基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力計(jì)量系統(tǒng)研究

丁浩 楊楠

國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司 寧夏 銀川 750000

引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建立在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成的產(chǎn)物，其核心是通過(guò)電子芯片讓物體接入到互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，從而形成物物相關(guān)的局面。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)條件下，互聯(lián)網(wǎng)中也可以通過(guò)電腦或者手機(jī)從電腦和手機(jī)開(kāi)始向一個(gè)物品進(jìn)行跨越。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，需要計(jì)算機(jī)和電子芯片連入到網(wǎng)絡(luò)體系，從而進(jìn)行相關(guān)的控制操作[1]。近些年，隨著人們生活水平的不斷提升，人們對(duì)供電質(zhì)量和總量的要求也在不斷提高，相關(guān)企業(yè)和主管部門(mén)正不斷加大力度完善能源供應(yīng)體系和供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展更是成為電力行業(yè)亟須解決的重要難題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)技術(shù)的有效融合，可充分展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)信息收集以及資源綜合利用層面的優(yōu)勢(shì)。這些數(shù)據(jù)信息的采集和分析，可有效提高智能電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)水平，滿(mǎn)足復(fù)雜多元化的供電需求，實(shí)現(xiàn)智能化供電的最佳效果。在電力計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域中，通常需要對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行計(jì)量，這就需要用到智能電力計(jì)量系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能電能表、電壓互感器、電流互感器、電力計(jì)量終端等不同的器具的計(jì)量和測(cè)量。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一門(mén)復(fù)雜學(xué)科，其不單指某一項(xiàng)技術(shù)，而是不同技術(shù)的融合。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將不同學(xué)科融為一體，如電子信息、生物科學(xué)、機(jī)械等。在傳統(tǒng)模式下，這些技術(shù)毫不相關(guān)，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)卻可將這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì)綜合利用、完美結(jié)合，構(gòu)成AI智能機(jī)器人等全新技術(shù)[2]。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的有效交流，技術(shù)人員在對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)和優(yōu)化后，可適用于各類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)和生活場(chǎng)景，進(jìn)一步改善人們的生活質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的場(chǎng)景適應(yīng)能力很強(qiáng)，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的提升更是十分明顯，其市場(chǎng)前景十分廣闊。現(xiàn)階段，因物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身具有的高度兼容性與發(fā)展空間，尚未對(duì)其形成明確定義，人們只是籠統(tǒng)地把信息技術(shù)與其他產(chǎn)業(yè)技術(shù)結(jié)合后的產(chǎn)物叫作物聯(lián)網(wǎng)，而實(shí)際融合的技術(shù)資源以及對(duì)應(yīng)的產(chǎn)業(yè)類(lèi)別卻是千變?nèi)f化。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對(duì)相關(guān)設(shè)備和物體進(jìn)行掃描，獲取與其相關(guān)的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而讓信息技術(shù)與物體連接成為可能，輔以數(shù)據(jù)交換以及遠(yuǎn)程操作等手段，可進(jìn)一步提高人與物、物與物的交互效率。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、激光掃描器、生物特征識(shí)別、智能傳感器、視頻監(jiān)控、衛(wèi)星定位等信息感知設(shè)備，按照約定的協(xié)議通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接各種對(duì)象，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[3]。物聯(lián)網(wǎng)總體上分為感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層4個(gè)層次。其中感知層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，主要指各類(lèi)傳感設(shè)備；傳輸層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳送，主要指各類(lèi)有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)；處理層主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)的處理和分析；應(yīng)用層主要指與行業(yè)需求結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作用在各行業(yè)的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)不是一項(xiàng)單一的技術(shù)，只有以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)經(jīng)云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)等手段實(shí)現(xiàn)對(duì)物的泛在感知，并將得到的覆蓋全面、數(shù)量龐大數(shù)據(jù)通過(guò)大數(shù)據(jù)處理提供給人工智能進(jìn)行分析，并形成智能應(yīng)用將結(jié)果反饋到現(xiàn)實(shí)世界的物，才可以實(shí)現(xiàn)從信息化上升到智能化的轉(zhuǎn)變。

