泛在電力物聯網發展建議及關鍵技術展望

徐喆

【摘 ?要】泛在電力物聯網不僅是技術創新，更是管理創新。建設泛在電力物聯網可以全面感知源網荷儲設備運行狀態和環境信息，用市場辦法引導用戶參與電力系統調峰調頻，通過虛擬電廠和多能互補提高分布式新能源友好并網水平和電網可調容量占比，緩解棄風棄光，促進清潔能源消納。常規發電廠、大型風電場、光電站等已經和電力系統連接了，調度可以直接控制;泛在電力物聯網的主要任務是連接負荷和分散式發電，尤其是可控負荷。利用泛在電力物聯網，協同控制風電光電、可控負荷、分散式發電等，可以提高風電光電利用率，實現能源轉型目標。電動汽車是可控負荷中最容易實現可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調等。利用泛在電力物聯網可以組織可控負荷參與電力系統調峰調頻。

【關鍵詞】電力;物聯網;關鍵技術

1物聯網的基本概念

物聯網的理念最早可追溯到1991年英國劍橋大學的特洛伊咖啡壺事件。1995年，比爾·蓋茨在其撰寫的《未來之路》一書中提到了物聯網的構想，其中一些構想目前已成為現實，如數字網絡電視、數字音樂產品、電子機票等。1998年，英國工程師KevinAshton首次提及了物聯網的概念：“把所有物品通過射頻識別（radiofrequencyidentification，RFID）等信息傳感設備與因特網連接起來，實現智能化識別和管理。”2005年11月7日，國際電信聯盟（internationaltelecommunicationunion，ITU）在信息社會世界峰會上發布了《ITU因特網報告2005：物聯網》，正式提出了物聯網的概念：“讓每個目標物體通過傳感系統接入網絡，實現從隨時隨地的人與人之間的溝通連接，擴展到人與物、物與物之間按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務。

2泛在電力物聯網的關鍵技術

2.1智能芯片

隨著電力系統的不斷發展，越來越多的計量、保護、變換、控制、監測、用電等設備接入電力系統，各種電力設備的運行產生了大量數據，目前多數現場數據采集設備仍然基于傳動的工業采集裝置，數據可靠性差，精度低，也使得終端設備的智能化程度低，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、智能計算的特點，一方面可以完成設備信息的采集、提取及傳遞;另一方面通過本地邊緣計算，實現終端智能化，完成本地自控，從而無需像傳統設備一樣只具備遙測搖信功能而不具備遙控功能。近年來，谷歌開發的EdgeTPU芯片、中科院開發的“寒武紀”芯片都具備海量數據處理與邊緣計算的能力，這些智能芯片的出現將快速促進終端的全息感知與智能化。

2.25G與與LPWA

海量電力數據的傳遞需要一體化的通信網絡。電力系統地域分布廣泛，往往涉及高山、森林、冰原等復雜環境，致使通信網絡難以覆蓋全部，現場數據難以傳輸。現在物聯網有2類主流技術：一類是工業以太網和電力載波為主的有線網絡技術，另一類是以5G和低功耗廣域網（LPMA）為主的無線網絡技術。泛在電力物聯網中數據分布廣，分散性強，部分不易供電，連接難，采集頻次低，傳統的有線網絡通信技術難以適用，因此以無線網絡為主的現代通信技術是實現泛在電力物聯網網絡通信的主要手段。5G被視為物聯網發展的基礎。基于不同場景的5G切片網絡通信技術被認為是解決電力系統全息感知、泛在連接的關鍵所在。對于智能分布式配電自動化、毫秒級精準負荷控制等控制類業務，可以選擇具有超低時延的URLLC切片;對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務可以選擇mMTC海量機器類通信接入切片;對于需要高清視頻回傳的輸變電線路狀態監控、無人機遠程巡檢、變電站機器人巡檢等現場業務，可以選擇eMBB增強移動帶寬切片;對于需要語音信息的調度電話、管理電話、應急通信等，可以選擇具有高安全、高可靠、高接通率和高清通話質量保障的為Voice語音切片。針對不同的應用場景，5G切片網絡技術可以選擇不同的切片，在5G網絡通道上實現數據的傳輸，并接入同樣的5G數據平臺。另一方面，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網技術由于其廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本的特點而成為工信部《物聯網發展規劃（2016—2020年）》中明確要發展的網絡技術。目前5G網絡與低功耗廣域網技術在電力系統中的應用并不廣泛，隨著其與電力系統的不斷結合，必將成為實現泛在電力物聯網通信的主要手段。

2.3物聯網平臺

隨著電力系統海量數據接入一體化數據平臺，通過對大量數據的合理分析、深層挖掘，進而實現電力信息的有效利用。一體化數據平臺應當具備大數據處理和云端計算，以及實現風光預測、電力系統故障診斷等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物聯網平臺，移動OneNET物聯網平臺，阿里link物聯網平臺等一體化數據平臺相繼在生產實踐中展開應用。移動OneNET與“Hi”電展開合作，協助其解決“設備狀態檢測”、“設備位置監管”、“設備信息管理”、“反向控制設備”等問題;阿里云于無錫鴻山打造首個物聯網小鎮，實現小鎮交通、環境、水務、能源等多個城市管理項目的在線運營。對于實現泛在電力物聯網數據一體化平臺的搭建，必須結合“大數據+云計算+人工智能”的物聯網平臺。

2.4異構網絡平臺的互操作性和無縫融合技術

目前，有些學者就解決差異化信息的互操作性問題展開了相關的研究，例如：提出利用5G蜂窩通信標準來提高通信效率、降低成本、增加網絡帶寬和擴大覆蓋范圍。這將對未來隨著物聯網設備大規模增加、多媒體設備應用不斷增多和無線數據指數增長帶來的通信問題實現有力的支持。提出了一種基于效用函數的電力物聯網異構網絡接入的服務質量（qualityofservice，QoS）保障方法。首先構建了效用函數評價模型，設計了評價參數，并給出了參數的效用函數。其次，設計了接入網絡映射算法。最后，通過仿真實驗，驗證了基于效用函數的異構網絡接入QoS保障方法在電力物聯網背景下的性能與可靠性。針對配用電脫網應急通信需求這一具體應用場合，設計了具備專網與公網技術結合的多模式通信能力的新型多模式節點，可以實現電力專網、無線自組網及無線公網多模切換。

結論

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。

參考文獻：

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[2]冷喜武，陳國平，蔣宇，等.智能電網監控運行大數據分析系統的數據規范和數據處理[J].電力系統自動化，2018，42（19）：169-176.

（作者單位：國網太原供電公司）