侯林海

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

未來(lái)電網(wǎng)朝著物理、信息、商業(yè)互聯(lián)的趨勢(shì)發(fā)展，需要在已有電網(wǎng)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)各種能源的綜合利用，并依靠更先進(jìn)的通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)部的順暢通信，最終有效推動(dòng)電力市場(chǎng)化改革的進(jìn)行，建立一種更高水平的共享經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

1 LPWAN概述

LPWAN指的是低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，是一種能夠以低比特率進(jìn)行長(zhǎng)距離通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)相比，在比特率、電量需求和使用時(shí)機(jī)等方面有著明顯不同。無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)通常用來(lái)連接企業(yè)或者用戶，雖然能夠傳輸大量的數(shù)據(jù)信息，但能耗消耗十分巨大。和無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)相比，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的能耗消耗非常少。在典型的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下，兩節(jié)AA電池的電量可以供低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)使用10年。此外，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息傳輸距離往往較遠(yuǎn)，一般傳輸距離都會(huì)超過(guò)5 km[1]。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，不必耗費(fèi)大量的資金用于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和維護(hù)。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)這種物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了現(xiàn)有通信技術(shù)的發(fā)展，填補(bǔ)了通信技術(shù)在低功耗、長(zhǎng)距離通信方面的空白，給物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域帶來(lái)了更加廣闊的發(fā)展空間，極大地推動(dòng)了未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展。

雖然我國(guó)電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)有線、光纖等方式進(jìn)行了通信鏈接，但是在當(dāng)前的“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源背景下，這種關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的通信鏈接無(wú)法有效滿足小數(shù)據(jù)的鏈接需求。在這種情況下，電網(wǎng)迫切需要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足測(cè)量點(diǎn)多、分散的小數(shù)據(jù)的鏈接需求。目前，我國(guó)主流的無(wú)線通信技術(shù)有無(wú)線蜂窩技術(shù)和以WiFi、Zigbee為主的無(wú)線通信。這兩種無(wú)線通信技術(shù)的工作距離相對(duì)較短，覆蓋范圍較小，不能很好地滿足高度分散的小數(shù)據(jù)需要。因此，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)，成為電網(wǎng)行業(yè)鏈接小數(shù)據(jù)迫切需要的技術(shù)。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)覆蓋范圍大，傳輸能耗小，能夠?qū)⒋罅糠稚⒌男?shù)據(jù)進(jìn)行有效鏈接，因此在當(dāng)前的“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源背景下必將發(fā)揮巨大作用，推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的變革，并與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、電力專網(wǎng)相互配合，共同促進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。圖1為“互聯(lián)網(wǎng) +”指揮能源框架圖。

圖1 “互聯(lián)網(wǎng) +”指揮能源框架圖

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概述

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是利用人工智能、移動(dòng)互聯(lián)等先進(jìn)的通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)特點(diǎn)構(gòu)建的智慧服務(wù)系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能夠有效將電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)鏈接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效交互，能夠高效處理數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用十分方便、靈活。在當(dāng)今“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源背景下，必須大力推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的重要部分。

“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源具體指的是依靠信息化技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)來(lái)構(gòu)建能源的智能化開(kāi)發(fā)、利用系統(tǒng)，對(duì)于電力行業(yè)來(lái)說(shuō)具有極為重要的意義，能夠極大推動(dòng)電力行業(yè)的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。在這一背景下電力行業(yè)構(gòu)建的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，“泛在”指的是電力物聯(lián)網(wǎng)無(wú)處不在。對(duì)于電力行業(yè)來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)本身就是一個(gè)泛在網(wǎng)，覆蓋著廣大區(qū)域，為大量的用戶提供電力。雖然電力行業(yè)中的電網(wǎng)能夠體現(xiàn)出無(wú)處不在的特點(diǎn)，但是這一特點(diǎn)在數(shù)據(jù)信息方面完全體現(xiàn)，因此需要構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，賦予電力行業(yè)數(shù)據(jù)信息“泛在”的特點(diǎn)。

