泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐

馬勝國(guó)，魏本海，劉國(guó)川，蘇明杰，陳明明

(深圳市國(guó)電科技通信有限公司,廣東深圳，518109)

0 引言

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，應(yīng)該圍繞電力系統(tǒng)合理應(yīng)用人工智能、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)，可以使網(wǎng)絡(luò)中的所有電力系統(tǒng)相互連接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、萬(wàn)物互聯(lián)，讓互聯(lián)網(wǎng)擁有靈活便捷、信息高效處理、全面感知設(shè)備狀態(tài)的能力，形成智慧服務(wù)系統(tǒng)。使用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能等技術(shù)，為生產(chǎn)運(yùn)行規(guī)劃建設(shè)、綜合業(yè)務(wù)發(fā)展提供可靠的數(shù)據(jù)。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)

1.1 信息融合度高

為更好的掌握電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行情況，可以及時(shí)獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集提出一定要求。傳感器采集前端信息，按照一定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與融合的工作，由此可以消除冗余、無(wú)效的數(shù)據(jù)，還可以減輕管理人員在數(shù)據(jù)分析方面的壓力。多級(jí)跳躍信息傳輸應(yīng)用到泛在電力互聯(lián)網(wǎng)中，在管理系統(tǒng)與控制中心之間設(shè)置眾多通信鏈路。在多級(jí)跳躍方式下，可以使用最短的路徑、最少的時(shí)間，傳輸前端信息參數(shù)。控制中心可以快速收集設(shè)備信息，并能保證收集的信息內(nèi)容可靠、完整，便于管理人員把控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)管理。

1.2 組網(wǎng)迅速且靈活

在電力設(shè)備中安裝微型傳感器，利用無(wú)線傳感技術(shù)獲取設(shè)備運(yùn)行階段的參數(shù)，將接傳輸?shù)娇刂浦行模纱丝梢赃h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)電力設(shè)備管理人員。當(dāng)下應(yīng)該按照規(guī)劃方案，快速靈活的組網(wǎng)，由此可以使較復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)高效運(yùn)行，也為電網(wǎng)故障處理和檢修工作提供便利條件。對(duì)于運(yùn)行環(huán)境差、負(fù)荷高的電力系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)監(jiān)控方面使用傳感器，可以快速傳輸各設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。除此之外，通過(guò)傳感器還可以強(qiáng)化對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)管力度，進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，可以提高電力設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低設(shè)備故障概率，實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電。

1.3 安全化、智能化

在社會(huì)高速發(fā)展的過(guò)程中，各界對(duì)電能均有較大的需求，且當(dāng)下人們無(wú)論在生活還是工作均離不開(kāi)電能，對(duì)此有較大的依賴性，保證電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行，已成為電力企業(yè)必須高度關(guān)注的內(nèi)容。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電網(wǎng)運(yùn)行安全控制方面，使用多種舉措，由此消除電網(wǎng)在運(yùn)行中存在的安全隱患，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。比如，在電網(wǎng)運(yùn)行管理方面，使用專用網(wǎng)絡(luò)，使其與公共通訊網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，彼此并不干擾，如此規(guī)避非法訪問(wèn)。在訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置方面，國(guó)網(wǎng)公司或非國(guó)網(wǎng)公司人員內(nèi)部等級(jí)不夠，不能進(jìn)行相關(guān)操作，也不能從中獲取信息。在此環(huán)節(jié)會(huì)使用數(shù)字簽名，身份驗(yàn)證等方式，在多種方式下形成多重安全保障機(jī)制，提高電網(wǎng)管理的穩(wěn)定性與安全性。

設(shè)計(jì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)組織架構(gòu)時(shí)，需要關(guān)注組織架構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，使其具備較高的可擴(kuò)展性與兼容性，使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以兼容更多設(shè)備與技術(shù)。經(jīng)過(guò)組織架構(gòu)的調(diào)整，可以提高電力網(wǎng)絡(luò)的智能程度，在提升網(wǎng)絡(luò)安全性同時(shí)，還可以降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與管理人員的工作強(qiáng)度。

