泛在電力物聯(lián)網(wǎng)綜述

沈陽工程學(xué)院 隋雨軒 高 陽

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是將人工智能和移動互聯(lián)等前沿性現(xiàn)代化信息通訊手段應(yīng)用于電力系統(tǒng)運行的每一環(huán)節(jié)，從而構(gòu)建一個物與物間，人與物間，人與人之間相互聯(lián)通的智能化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。通過對泛在網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的解釋提出了對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的理解，并簡要介紹泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基本特征。通過對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)的介紹進一步了解泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)組成。

引言：如今信息全球化、數(shù)據(jù)開放互聯(lián)已經(jīng)成為世界發(fā)展的總趨勢，各行各業(yè)要想在這個信息大爆炸的時代中站穩(wěn)腳步，就要精準高效的掌握更多行業(yè)大數(shù)據(jù)，探索市場行為與行業(yè)大數(shù)據(jù)的增長關(guān)系，把握住信息互聯(lián)帶來的機遇，才能先人一步奠定企業(yè)在行業(yè)中的領(lǐng)軍地位。目前，交直流輸電模式的廣泛應(yīng)用，分布式發(fā)電設(shè)備的類型與數(shù)量不斷增加，這使得電網(wǎng)的復(fù)雜程度不斷加深。此外，大量的新興能源作為日常供電的原料，致使電能的買賣價格不斷發(fā)生變化，同時還要保證日常供電的安全穩(wěn)定，繁多的電力電子設(shè)備的使用讓電網(wǎng)安全運行的壓力與日俱增。此外面對電力市場的開放，輸配電價格不斷降低，用電需求增長減速等問題，讓電力行業(yè)的經(jīng)營困難重重。為解決上述問題，國家電網(wǎng)公司董事長在第三屆職工代表大會上作了關(guān)于《守正創(chuàng)新 擔當作為 奮力開創(chuàng)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)新局面》的主題報告。報告中明確的提出了將建設(shè)“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”作為企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標。

本文從泛在網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)的釋義入手，闡釋了對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)含義的理解，并對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本特征以及構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了簡單介紹。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

1.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)定義

泛在網(wǎng)絡(luò)一詞首次出現(xiàn)于計算機科學(xué)家Mark Weiser提出的泛在計算，是在當前具備的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上進行的一次全面的應(yīng)用革新。泛在網(wǎng)絡(luò)由字面意思可想而知存在于我們周圍各處的網(wǎng)絡(luò)，并且不斷地吸納其他新網(wǎng)絡(luò)，從而給泛在網(wǎng)絡(luò)增添新的業(yè)務(wù)和功能，達到在沒有任何時間、空間、地域的限制進行人人之間，人和物之間。物與物間的信息置換，直至“無所不在、無所不包、無所不能”。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）從字面來看網(wǎng)絡(luò)中的事物都是相互連接的，利用智能感知、識別技術(shù)與通信感知技術(shù)將傳感器、控制器、人和物之間以一種全新的形式建立起聯(lián)系，打造新型物與物、人與物相聯(lián)的智能信息化網(wǎng)絡(luò)。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是國家電網(wǎng)公司董事長寇偉提出的新概念，就是將泛在物聯(lián)技術(shù)引入電網(wǎng)。國網(wǎng)公司對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)給出了如下概念：“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)商和政府社會服務(wù)，以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)展平臺和共享作用，為全行業(yè)和更多市場主題發(fā)展創(chuàng)造更大機遇，提供價值服務(wù)”。

1.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建立足于當下的實體電網(wǎng)與通信技術(shù)，是泛在物聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于電力行業(yè)的具體表現(xiàn)。在各領(lǐng)域間形成了物理互聯(lián)、通訊互聯(lián)以及商業(yè)互聯(lián)，實現(xiàn)了逐步由“垂直封閉”向“水平開放”的轉(zhuǎn)型，具有全面感知、泛在物聯(lián)、融合創(chuàng)新、以及開放共享這一本質(zhì)特點。

區(qū)別于現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)與信息通信系統(tǒng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可全面感知各能源領(lǐng)域整個運行期間內(nèi)的設(shè)備和用戶狀態(tài)以及全業(yè)務(wù)的穿透能力，全方位的將電力系統(tǒng)基本的“發(fā)、輸、變、用”環(huán)節(jié)與社會行業(yè)機構(gòu)、用戶以及供應(yīng)商連接起來，推動了數(shù)據(jù)融合，促進能源互聯(lián)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，實現(xiàn)安全多方位的開放共享，給用戶更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是由智能電網(wǎng)不斷發(fā)展創(chuàng)新而來，智能電網(wǎng)的關(guān)鍵是能源的兼容利用和替代，構(gòu)建一個可以自我調(diào)節(jié)且具備智能判斷能力的多能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。區(qū)別于智能電網(wǎng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是對大量的可靠電力信息的高效利用，其體系構(gòu)建過程中涉及到許多關(guān)鍵性技術(shù)，例如智能傳感與終端技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)平臺、智能計算、安全性等。為解決上述關(guān)鍵問題，需要進行必要的技術(shù)革新。以下為構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)過程中所需要的關(guān)鍵技術(shù)的簡單介紹與理解。

2.1 智能傳感及智能終端

對于含多維特征參量數(shù)據(jù)的高精度、智能感知及全局狀態(tài)信息智能化終端是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的技術(shù)。