通過(guò)構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，大量分布廣泛的小數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能鏈接和泛在感知，將各種數(shù)據(jù)信息有效聯(lián)系起來(lái)，最終構(gòu)建出一種鏈接企業(yè)運(yùn)營(yíng)、電網(wǎng)運(yùn)行、電力輸送以及客戶服務(wù)等多環(huán)節(jié)的綜合網(wǎng)絡(luò)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)建設(shè)的，在當(dāng)今的電力市場(chǎng)環(huán)境以及“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源背景下有著極高的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)建立泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)海量小數(shù)據(jù)的有效鏈接，雖然單個(gè)小數(shù)據(jù)價(jià)值低，但是鏈接后會(huì)形成海量數(shù)據(jù)，價(jià)值將得到極大提升。這些小數(shù)據(jù)具體包括用戶側(cè)用電的數(shù)據(jù)和發(fā)電、輸電、配電各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。其中：用戶側(cè)用電數(shù)據(jù)包括各行業(yè)、各建筑、各基礎(chǔ)設(shè)施的能源消耗情況；發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)包括設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等。圖2為泛在網(wǎng)示意圖。

圖2 泛在網(wǎng)示意圖

具體來(lái)說(shuō)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層4層（如圖3所示）。感知層是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)層。在感知層，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要依靠各種設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的設(shè)備、設(shè)施、周邊環(huán)境進(jìn)行泛在感知。網(wǎng)絡(luò)層包括電力專網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)，主要通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)將在感知層收集的信息傳輸?shù)狡脚_(tái)層。平臺(tái)層整理傳輸來(lái)的信息，是一個(gè)公共的基礎(chǔ)平臺(tái)，能夠通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸，并且能夠深層次挖掘海量數(shù)據(jù)的價(jià)值。應(yīng)用層是電力物聯(lián)網(wǎng)最頂層的結(jié)構(gòu)，能夠依靠云計(jì)算等技術(shù)處理收集到的數(shù)據(jù)，有效推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，如依靠泛在電力物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控環(huán)境、管理電力系統(tǒng)的資產(chǎn)等。對(duì)于我國(guó)的電力行業(yè)來(lái)說(shuō)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)仍然處在初步發(fā)展階段，需要重點(diǎn)對(duì)感知層和網(wǎng)絡(luò)層這兩個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，確保能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集和傳輸。在完成感知層和網(wǎng)絡(luò)層建設(shè)后，才可以進(jìn)行后續(xù)的平臺(tái)層和應(yīng)用層建設(shè)，最終建成完全的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

圖3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

3 基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)分析

基于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，能夠真正靈活、快速地進(jìn)行泛在電力物聯(lián)網(wǎng)部署，實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的低功耗和廣泛覆蓋。對(duì)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，核心工作是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)終端與應(yīng)用數(shù)據(jù)的可靠分發(fā)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不出現(xiàn)丟失、損壞情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的低成本運(yùn)輸。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用端、終端需要在物聯(lián)網(wǎng)中心建立關(guān)聯(lián)，最終在物聯(lián)網(wǎng)中心構(gòu)建出統(tǒng)一的、多業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)，并大大降低物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行成本。要想真正建成基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，必須確保擁有齊全的網(wǎng)元，通過(guò)不同的網(wǎng)元分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，如構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)基站、認(rèn)證中心以及業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)等。基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)需要利用終端節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)信息，并及時(shí)將收集的數(shù)據(jù)信息傳送到基站，包括電力直流量、狀態(tài)量以及控制量等。通過(guò)收集這些信息并進(jìn)行分析，最終能夠得到整個(gè)系統(tǒng)的最佳控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。圖4為泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的關(guān)系圖。

基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是對(duì)下沉的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈接。這些不同環(huán)節(jié)的下沉基礎(chǔ)數(shù)據(jù)種類多，包括電器、電表、充電樁數(shù)據(jù)、漏電監(jiān)測(cè)、智能消防等，還包括對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的數(shù)據(jù)、環(huán)境檢測(cè)的數(shù)據(jù)等[2]。通過(guò)采集、連接、分析這些數(shù)據(jù)可制定后續(xù)的服務(wù)，如根據(jù)用戶的電力需求數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化節(jié)能服務(wù)。基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)也可以看作是電力行業(yè)的一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)，能夠推出一系列增值服務(wù)，如以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的新型能源服務(wù)、光伏云網(wǎng)以及虛擬電廠等。可見(jiàn)，只要能夠統(tǒng)一接口，能夠讓管理軟件互相適應(yīng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)多種業(yè)務(wù)、多種場(chǎng)景共用一個(gè)平臺(tái)。

圖4 泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的關(guān)系

4 結(jié) 論

電網(wǎng)要想實(shí)現(xiàn)泛在鏈接，必須構(gòu)建基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，將各種小數(shù)據(jù)有效鏈接，形成價(jià)值巨大的海量數(shù)據(jù)。對(duì)于“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源來(lái)說(shuō)，基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是其發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，電力行業(yè)必須意識(shí)到基于LPWAN的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的重要性，不斷推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。