泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討

相亞楠

【摘 要】泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不僅是技術(shù)創(chuàng)新，更是管理創(chuàng)新。建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以全面感知源網(wǎng)荷儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息，用市場(chǎng)辦法引導(dǎo)用戶參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，通過虛擬電廠和多能互補(bǔ)提高分布式新能源友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)容量占比，緩解棄風(fēng)棄光，促進(jìn)清潔能源消納。常規(guī)發(fā)電廠、大型風(fēng)電場(chǎng)、光電站等已經(jīng)和電力系統(tǒng)連接了，調(diào)度可以直接控制;泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要任務(wù)是連接負(fù)荷和分散式發(fā)電，尤其是可控負(fù)荷。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)同控制風(fēng)電光電、可控負(fù)荷、分散式發(fā)電等，可以提高風(fēng)電光電利用率，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。電動(dòng)汽車是可控負(fù)荷中最容易實(shí)現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以組織可控負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。

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

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義及特點(diǎn)

泛在網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的概念均來源于美國(guó)，分別由美國(guó)加州施樂公司及美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）于1999年提出，從概念上來說，二者的邊界范圍是不一樣的。泛在網(wǎng)強(qiáng)調(diào)的是個(gè)人和（或）設(shè)備無論何時(shí)、何地、何種方式都能以最少的技術(shù)限制接入到服務(wù)和通信的能力。人與物、物與物之間的通信是泛在網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)。而物聯(lián)網(wǎng)從狹義上理解，強(qiáng)調(diào)的則是一種整合網(wǎng)絡(luò)資源的能力，通過物品和物品的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化管理和運(yùn)行維護(hù)，其本質(zhì)是一種信息空間和物理空間的融合技術(shù)。根據(jù)2019年3月8日國(guó)網(wǎng)公司提出的《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大綱》對(duì)國(guó)網(wǎng)公司泛在物聯(lián)的定義是：泛在物聯(lián)網(wǎng)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。從上述定義來看，國(guó)網(wǎng)公司所提出的概念和泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史是一致的，強(qiáng)調(diào)了任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物的泛在屬性，而信息連接和交互則強(qiáng)調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)信息通訊整合的能力。

結(jié)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，國(guó)網(wǎng)公司給泛在電力物聯(lián)網(wǎng)定義如下：“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將電力用戶及設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)、發(fā)展、供應(yīng)商和政府社會(huì)服務(wù)，以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)展平臺(tái)和共享作用，為全行業(yè)和更多市場(chǎng)主題發(fā)展創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)”。

從概念上來看，該理念的提出是泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的具體表現(xiàn)和應(yīng)用落地。為了實(shí)現(xiàn)電力泛在物聯(lián)，需要進(jìn)一步構(gòu)建開放、分層、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)信息的互聯(lián)、交互、操作，最終形成“大云物移智”（大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能）的框架體系。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是基于智能電網(wǎng)發(fā)展而來，智能電網(wǎng)的核心是構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其本質(zhì)為能源替代和兼容利用。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是海量電力信息的可靠、高效利用手段。對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的4層體系架構(gòu)，包含四大要素，即終端海量電力數(shù)據(jù)的采集及終端智能化、電力數(shù)據(jù)的傳遞、電力數(shù)據(jù)的一體化分析和管理、電力信息的綜合應(yīng)用，所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)為智能芯片、現(xiàn)代通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

2.1智能芯片

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的計(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，谷歌開發(fā)的EdgeTPU芯片、中科院開發(fā)的“寒武紀(jì)”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。

2.2 5G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類主流技術(shù)：一類是工業(yè)以太網(wǎng)和電力載波為主的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，另一類是以5G和低功耗廣域網(wǎng)（LPMA）為主的無線網(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)的有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)難以適用，因此以無線網(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。對(duì)于智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制等控制類業(yè)務(wù)，可以選擇具有超低時(shí)延的URLLC切片;對(duì)于海量用電信息采集、智能汽車充電站/樁、分布式電源接入等信息采集類業(yè)務(wù)可以選擇mMTC海量機(jī)器類通信接入切片;對(duì)于需要高清視頻回傳的輸變電線路狀態(tài)監(jiān)控、無人機(jī)遠(yuǎn)程巡檢、變電站機(jī)器人巡檢等現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)，可以選擇eMBB增強(qiáng)移動(dòng)帶寬切片;對(duì)于需要語音信息的調(diào)度電話、管理電話、應(yīng)急通信等，可以選擇具有高安全、高可靠、高接通率和高清通話質(zhì)量保障的為Voice語音切片。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，5G切片網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以選擇不同的切片，在5G網(wǎng)絡(luò)通道上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并接入同樣的5G數(shù)據(jù)平臺(tái)。另一方面，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)由于其廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本的特點(diǎn)而成為工信部《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》中明確要發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前5G網(wǎng)絡(luò)與低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用并不廣泛，隨著其與電力系統(tǒng)的不斷結(jié)合，必將成為實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通信的主要手段。

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)踐中展開應(yīng)用。移動(dòng)OneNET與“Hi”電展開合作，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”等問題;阿里云于無錫鴻山打造首個(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

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，其最終目的是為了實(shí)現(xiàn)建設(shè)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的目標(biāo)追求。能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成，需要堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“兩網(wǎng)”的深入融合，因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)不可或缺。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，利用“大云物移智”技術(shù)，促進(jìn)能源的多元化、清潔化、綜合化發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)用能、運(yùn)維成本不斷降低，更好地滿足用戶對(duì)多種用能的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉祖麗.推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展支撐世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)：公司2018年信息通信工作會(huì)議解讀[N].國(guó)家電網(wǎng)報(bào)，2018-02-12（2）.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）