泛在電力物聯網的發展分析

張啟飛

【摘 要】泛在電力物聯網的概念最初由國家電網有限公司在2019年給出，旨在綜合運用人工智能技術、物聯網技術及大數據技術，通過融合網絡資源，打造新一代精準化、智能化、自動化的電網系統，克服傳統電力系統量測覆蓋率較低等缺點。本文從泛在電力物聯網概念、關鍵技術幾個層面對泛在電力物聯網進行闡述，并分析了泛在電力物聯網的發展現狀和前景。

【關鍵詞】泛在電力物聯網;概念;發展

1 引言

隨著“堅強智能電網”、“能源互聯網”＼等戰略部署和建設的穩步推進，配電網需要承載的功能正在發生改變。尤其是高比例分布式可再生能源集群效應凸顯、電動汽車普及、異質能源系統融合、用戶側多樣性用能需求增長，配電網的角色已由傳統單向電能提供商向雙向能量流動與高級服務轉變。現行配電網存在量測覆蓋率低、網架結構不靈活、配網設備規模龐大但標準化程度低、間歇性能源與可變新型負荷接納能力不足、用戶多樣化需求服務能力不足等諸多問題。因此，全面提升配電網的信息化與自動化水平，實現對配網運行狀態的實時感知與精細化控制，并在此基礎上向用戶提供多樣化差異性的用能服務成為當前配電網改造升級的當務之急。國家電網有限公司于2019年正式提出“打造全業務泛在電力物聯網”的戰略目標，其實質在于綜合應用先進物聯網（internetofthings，IoT）技術、人工智能技術、大數據存儲與分析技術等新興技術，與堅強智能電網深度融合，實現從能源生產、輸送、調配、消費各環節中人與人乃至人與物、物與物的信息互聯共享，全面提升電力系統優化運行水平，促進電力系統由原先單一電能供應商向智慧綜合能源服務提供商角色轉變。對于配電網而言，泛在電力物聯網建設將極大程度提升配網運行狀態的全面感知能力，保障分布式能源的友好接入，提高對新型負荷的彈性承載力，滿足用戶多樣性用能需求，促進電網運營部門向樞紐型、平臺型、共享型企業轉型。

2 泛在電力物聯網相關概念

配電網是連接發電廠和電力用戶的關鍵，在當今能源轉型的社會大背景下，電力生產商與消費用戶間的關系已經由傳統的垂直式發電-輸電線-配電網-用戶終端一體化體系轉變為橫向涉及電力、天然氣、熱能、太陽能等新興能源等各種能源系統，縱向貫穿能源生產、傳輸、存儲、消費、交易等各個環節的分布式多源互動體系。這種轉變對電力網的穩定性和智能性提出了更高的要求，傳統的電力系統存在量測覆蓋率較低、配套設施冗雜且標準化程度較低、數據無法實現雙向貫通、無法滿足用戶的個性化服務需求等諸多問題，迫切需要一種新興技術實現智慧綜合能源服務電力系統。

泛在電力物聯網的概念具體定義如下：“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”[2]。泛在電力物聯網旨在綜合運用人工智能技術、物聯網技術及大數據技術，通過融合網絡資源，打造新一代智能電網，實現電網的精準化、智能化、自動化，實現人與物、物與物之間的信息互聯和共享，實現信息和物理空間的融合。

3泛在電力物聯網體系架構與功能

3.1平臺層

平臺層承載海量電網運行數據、用戶側用能數據以及其他能源系統數據的統一化存儲與管理。其作用在于解決傳統能源生產運行方式下存在的信息碎片化存儲問題，打破信息孤島現狀，實現信息互聯共享。通過搭建數據中心、云平臺的方式，平臺層對下完成網絡層傳輸數據的實時收集與更新，對上則基于大數據存儲與分析技術為各種特定的高級應用提供跨域共享數據資源，實現電力系統向電力和數據并重的發展方向轉型。

3.2應用層

對于應用層，基于大數據的配電系統高級應用目前尚未真正部署實施。泛在電力物聯網下，不同類型與來源的配電系統數據如何適配未來配電系統的各項高級應用仍需深入研究。通過研究數據融合技術、大數據分析挖掘技術、邊緣計算技術與特定電力應用場景的適配問題來促進配電系統向泛在物聯化、信息化、智能化方向過渡升級。此外，當前電力系統與其他能源系統的信息壁壘仍然存在，諸如綜合能源協同優化、能源市場交易、車聯網等新興產業尚處于理論論證階段。總之，泛在電力物聯網的建設需要社會各方的廣泛共同參與，協力開展技術攻關，以促進我國能源產業升級。

4 泛在電力物聯網的發展建議

4.1電力狀態感知

能源互聯網狀態感知是構建泛在電力物聯網最為關鍵的一步，其狀態感知數據的可靠性決定了系統決策及模擬計算的有效性。不同于傳統物聯網底層傳感器網的基礎構局方案，該層應當充分依托現有電力能源發輸變配用各環節打下的堅實智能感知單元構建泛在電力物聯網狀態感知層。在發電側，可依托以數值天氣預報為基礎輸入數據的新能源功率預測平臺，結合電力調度D5000系統，實現發電層單元信息實時多維接入，構建發電信息大數據監測與調控平臺。在輸變電側則可依托第三代智能變電站結合SCADA/PMU等量測數據，實現變電站/輸電網層級信息化設備智能感知。隨著電力市場體制改革，主動負荷、電動汽車負荷的不斷涌現，可以預見配電側及用電側在未來會存在爆炸式的信息數據，而這些數據一方面在提供大量有用信息資源的同時，另一方面無效、低質的數據源會造成信息分析維數及存儲的災難，甚至誤導決策。因此，基于該部分的數據感知層一方面在收集大量數據的同時也要具備信息刪減及簡單聚合的能力，這部分是信息感知層的未來發展重點與難點。依托于國網現階段打造的配網自動化平臺、智能電表營銷數據、綜合能源互聯網服務等平臺，構建面向用戶的泛在電力物聯接口是未來亟需解決的關鍵技術攻克方向。

4.2信息交互與區域決策

作為信息感知層及全局決策層的中間層，應該充分挖掘5G信息通訊融合能力，構建基于北斗GPS系統的邊緣計算服務集群，建設電力多載荷一體化衛星，以實現區域信息交互與區域決策計算。隨著連接設備數量的大量增加，網絡邊緣側會產生龐大的數據量。如果這些決策都由核心管理中心來處理，則在敏捷性、實時性、安全等方面出現問題。因此，推薦邊緣式計算方案。邊緣計算的思路來源于章魚，類似于分布式計算。因此，將信息數據的處理、區域電網的運行甚至是一些重要政策的落地，由系統中心下放到邊緣的節點上是頗為高效的泛在電力物聯網建設方案。采用邊緣式計算決策群可就近處理海量數據，從而實現大量設備高效協同工作，降低網絡運行維護成本，實現智慧工業園區、智慧區域電力交易中心、智慧能源區域電力網。

5 結語

信息技術和人工智能的發展為傳統產業轉型升級提供了重大機遇。泛在電力物聯網的建設將帶來電力系統的技術變革、運行模式和增長方式等變革，從而推動能源和電力行業轉型升級，具有廣闊的應用前景。電力轉型是能源革命的中心環節，能源互聯網是解決我國能源問題的根本途徑。

參考文獻：

[1]林靜，林柏.泛在電力物聯網建設中的關鍵技術研究[J].通訊世界，2017（24）：185-186.

[2]馬旭明.泛在電力物聯網建設中的關鍵技術[J].信息技術與信息化，2014（11）：164-165.

（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）