伴隨電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的控制、監(jiān)測、計量、保護等設(shè)備接入運行的系統(tǒng)中，這使得運行的系統(tǒng)產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)。對于電力設(shè)備層的智能傳感設(shè)備需要保證在復(fù)雜的運行情況下采集的多維特征參量數(shù)據(jù)的準確性。因此，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的智能化傳感裝置在面對復(fù)雜的系統(tǒng)運行情況仍要保證采集的光、電磁、聲學(xué)信號的數(shù)據(jù)可靠性及精準度。

同時對于多維特征參量數(shù)據(jù)的感知技術(shù)不僅僅要優(yōu)化智能傳感設(shè)備，智能化終端的發(fā)展也是其重中之重。構(gòu)建智能化終端過程中需要保證智能化終端的即連即用以及業(yè)務(wù)終端的一體化管理。谷歌公司近年開發(fā)的Edge TPU芯片和中科院研發(fā)的“寒武紀”芯片都是具備邊緣計算功能以及大量數(shù)據(jù)信息處理能力的智能化芯片。這種以智能芯片為載體的智能傳感與終端設(shè)備不僅具有超高的測量精度，而且能耗較小并且可以進行智能計算，這使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、傳遞的精準度得到了很大提升。它的智能計算功能讓系統(tǒng)同時成為擁有自控制能力的智能化終端。這些芯片的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)設(shè)備只能夠?qū)崿F(xiàn)遙測遙信不能遙控的局面，推動了終端全息化與智能化技術(shù)的快速發(fā)展。

2.2 一體化通信網(wǎng)絡(luò)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建起一個人與環(huán)境間的信息交互網(wǎng)絡(luò)，這需要海量數(shù)據(jù)的支撐。數(shù)據(jù)的獲取與傳輸對于有些環(huán)境復(fù)雜的用電地區(qū)比較困難，通信網(wǎng)絡(luò)難以到達環(huán)境惡劣的地區(qū)導(dǎo)致現(xiàn)場數(shù)據(jù)很難傳送。因此，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)難以滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的要求。最新發(fā)展的5G通信技術(shù)不僅速率高而且其高容量、低延時、低能耗、高可靠性的特點不僅滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量信息傳輸、萬物互聯(lián)的要求又保障了電力系統(tǒng)的可靠性、靈活控制與響應(yīng)。

5G通訊技術(shù)被稱為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進步的基石。對于不同情況下的5G切片網(wǎng)絡(luò)通信被視為解決泛在連接問題和系統(tǒng)內(nèi)全系感知的關(guān)鍵技術(shù)。電力系統(tǒng)中需要極高的控制實時性以及可靠性的部分需要接入專屬的電力線纜，這一部分對于通信的帶寬、可靠性以及延時性等方面性能要求高于5G通信，對于分布式設(shè)備則對應(yīng)于5G通信高密度的連接特性，而且5G通信提高了人工智能、深度學(xué)習以及大數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)水平的分析能力，其對分布式數(shù)據(jù)資源的大量輸入以及全方位的量測體系的建立和發(fā)展具有重大意義。5G技術(shù)在電網(wǎng)內(nèi)多方面得到應(yīng)用，比如性能增強使得泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的萬物互聯(lián)的實現(xiàn)提供技術(shù)支持；軟化開放技術(shù)對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)助管理加強了電網(wǎng)在通信方面的自主性。因此，5G通信技術(shù)是構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的重要關(guān)節(jié)，加快5G建設(shè)，擴展其覆蓋面積，穩(wěn)定其信號強度這都是當前運營商亟待解決的問題。

2.3 智能化物聯(lián)網(wǎng)平臺

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建就是將電力大數(shù)據(jù)導(dǎo)入一體化的數(shù)據(jù)平臺從而來提升對于海量的電力數(shù)據(jù)的管理，同時保障電力大數(shù)據(jù)開放與共享過程中的安全性。因此，進行數(shù)據(jù)管理的一體化數(shù)據(jù)平臺不僅需要進行云端計算和大數(shù)據(jù)處理還需要具備智能檢測故障的能力。當下有許多一體化數(shù)據(jù)平臺在實際實踐中逐步得以應(yīng)用，例如阿里Link物聯(lián)網(wǎng)平臺、移動ONE NET物聯(lián)網(wǎng)平臺等。由這些已經(jīng)投入使用的一體化數(shù)據(jù)平臺運行經(jīng)驗可知，構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一體化數(shù)據(jù)平臺必須要以可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)、人工智能和云計算功能的物聯(lián)網(wǎng)平臺為技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)論：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)圍繞著電力系統(tǒng)，結(jié)合人工智能、終端傳感器、一體系數(shù)據(jù)平臺等技術(shù)組成的龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并將開放共享作為其本質(zhì)特點。經(jīng)濟安全穩(wěn)定一直是電力系統(tǒng)運行中的基本要求，而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所能實現(xiàn)的信息開放共享、信息交互讓電力系統(tǒng)運行的實時數(shù)據(jù)得以傳輸，不僅能夠保障運行時的系統(tǒng)安全穩(wěn)定，供求實時皆可知也提升了其經(jīng)濟性。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是電力行業(yè)必須要拓展的一條道路，利用好智能傳感、智能終端等關(guān)鍵性技術(shù)發(fā)展建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，才能帶來更好的用戶感受，滿足人們對于幸福生活的追求。