近些年，電網(wǎng)智能化發(fā)展已成為整個(gè)供電系統(tǒng)管理工作的重要趨勢(shì)，產(chǎn)業(yè)工作者為提高整個(gè)供電系統(tǒng)管理智能化水平和安全系數(shù)，也在不斷嘗試更多的新興技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可為智能電網(wǎng)建設(shè)的有效開(kāi)展提供技術(shù)支持，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的結(jié)合又被稱(chēng)之為電力物聯(lián)網(wǎng)。電力物聯(lián)網(wǎng)借助信息傳感設(shè)備以及分布式識(shí)讀設(shè)備，可搭建人與電力機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)溝通協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。電力物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)對(duì)不同元素以及具體行為的感知和識(shí)別，并將這些行為聯(lián)系到一起，最終實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)智能化控制目標(biāo)。電力物聯(lián)網(wǎng)功能主要體現(xiàn)在3個(gè)層面，分別為感知層面、網(wǎng)絡(luò)層面和應(yīng)用層面。感知層面可完成感知控制和通信延伸等操作要求，并可對(duì)各類(lèi)元素的信息進(jìn)行收集[4]。網(wǎng)絡(luò)層面承擔(dān)數(shù)據(jù)傳遞以及數(shù)據(jù)安全保障，在智能電網(wǎng)內(nèi)部保障數(shù)據(jù)信息安全是一項(xiàng)工作難點(diǎn)，而電力物聯(lián)網(wǎng)會(huì)借助電力通信網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)信息的傳遞以及對(duì)各類(lèi)機(jī)電設(shè)備的控制。應(yīng)用層面主要涵蓋各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施、中間件以及各類(lèi)應(yīng)用服務(wù)等，通過(guò)這些資源可對(duì)感知過(guò)程采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，滿(mǎn)足可視化需求，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3 智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

一是可實(shí)時(shí)提供各發(fā)電機(jī)組和各類(lèi)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，進(jìn)而提高發(fā)電過(guò)程中的運(yùn)行維護(hù)水平。二是可實(shí)時(shí)監(jiān)控水力發(fā)電站壩體各部位壓力變化，以傳感器群的方式監(jiān)控壩體變形現(xiàn)狀，進(jìn)而為規(guī)避水庫(kù)調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)支持。三是利用氣象傳感器可快速完成風(fēng)力發(fā)電廠和光伏發(fā)電廠所在區(qū)域的各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)的收集，如風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、降水量、光照強(qiáng)度等，進(jìn)而為新能源發(fā)電體系提供有效輔助，提高整體發(fā)電效率。四是輸電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控過(guò)程中，借助傳感器可實(shí)時(shí)觀測(cè)變電站和輸電設(shè)備的微氣象環(huán)境、線(xiàn)路覆冰、導(dǎo)線(xiàn)溫度和弧垂幅度、輸電線(xiàn)路風(fēng)偏、桿塔傾斜度、絕緣子表面污漬程度等信息，將這些信息與電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)組合，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電網(wǎng)絡(luò)存在的隱患，最大限度提升電力能源網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性[5]。五是工作人員可在輸電桿塔、輸電線(xiàn)路以及各類(lèi)機(jī)電設(shè)備上設(shè)置多類(lèi)別傳感器，完成目標(biāo)識(shí)別以及侵害行為的具體分析和定位，提高對(duì)電力設(shè)備的全方位防護(hù)效能。六是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)配屬的傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備以及環(huán)境等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人員的智能互動(dòng)，盡可能減少人為因素對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的破壞，消除安全隱患，提升作業(yè)質(zhì)量。七是智能電網(wǎng)借助智能監(jiān)控和實(shí)時(shí)反饋功能，可實(shí)時(shí)獲取不同用戶(hù)的用電需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能用電雙向交互服務(wù)，有效改善供電可靠性和用電效率，為節(jié)能減排工作的順利開(kāi)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

4 電力計(jì)量資產(chǎn)全生命周期管理方法

針對(duì)前言中提出的技術(shù)不足，研究設(shè)計(jì)出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力計(jì)量系統(tǒng)，該技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)[6]。一是在智能電力計(jì)量系統(tǒng)中融入物聯(lián)技術(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量設(shè)備運(yùn)行信息采集、信息整合、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維修與維護(hù)、能效評(píng)估、計(jì)量設(shè)備運(yùn)維管理、監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)管理、維修和設(shè)計(jì)等多種數(shù)據(jù)的綜合管理。二是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中加入改進(jìn)型無(wú)限深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量資產(chǎn)數(shù)據(jù)的全壽命周期管理，深入挖掘電力表相關(guān)的不同數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力表全壽命周期管理。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力計(jì)量資產(chǎn)全生命周期管理系統(tǒng)包括電力設(shè)備層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層，舍棄傳統(tǒng)技術(shù)的弊端，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到智能電力計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了電力計(jì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)化、智能化處理，有效地實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)、人工智能技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合，將分布式電力設(shè)備數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)[7]。在電力設(shè)備層中，多種不同類(lèi)型的電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息被存儲(chǔ)在電力計(jì)量資產(chǎn)全生命數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)將不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)信息有機(jī)融合在一起，用戶(hù)在分析數(shù)據(jù)信息時(shí)，在電力數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取數(shù)據(jù)信息，通過(guò)改進(jìn)型無(wú)限深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)信息的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，通過(guò)挖掘、分析電力計(jì)量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量資產(chǎn)全生命周期的分析和挖掘。在數(shù)據(jù)處理層中，通過(guò)大數(shù)據(jù)算法模型實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型電力數(shù)據(jù)信息的處理和挖掘，采用深度挖掘的數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量資產(chǎn)全生命周期數(shù)據(jù)分析。采用的分析方法是構(gòu)建無(wú)限深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用該無(wú)限深度神經(jīng)網(wǎng)模型進(jìn)行電力計(jì)量資產(chǎn)全生命周期數(shù)據(jù)分析，目的在于提高電力計(jì)量資產(chǎn)全生命數(shù)據(jù)分析的能力，使得用戶(hù)獲取的電力計(jì)量宏觀資產(chǎn)數(shù)據(jù)信息或者比較表面的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)建模分析的方式，將表面數(shù)據(jù)信息通過(guò)微觀數(shù)據(jù)更加深刻體現(xiàn)出來(lái)，從而提高電力計(jì)量資產(chǎn)數(shù)據(jù)分析能力。

