智能化技術背景下的電力物聯網建設研究

田園

[摘 ? ?要] 在智能化大潮席卷各個行業的背景下，能源互聯理念日益興起，智能電網概念不斷深化，“電力物聯網”概念應運而生。本文綜述分析了新技術條件下電力物聯網建設所依托的技術背景，為其在電網建設和運行中的各項新技術提供可能。電力物聯網建設需要將理論研究和工程實踐相結合，實現規劃和建設統一性，保證運行平穩性，進而發揮資源規模優勢，提高能源利用效率，為中國能源產業改革發展提供保證。

[關鍵詞] 電力物聯網;智能電網;大數據;智慧供應鏈

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 21. 064

[中圖分類號] TP393 ? [文獻標識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）21- 0145- 02

0 ? ? ?引 ? ?言

隨著輸電技術日益發展，用電負荷逐年提高以及眾多新能源設施的引入，電網在調度和管理等各個方面的智能性和感知能力日益成為研究人員關注的重點[1，2]。美國電力科學研究院（EPRI）這一研究機構分別在1998年和2000年提出了復雜交互式網絡/系統（CIN/SI）概念和“IntelliGrid”概念[3，4]，為智能電網技術的研究奠定了基礎。此后，歐美各能源研究機構紛紛針對自身的發展環境和能源狀況對新形勢下的電網技術進行了研究和實踐。

在智能化背景下，能源互聯概念日益興起，電力物聯網概念應運而生。該網具備狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活三大特點[5]。電力物聯網能夠充分融合現代通信、大數據以及人工智能等技術，構建一個萬物互聯的信息物理融合系統，從而極大程度提高電力系統的智能性[6，7]。電力物聯網的建設將顯著提高電力系統的智能化程度，實現電力系統運行狀態全面感知、優化配置各類資源和靈活提供多樣化服務，為建立全球能源互聯網邁下堅實的一步。本文綜述了電力物聯網所依托的技術背景，同時也結合我國電網建設的發展現狀對電力物聯網在未來的發展前景進行了分析和展望。

1 ? ? ?電力物聯網依托的技術背景

1.1 ? 信息技術

電力物聯網對電力基礎數據的采集、承載、分析和應用以及通信技術和方式提出了更高的要求。而近年來信息技術的蓬勃發展，尤其是5G技術的問世，給智能電網和電力物聯網的建設提供了可靠的保證[8]。電力物聯網能夠將發電廠、電網、供應商和用戶的信息進行共享，并及時進行反饋，從而激發出新的產業模式，在能源利用的全流程起到樞紐作用。5G網絡具有超高帶寬、超低延時以及超大規模連接等特點[9]，與以往的信息技術相比具有顯著的優勢。以5G技術為代表的新一代信息技術將改變行業的運營方式，提升行業的運營效率，全面升級決策智能化水平，從而推進生產力進一步提高。

王宏延 ?等[8]對5G技術與電力系統業務的融合發展手段進行了系統的研究，并對諸如低延時、高可靠性業務和大容量、高帶寬業務等多種典型的電力業務場景在5G技術下的應用進行了分析。同時該團隊也選擇了精準負荷控制業務作為一種典型的業務場景進行了5G技術的應用性能測試，結果顯示5G技術具有顯著的低時延特性，可以給電力物聯網應用提供技術方面有利的支持。夏旭[10]對5G技術在能源互聯網之中的應用進行了深入研究。該研究結合馬斯洛模式給出了不同的行業對于5G網絡切片存在3層不同的需求，認為5G網絡在電力行業的成功應用很大程度上受到商業模式的影響，其潛在的商業模式包括標準模式、混合租賃模式以及托管模式等。5G和垂直行業應用相結合后，將在運營商和不同的垂直行業間創造雙贏的關系，產生巨大的商業價值。

1.2 ? 人工智能

電力的調度控制過程具有數據量大，規則復雜的特點。隨用電需求持續提升和電網規模不斷擴大，即有電網調度支持系統已越來越跟不上現代智能電網多種調控需求。近年來，人工智能技術逐漸走向主流，基于深度學習的智能技術的應用逐漸受到各行各業的廣泛關注[11-12]。在電網調控這一領域當中使用人工智能技術開展深度學習，有助于對電網特性和行為實施有效分析， 運用以往積累數據對電網整體特性開展聚類分析過程，包括對用戶用電行為進行評估和預測以提高負荷預測準確度，為確保電網的實時平衡提供支撐。同時人工智能技術可使學習和模擬規程、經驗以及其到調度控制分析軟件中的嵌入過程得以有效實現[13]。范士雄[14]等對電網調控中人工智能技術需求及人工智能在電網調控的應用場景進行了分析和設計，以電網故障辨識為應用場景，對深度學習技術在電網調控中的應用進行分析討論，認為電網調控方面應用的關鍵在于利用深度網絡抽象出隱藏在各類數據中的內在規律，從而彌補基于物理模型分析方式在電網調控中存在的不足，進而依靠多場景下的模型持續訓練和新的算法模型對模型迭代升級，進一步增加模型的準確性以及泛化能力，最終全面提高電網調控業務的智能化水平。

1.3 ? 大數據

電力物聯網的最終建設方向，是為了在電力系統的每一個關鍵節點都能實現人機交互、萬物互聯，從而對相關數據的自動收集和獲取、靈活應用能力進行有效提升。這些主要通過“大云物移智鏈”等現代信息及先進通信技術的充分應用得以實現。電力物聯網構建主要包括四層結構，分別是感知層、網絡層、平臺層、應用層[15]。分別用于處理數據的采集記錄、傳輸、管理及技術支撐、應用和價值創造等多項問題。

由于電力物聯網建設的不斷推進，隨之而來需要所處理的數據量將越來越多，存儲的數據將呈現出大數據的典型特征。因此，大數據技術在電力物聯網的廣泛應用對于系統數據管控、采集、匯聚、計算和應用能力的提升有著積極的促進作用。

2 ? ? ?結 ? ?論

在新形勢下，新技術條件發展為電力物聯網建設和運行提供了所能依托的技術背景，電網建設和平穩運行對電網的數據分析處理能力、安全性以及調控能力均提出了更高的要求，電力物聯網可達到建設高開放性的電力數據共享服務信息物理社會系統（CPSSE）的目標，是多領域、多學科相互協同融合的綜合性工程，是電氣、控制、通信和計算機等多學科的綜合應用。其建設需要遵循合理的標準，例如技術架構和平臺入口的統一性等。同時，中國目前已建成全球規模最大的電力專用通信信息系統，這對電力物聯網的發展有著重要的工程實踐意義。通過深度挖掘現有系統價值，并以此為基礎整合新理論運用新技術投入到未來的電力物聯網建設中，有助于進一步發揮其效能，提升系統的經濟實用性。下一步需將理論研究和工程實踐相結合，實現規劃和建設的統一性，保證運行的平穩性，從而發揮資源規模優勢，提高能源的利用效率，為中國的能源產業改革發展提供保證。

主要參考文獻

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