泛在電力物聯網的關鍵技術與應用前景

劉軒

【摘 要】近年來，隨著社會經濟的迅猛發展及能源需求的日益增長，能源供應的壓力不斷增大。同時，大量煤炭、石油等非清潔能源的使用所帶來的環境污染問題也日益嚴重。因此，未來的電力系統必然將為可持續的全球經濟增長提供高滲透率的清潔分布式能源。大量分布式能源的不斷接入給電力系統的經濟運行和安全管理提出了前所未有的挑戰。物聯網技術正處于應對這一挑戰的最前沿，它可以通過泛在的感知技術賦予電力系統動態的靈活感知、實時通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不斷提升電網運行控制和調度的智能化水平，持續深入提高各種類型能源之間的互動能力，從而使電網從單純的電力傳輸網絡向智能能源信息一體化基礎設施擴展，將現有的電力系統轉變為更高效、更安全、更可靠、更具彈性和可持續性的智能網絡化電力能源系統。

【關鍵詞】泛在電力物聯網;關鍵技術;應用前景

1泛在電力物聯網的概念

1.1泛在電力物聯網的定義

泛在物聯是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息互聯和交互。而泛在電力物聯網是指電力用戶及其設備、電網企業及其設備、發電企業及其設備、供應商及其設備、以及人和物的信息互聯和交互。泛在電力物聯網是物聯網技術在電力系統中的應用，其本質是實現各種信息傳感設備與通信信息資源的共享，從而形成具有自我標識、感知和智能處理的物理實體。實體之間的協同和互動，使得有關物體相互感知和反饋控制，形成一個更加智能的電力生產、生活體系。

1.2泛在電力物聯網的基本特征

泛在電力物聯網立足現有電網實體與通信技術，將不同能源系統物理互聯、時空信息互聯、商業互聯相融合，具有全息感知、泛在連接、開放共享、融合創新的特征。全息感知是指通過RFID、傳感器等，動態獲取“發–輸–變–用”各個環節不同設備、不同用戶的狀態信息。泛在連接指通過電力專網或移動網絡將電力系統中所有設備、用戶的信息和數據全時空連接。開放共享指在統一平臺上利用智能技術對數據進行共享和管理，提高數據質量，挖掘有效信息，實現數據上下貫通，全方位實時交互。

1.3泛在電力物聯網的建設目標

發揮泛在物聯網大數據的優勢是其建設的主要目標。電力數據來源各異，包含控制、計量、監測等不同類型、不同時空尺度，實現海量數據統一分析及深度挖掘，是其首要建設目標。電力數據服務對象不同，打破數據壁壘，實現不同業務貫通是其第二階段建設目標。最終將電力數據應用于各行各業，推廣不同行業廣泛參與的商業模式是其最終建設目標。可以預見，隨著泛在電力物聯網的實現，以機器學習和深度學習為代表的大數據及人工智能技術等數據知識挖掘技術將得到廣泛應用與發展。

2 泛在電力物聯網的關鍵技術應用分析

2.1物聯網技術在電力設備狀態采集中的運用

電力設備狀態采集工作中使用物聯網技術的主要目的是采集電力設備運行狀態數據信息，并且利用感應器將多個來源的信號轉變為電信號或光信號，如此才可迅速、準確處理這些信號。感應器是用來采集電信號、光信號的設備，其屬于監測系統的重要構成部分，為保證監測結果準確性，需盡量選用精確度較高的感應器。由此可見，感應器技術將對電力設備狀態監測工作造成巨大影響，現階段我國自主研發的感應器在性能、質量方面并不能趕超國際水平

2.2物聯網技術在輸電線路狀態監測中的運用

智能感知層物聯網智能感知層指的是將物聯網作為載體的傳感設備，其主要包含：智能傳感設備、全球定位系統、紅外線傳感器等多種設備。智能感知就是利用電力傳輸、轉變電力設備運行狀態數據。利用智能感知層采集電力設備運行狀態信息，其主要包含：電壓、溫度、氣象信息等多種信息，如此才可保證輸電線路及電力設備安裝工作可順利進行。

智能網絡層物聯網智能網絡層將利用無線信號傳輸各種信息（測溫節點、測溫終端配置有射頻芯片，而無線信號利用射頻芯片發射信號）。測溫節點中配置的所有射頻芯片中會有一個與其他測溫節點傳遞信號;測溫終端中配置的射頻芯片可與測溫節點聯系在一起，且測溫終端可通過通信總線、管理主機發送溫度信息或接收相關指令。

2.3配電通信

對于電力系統中的配網，其主要是借助于載波通信等方法來運行。對于配網的結構，其相對較為復雜，加上使用過程中的電壓等級較多，支線數量較多，使得配網通信難度大大增加。對于當前大部分的配電網，其無法實現自身的單獨通信，往往都是通過光纖通信等方式來實現。但由于配電網在應用的過程中有時需要對其進行多次改動，而在現實的應用中卻無法實現對配電網點的改變，配電通信受到較大的影響。而通過物聯網技術的應用則能夠很好地解決這一問題，通過物聯網技術的應用能夠對配電主站和配電網點之間進行有效的連接通信。在使用的過程中，僅僅需要將配電網中的相關設備連接到互聯網中，就能夠實現對配電網的通信。

2.4防護技術

在網絡中使用的安全防護技術主要有加密技術、入侵檢測和保護機制以及認證技術。無線通訊技術，無線通訊技術是造成網絡安全問題的主要因素，也是現在重點研究的課題，通過各種認證協議對網絡安全中的漏洞進行檢測和填補，現在主要采用的RFID容易被破壞和竊取，對信息發展造成了不利的影響，甚至危及國家安全以及人民的利益，因此，其安全協議建議采用一種分布式數據庫環境的認證協議——分布式RFID詢問應答認證協議，此類協議目前沒有發現明顯的安全漏洞。而其他的LCAP協議或者是Hash-Lock協議等存在著一些問題或者是漏洞，要么無法適應分布式數據庫的計算環境，要么無法解決攻擊問題，或者只針對某一些身份進行驗證，相較之下這種分布式RFID詢問應答認證協議更為適合。

對網絡進行檢測和保護需一起協同配合，才可以有效保障網絡的安全。主機的入侵檢測、網絡的入侵檢測以及組件的入侵檢測構成了整個入侵檢測技術，基于組件的入侵檢測技術是在不同的計算機上配置不同功能的組件，這些組件可以單獨工作，也可以相互協同工作，這樣分布式配置可以增加擴展性和安全性，也提高了檢測效率。使用分布式的檢測和防護手段是針對于此網絡的特點和安全性所提出的建議，在實施過程中應重點尋找和關注可靠節點。

3 結束語

泛在電力物聯網是以電力系統為核心，結合智能終端傳感器、通信網、人工智能、云平臺技術，構成的復雜多網流系統。泛在電力物聯網通過電力系統設備信息交互、人物信息交互，實現能源生產與消耗的實時平衡，保障電網的經濟安全運行;另一方面也可以促進電力市場的開放，實現供需交易的快速響應，以及清晰明了的電網資產評估。泛在物聯技術與電力系統的結合，最終將會構建多方參與的能源生態體系。作為第三次能源革命的核心技術，泛在電力物聯網是未來能源產業的發展方向。

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（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）