5 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

5.1 物聯(lián)技術(shù)

電力物聯(lián)技術(shù)能夠?qū)⒁苿?dòng)互聯(lián)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及數(shù)據(jù)信息通信技術(shù)有機(jī)地融合在一起，在具體工作時(shí)，為了數(shù)據(jù)化物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)核心，在采集層中，采集到的電力計(jì)量設(shè)備類(lèi)型[8]。感知層在采集電力數(shù)據(jù)信息時(shí)，采集到的電力數(shù)據(jù)集借助于網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，數(shù)據(jù)信息通過(guò)平臺(tái)層被傳遞到應(yīng)用層進(jìn)行計(jì)算，該計(jì)算中心通過(guò)接收的數(shù)據(jù)集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，通過(guò)上述數(shù)據(jù)中通過(guò)感知層負(fù)責(zé)采集電力計(jì)量設(shè)備信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，通過(guò)平臺(tái)層接收處理后的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，供用戶(hù)使用。

5.2 大數(shù)據(jù)管理模型的構(gòu)建

設(shè)計(jì)中，通過(guò)構(gòu)建大數(shù)據(jù)管理模型能夠?qū)崿F(xiàn)不同種類(lèi)電力計(jì)量數(shù)據(jù)的計(jì)算，各種數(shù)據(jù)元素通過(guò)不同層次的關(guān)系在網(wǎng)絡(luò)模型的作用下，能夠直觀地展現(xiàn)出來(lái)。在應(yīng)用架構(gòu)上包括輸入層、隱層和輸出層，通過(guò)數(shù)據(jù)展開(kāi)，使得輸入層具有不同種類(lèi)的電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息，該電力器具包含有多種傳感器，傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)不同種類(lèi)電力計(jì)量設(shè)備數(shù)據(jù)采集的輸出和計(jì)算。輸入的原始數(shù)據(jù)信息包括計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、電力計(jì)量資產(chǎn)試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、計(jì)量輸出數(shù)據(jù)、外觀數(shù)據(jù)信息等。由于這些數(shù)據(jù)種類(lèi)不一、數(shù)據(jù)混亂，用戶(hù)在應(yīng)用過(guò)程中就難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整理[9]。將這些雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)信息輸入至無(wú)限深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后，這些數(shù)據(jù)信息將被展開(kāi)，展開(kāi)后的圖形能夠形象地展示出采集到數(shù)據(jù)信息中任意時(shí)刻的電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息。然后通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，對(duì)不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘與處理，模型內(nèi)的每根神經(jīng)元都與電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息接觸，不同神經(jīng)元之間相互交錯(cuò)連接，通過(guò)自身關(guān)系構(gòu)成了閉合反饋回路。根據(jù)處理數(shù)據(jù)的深度可以設(shè)置網(wǎng)絡(luò)模型的維度，由于維度的不同，能夠使網(wǎng)絡(luò)模型中的每根神經(jīng)表現(xiàn)為“無(wú)限深”。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)生活水平的提升，人們對(duì)供電系統(tǒng)的要求更高。針對(duì)電力設(shè)備計(jì)量過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集速度慢、傳遞效率低、數(shù)據(jù)處理困難等問(wèn)題，本研究融入包括感知層、傳遞層、平臺(tái)層和應(yīng)用層的物聯(lián)架構(gòu)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能電力計(jì)量系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)智能電力計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化傳遞。構(gòu)建了無(wú)限深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將電力計(jì)量數(shù)據(jù)信息通過(guò)無(wú)限深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算，提高了電力計(jì)量數(shù)據(jù)的管理和分析能力。因此，電力企業(yè)應(yīng)快速推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的融合，多角度開(kāi)展智能電網(wǎng)的科學(xué)管控，不斷改善電能的調(diào)配能力和電力能源的供應(yīng)水平，讓智能電網(wǎng)變得更具智能化特征，確保能源轉(zhuǎn)運(yùn)的安全可靠，全面推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。