1.4 拓?fù)渥兓l繁

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有變化頻繁的特征，因此其部署的傳感設(shè)備必須適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，且必須具備較強(qiáng)自愈能力，可以在這段時(shí)間內(nèi)獲得周圍傳感設(shè)備狀態(tài)信息，結(jié)合數(shù)據(jù)調(diào)整自身信息感知范圍，在此基礎(chǔ)上建立新的通信鏈路。對(duì)于一些運(yùn)行負(fù)荷大、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁的變化具備一定優(yōu)勢(shì)。比如，在網(wǎng)絡(luò)中傳感器發(fā)生故障，可以通過(guò)拓?fù)渥兓剐畔⒛苷鬏敚寕溆脗鞲衅骰蚋浇鼈鞲衅魈娲收显O(shè)備，提高設(shè)備狀態(tài)信息傳輸?shù)某掷m(xù)性、穩(wěn)定性。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化時(shí)，可以降低傳感設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中消耗的能量。

2 智能配電系統(tǒng)中泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)存在大量的電力設(shè)備，此類設(shè)備每天卻會(huì)產(chǎn)生大量的狀態(tài)參數(shù)，其中包含一些無(wú)意義的信息，也有有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。比如，類似歷史記錄、運(yùn)行故障等內(nèi)容。經(jīng)過(guò)多方整理，發(fā)現(xiàn)無(wú)用數(shù)據(jù)占比較高，會(huì)占用大量的存儲(chǔ)空間，還會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不良的效果，系統(tǒng)響應(yīng)動(dòng)作變慢，數(shù)據(jù)分析會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間。使用大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，可以按照已經(jīng)給定的篩選標(biāo)準(zhǔn)刪除冗余數(shù)據(jù)，從而可以削減信息傳輸承擔(dān)的壓力，還可以單獨(dú)劃分核心數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析等工作，提高相應(yīng)工作的便捷性。

2.2 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

泛在電力互聯(lián)網(wǎng)擁有很多設(shè)備，設(shè)備多樣性與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，使其在每個(gè)時(shí)段均有大量的訪問(wèn)信息。在相關(guān)信息中還混雜一些惡意訪問(wèn)與非法訪問(wèn)，會(huì)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)安全形成不小的威脅。在安全防控方面，電力互聯(lián)網(wǎng)選擇組合式的安全技術(shù)并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，需要建立系統(tǒng)、完整的安全防護(hù)體系。在隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婢休^大的作用，可以提高用戶信息保障的安全性，還可以穩(wěn)定傳輸大量數(shù)據(jù)。比如，在電力物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)方面，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的信息會(huì)使用入侵檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行危險(xiǎn)識(shí)別，如果被查到危險(xiǎn)信息可以訪問(wèn)該信息內(nèi)容。如果確定為非法訪問(wèn)會(huì)使用威脅評(píng)估技術(shù)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，隨后選擇限制非法訪問(wèn)登錄管理與加密認(rèn)證等技術(shù)，保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部信息，防止出現(xiàn)信息被盜等情況。

2.3 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)無(wú)縫融合技術(shù)

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中是一種典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這與其使用的數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。由于采用不同數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)，在信息交換時(shí)會(huì)出現(xiàn)壁壘，泛在電力互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部所用的無(wú)縫融合技術(shù)，從電網(wǎng)系統(tǒng)層面出發(fā)，建立內(nèi)部可共用的網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)準(zhǔn)，由此便可以為電力網(wǎng)絡(luò)傳輸信息提供便利條件。在局域電網(wǎng)中的傳感設(shè)備可以通過(guò)控制中心，明確數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，由此便于計(jì)算機(jī)識(shí)別數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。按照計(jì)算機(jī)發(fā)出的調(diào)控指令，可以無(wú)差別的將信息傳輸?shù)诫娋W(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)電力設(shè)備中，由此使電網(wǎng)運(yùn)行的協(xié)調(diào)性大幅上升。

