融合。其中，泛在電力物聯網還處于起步階段，是能源互聯網建設的關鍵一步。泛在電力物聯網的建設對提升用戶體驗、提升電網運營水平、促進新能源消納和培育新興業務有明顯的積極意義。

【關鍵詞】信息通信；技術；電力物聯網；建設；分析

1導言

電力物聯網是物聯網在智能電網中的應用，是信息通信技術發展到一定階段的結果，其將有效整合通信基礎設施資源和電力系統基礎設施資源，提高電力系統信息化水平，改善電力系統現有基礎設施利用效率，為電網發、輸、變、配、用電等環節提供重要技術支撐。

2泛在電力物聯網

2.1泛在電力物聯網含義

泛在電力物聯網是“三型兩網”中的第二張網，通過“大—云—物—移—智”和邊緣計算、區塊鏈等先進技術實現電力運營各業務的萬物互聯和人機交互，將所有與電網相關的人、事和設備連接起來，實現對內“數據一個源、電網一張圖、業務一條線”推動數據共享融通、業務全面貫通，同時，對外廣泛連接多樣服務，延伸業務范圍，拓展服務對象，創新商業模式，積極培育和發展新興業態。

2.2泛在電力物聯網的特征

泛在電力物聯網的提出，將實現從“采集+集中控制”向“采集+控制+區域自治”的轉變，逐步從“垂直封閉”轉向“水平開放”，以開放共享作為其本質特征。與現有電力通信網絡和信息系統不同，泛在電力物聯網將具備能源系統全周期內各環節設備和用戶的全狀態感知和全業務穿透的能力，全時空泛在連接電力基礎設施、政府行業機構、用戶和供應商，推動數據融通，實現安全開放共享，促進能源互聯網業務創新，為客戶提供更優質的服務。

2.2.1能源全過程管理

基于智能終端的深度感知能力和邊緣計算技術，通過主動采集源端數據，實現對風、光、水、火、氣等多類型能源的多時空尺度優化調度，并靈活協同控制主動負荷，實現對新能源消納能力的提高和跨區域送/受端的協調控制，從而解決大規模新能源跨省區消納問題，優化新能源布局。泛在電力物聯網應用多參量傳感集成技術，實現對電力設備本體及其運行環境的全面感知。深度數字化表述運行狀態，實現從設備至系統的主動預測和故障態勢感知，為電力設備的安全運行提供了保證。在提升電網的運檢效率的同時，也解決了計量設備健康狀態監測和質量水平科學評價等難題。同時，與人工智能相結合，泛在電力物聯網具有分布自治和集中調控協同統一能力，可有效解決復雜互聯電網的實時響應控制與運行穩定安全的難題。在配用電側，泛在電力物聯網采用邊緣計算、軟件定義終端、站端協同等關鍵技術，實現配電網設備的靈活接入、互聯互通和就地智能決策。基于統一的協議標準和數據模型，實現資產密集型配電設備運維的標準化和智能化。基于大數據挖掘技術，泛在電力物聯網可以有效地支撐起電網側與用戶側的數據互動，促進用電數據深化應用，助力構建清潔低碳、安全高效的綜合能源體系。

2.2.2電力物理子系統與信息子系統的深入融合

中國現有電力系統已面向不同業務建設起多種信息平臺。據統計，日采集數據量達到60TB。但各業務平臺間缺乏統一規劃協調，平臺數據無法共享共用，造成了“數據孤島”局面，數據應用壁壘嚴重，無法充分發揮數據價值。究其原因是因為現有電力通信協議僅解決了數據傳輸的標準化問題，但還缺乏統一完備的數據描述模型。泛在電力物聯網基于統一制定的感知數據模型，將打通“數據孤島”，利用多模多制式現場通信網絡，支持各種智能物聯網終端的即插即用，支撐能源互聯網的全景全息監測。同時，利用大數據技術充分挖掘數據內在價值，進而實現信息與物理系統深度融合，基于細粒度化全景數據指導電網及綜合能源系統優化調度運行和增值服務。

3泛在電力物聯網關鍵技術

3.1全面感知

泛在電力物聯網是以數據為中心，需要智能物聯網終端全面采集電力系統靜態和動態數據，因此，泛在感知技術是泛在電力物聯網的基石。

3.1.1高精度傳感技術和微型傳感器

為更準確、精細、全面地獲知電力設備和系統的運行狀態，需要研究復雜電氣工況下多維特征參量的光學、電磁、聲學等高精度傳感機理，研發新的傳感技術，進一步提升可靠性、穩定性和信噪比，為系統決策和協同調控提供大數據支持。在高精度傳感技術研究的同時，微型傳感器還需兼顧低功耗和普世性，以適應電力及綜合系統中的極端使用場景。例如：低功耗傳感、信號處理和通信方法、自取能技術以及多模多制式現場通信技術等。

3.1.2終端智能化技術

大規模泛在性使物聯網終端趨于小型化且功能單一。因此，需要通過物聯代理、邊緣計算等終端智能化技術實現終端間協同工作，完成強大功能。具體包括：利用感知數據統一模型與基于邊緣的數據聚合方法，實現設備狀態參量建模、傳感數據解調及故障定位；在終端中采用物聯代理方法實現數據與應用分離，增加終端硬件靈活擴展性，實現軟件靈活動態加載與卸載；利用邊緣計算智能分析能力，提升泛在電力物聯網邊緣側數據處理能力，實現智能終端的分布自治控制，從而減小云端及主站的集中控制和信息處理壓力并提升系統響應速度。

3.2泛在網絡

3.2.1“空—天—地”一體化通信網絡協議

泛在電力物聯網網絡架構要求多種網絡協議和通信模式的融合，滿足廣覆蓋、大連接的新需求，即實現“空—天—地”一體化通信和信息交互。因此，與傳統網絡結構不同，衛星通信成為跨地域、跨專業、跨業務的泛在電力通信網絡的新興關鍵一環。但目前衛星通信連接技術在帶寬和時延方面仍存在不足。可用帶寬利用不充分，往返時延及偏差大等問題都制約了衛星通信技術在電網中的應用。因此，開發衛星通信的新協議技術，與其他通信網絡融合形成“空—天—地”一體化通信系統，將促進廣域互聯電網的大數據采集、傳輸和在各個專業領域的開放共用。

3.2.2第五代移動通信網絡

第五代移動通信網絡（5G）無線網絡具備高效的網絡連接和通信能力，是信息通信網絡轉型的關鍵技術。5G無線網絡支持千倍的容量增益，支持千億數量級的設備超低延時連接，支持10Gbit/s級下行傳輸帶寬，為用戶提供超快響應體驗。因此，5G無線網絡的發展和應用將為泛在電力物聯網的建設帶來顛覆性的影響，是實現不同用戶與電力設備零距離、零等待泛在連接的有效技術手段。為滿足泛在電力物聯網多業務全場景的應用需求，5G無線網絡將提供多樣化和差異化的用戶接入和服務，并靈活高效地使用所有可用的離散頻譜。例如：針對電力應急搶險等特殊應用，就需要提供緊急狀態下海量數據的寬帶抗干擾應急傳輸，為突發事件態勢圖譜和可視化指揮提供網絡基礎，研究并實現支撐超高清的視頻傳輸的5G無線通信技術。

4結論

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。

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（作者單位：國網唐山供電公司）