泛在電力物聯網關鍵技術探討

章燕 岳敏 劉華

【摘 ?要】眾所周知，電已經成為人們的生活必須品，是生活品質提升的堅強保障，有人的地方就需要通電。泛在電力物聯網建設，不僅僅服務于電力系統，更是為人們提供了一個泛在的信息服務平臺。下面筆者就泛在電力物聯網關鍵技術進行簡要探討。

【關鍵詞】電力工程;物聯網;關鍵技術;

一、泛在電力物聯網的基本特征及建設目標

1.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。融合創新即通過不同設備、用戶，不同時空信息，對內實現全業務在線，電網安全穩定運行。對外建成智慧綜合能源服務平臺，開拓電力市場，促進電力改革。

2.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。

二、泛在電力物聯網的關鍵技術

對泛在電力物聯網的4層體系架構，包含四大要素，即終端海量電力數據的采集及終端智能化、電力數據的傳遞、電力數據的一體化分析和管理、電力信息的綜合應用，所對應的關鍵技術為智能芯片、現代通信技術和物聯網平臺。

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Edge TPU 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。

2.5G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，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，必將成為實現泛在電力物聯網通信的主要手段。

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 One NET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 One NET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。

三、泛在電力物聯網的典型應用

1.泛在智能家居系統應用

在未來泛在電力物聯網的環境下，智能家居系統將會進一步利用物聯網賦予常用家庭用電設備良好的感知、決策和適應能力，提高它們的智能化程度，以便通過實時獲取家庭負荷的信息及時制訂合理的用電策略，最大限度地減少能源浪費、降低用戶的用電成本，甚至可以通過分析歷史數據對用戶的用電行為提出評價和指導建議，或根據用戶的需求提供量身定制的個性化用電套餐等服務。這些對泛在電力物聯網的智能化程度提出了很高的要求，包括先進的物聯網傳感器技術、更好的無線連接、更小的設備尺寸、更便宜的價格、增強的計算能力和改進的控制決策系統等。

2.電動汽車智能車聯網系統

電力運輸已經成為全球汽車行業的重要組成部分，這為全球汽車行業提供了環境、經濟和能源安全效益。世界各國政府都在大力支持汽車制造商開發更多的電動汽車，并鼓勵市民購買電動汽車。基于電動汽車的發展，智能停車場也應運而生。智能停車場由執行 V2G 電力交易的插入式車輛，如插入式混合動力電動汽車組成。目前，單個智能停車場可以有數百輛車輛參與與電網的電力交易。智能停車場可以提供多種電網服務，包括負荷調峰、最大限度地利用可再生能源、最大限度地降低能源成本和減少排放等。與眾多分布式智能停車場相關的主要挑戰是電網的穩定性和網絡安全，因此提出更為先進的控制保護策略和安全管理措施十分必要。

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。

參考文獻：

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（作者單位：國網江西省電力有限公司南昌供電分公司）