3 泛在電力互聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性

傳統(tǒng)電網(wǎng)存在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不合理、能源分配不均等問(wèn)題，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基于信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，可以解決以往電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力不足、能源分布不均的頑疾，促使電力系統(tǒng)在發(fā)電、變電等環(huán)節(jié)具備較高的安全性，可以穩(wěn)定的傳輸電力。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行控制，通過(guò)管理系統(tǒng)可以掌握能源在各時(shí)段的運(yùn)行情況，建立以火電機(jī)組為底層支撐的調(diào)控系統(tǒng)，發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)控方面的價(jià)值，可以借助設(shè)備狀態(tài)、自動(dòng)診斷技術(shù)，更好的控制電力傳輸工作。利用智能終端智能傳感器，提高設(shè)備的感知能力，實(shí)現(xiàn)綜合判斷、數(shù)據(jù)傳輸與聯(lián)合處理，提高電網(wǎng)可靠性與智能化水平。通過(guò)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)管，在線上進(jìn)行智能巡檢、配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化運(yùn)行控制結(jié)構(gòu)等操作，對(duì)于不方便在線上開(kāi)展的現(xiàn)場(chǎng)工作，也可以通過(guò)在線監(jiān)督、電子身份認(rèn)證等方式，科學(xué)配置人力資源，防止出現(xiàn)人員冗余等問(wèn)題，提高電網(wǎng)在管理方面的有效性。

3.2 促進(jìn)清潔能源消納

我國(guó)電網(wǎng)中光伏、風(fēng)電等清潔能源的比重較少，棄光、棄風(fēng)等現(xiàn)象在三北地區(qū)較為嚴(yán)重。推動(dòng)電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，可以在一定程度上促進(jìn)清潔能源消納，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)前期感知、能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化等工作，可以良性的開(kāi)展工作。使用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，還可以短期預(yù)測(cè)發(fā)電，確定光伏風(fēng)電短期內(nèi)的發(fā)展情況。利用光伏分析等數(shù)據(jù)，引導(dǎo)用戶參與清潔能源消納活動(dòng)。分布式新能源在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，也能得到良好的發(fā)展，可以形成虛擬電廠，在多能互補(bǔ)的方式下，提高能源應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域能源協(xié)調(diào)與控制，促使分布式新能源可以在省內(nèi)進(jìn)行交易。

3.3 建立智慧能源平臺(tái)

智慧能源服務(wù)平臺(tái)，為用戶提供互動(dòng)的平臺(tái)，利用商業(yè)模式使用戶積極參與電力活動(dòng)。在國(guó)家激勵(lì)政策的實(shí)施下，可以合理引導(dǎo)用戶，推出電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等方式，補(bǔ)償用戶電價(jià)。當(dāng)下將園區(qū)工業(yè)、傳統(tǒng)能源企業(yè)、新型企業(yè)與智慧城市均納入智慧能源服務(wù)平臺(tái)的工作范圍，通過(guò)終端邊緣計(jì)算、光伏云網(wǎng)、電動(dòng)汽車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，可以提供大數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)、互聯(lián)網(wǎng)金融、線上供應(yīng)鏈金融等能源服務(wù)，打造具有多主體的能源生態(tài)系統(tǒng)。

3.4 強(qiáng)化電網(wǎng)資產(chǎn)管理能力

傳統(tǒng)設(shè)備巡檢依靠電子設(shè)備或工作人員，但是在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)范圍逐漸擴(kuò)大的今天，使巡檢工作量大幅攀升，對(duì)人員巡檢監(jiān)督也提出不小的要求，設(shè)備管理、巡檢、評(píng)估、分析等工作需要按照新的要求轉(zhuǎn)變工作方式，以智能化管理模式高效的完成設(shè)備管理任務(wù)。泛在電力互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)實(shí)物ID數(shù)據(jù)，可以完成設(shè)備資產(chǎn)采購(gòu)、規(guī)劃、運(yùn)行、建設(shè)等工作，使相應(yīng)工作均能在線上進(jìn)行。物資人員、營(yíng)銷員等活動(dòng)主體，可以在工作中通過(guò)實(shí)物ID動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，快速更新數(shù)據(jù)信息，提高數(shù)據(jù)信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性與完整性，便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行全過(guò)程控制。

在資產(chǎn)管理方面明確工作目標(biāo)，建立以生命周期為主線的成本管理模式，由此可以集成資產(chǎn)價(jià)值流、信息流與資產(chǎn)物流，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行集約化管理。在精益管理與資產(chǎn)管理中，應(yīng)該根據(jù)配電設(shè)備數(shù)量，改變資產(chǎn)管理模式，在實(shí)物ID數(shù)據(jù)下，可以在線評(píng)估設(shè)備資產(chǎn)，還可以識(shí)別設(shè)備資產(chǎn)管理內(nèi)容，獲得信息傳遞與感知的功能。

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)發(fā)展方向

國(guó)家電網(wǎng)關(guān)于泛在電力互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)做出規(guī)劃，在短時(shí)間內(nèi)快速推進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，初步實(shí)現(xiàn)物聯(lián)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通與業(yè)務(wù)協(xié)同，使各級(jí)智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)均可以在技術(shù)保障下，具備豐富的功能，為新業(yè)務(wù)與電網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展提供支撐。國(guó)家電網(wǎng)當(dāng)下密切關(guān)注泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作，協(xié)調(diào)資源，推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，快速建成成熟的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通、業(yè)務(wù)協(xié)同、互聯(lián)統(tǒng)一管理的目標(biāo)，建立可以共治、共建、共享的能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展期間，廣受業(yè)界關(guān)注，在相應(yīng)研究機(jī)構(gòu)逐漸增多的過(guò)程中，對(duì)該項(xiàng)目建設(shè)工作有一定的助力，創(chuàng)造出更多新型技術(shù)，也凸顯泛在電力互聯(lián)網(wǎng)的功能表現(xiàn)。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所實(shí)現(xiàn)電能供應(yīng)，在該基礎(chǔ)功能上擁有感應(yīng)能力，與其他網(wǎng)絡(luò)相比成本更低，但網(wǎng)絡(luò)效率更高。其使用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，可以提高數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性、精準(zhǔn)性。電力網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)集中表現(xiàn)在應(yīng)用范圍上。與通信網(wǎng)相比，覆蓋面更廣，可以應(yīng)用到偏遠(yuǎn)山區(qū)、村鎮(zhèn)等處。在我國(guó)人工智能技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，也出現(xiàn)了很多新型智能設(shè)備，隨著泛在電網(wǎng)建設(shè)工作的開(kāi)展，在其內(nèi)安裝智能感應(yīng)器可以監(jiān)測(cè)災(zāi)難并進(jìn)行合理的控制。當(dāng)下邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用到泛在電力互聯(lián)網(wǎng)，由此可以為生產(chǎn)運(yùn)行、規(guī)劃建設(shè)、新模式發(fā)展、綜合服務(wù)等活動(dòng)提供數(shù)據(jù)。目前，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)各類新興技術(shù)在泛在電力互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用程度，還應(yīng)該結(jié)合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在使用方面的要求，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其在應(yīng)用中可以獲得更佳的表現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)時(shí)，必須增加對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作的重視程度，其為能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，也是社會(huì)應(yīng)用于電網(wǎng)發(fā)展的重要樞紐。應(yīng)該從推動(dòng)綜合能源服務(wù)、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行、清潔能源消納等方面思考，電力互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需要通過(guò)大數(shù)據(jù)分析等工作，確保電網(wǎng)可以在應(yīng)用中安全運(yùn)行，優(yōu)化綜合能源服務(wù)模式，為我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)開(kāi)辟新的道路。