泛在电力物联网发展建议及关键技术展望

徐喆

【摘  要】泛在电力物联网不仅是技术创新，更是管理创新。建设泛在电力物联网可以全面感知源网荷储设备运行状态和环境信息，用市场办法引导用户参与电力系统调峰调频，通过虚拟电厂和多能互补提高分布式新能源友好并网水平和电网可调容量占比，缓解弃风弃光，促进清洁能源消纳。常规发电厂、大型风电场、光电站等已经和电力系统连接了，调度可以直接控制;泛在电力物联网的主要任务是连接负荷和分散式发电，尤其是可控负荷。利用泛在电力物联网，协同控制风电光电、可控负荷、分散式发电等，可以提高风电光电利用率，实现能源转型目标。电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。利用泛在电力物联网可以组织可控负荷参与电力系统调峰调频。

【关键词】电力;物联网;关键技术

1物联网的基本概念

物联网的理念最早可追溯到1991年英國剑桥大学的特洛伊咖啡壶事件。1995年，比尔·盖茨在其撰写的《未来之路》一书中提到了物联网的构想，其中一些构想目前已成为现实，如数字网络电视、数字音乐产品、电子机票等。1998年，英国工程师KevinAshton首次提及了物联网的概念：“把所有物品通过射频识别（radiofrequencyidentification，RFID）等信息传感设备与因特网连接起来，实现智能化识别和管理。”2005年11月7日，国际电信联盟（internationaltelecommunicationunion，ITU）在信息社会世界峰会上发布了《ITU因特网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念：“让每个目标物体通过传感系统接入网络，实现从随时随地的人与人之间的沟通连接，扩展到人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务。

2泛在电力物联网的关键技术

2.1智能芯片

随着电力系统的不断发展，越来越多的计量、保护、变换、控制、监测、用电等设备接入电力系统，各种电力设备的运行产生了大量数据，目前多数现场数据采集设备仍然基于传动的工业采集装置，数据可靠性差，精度低，也使得终端设备的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能传感及智能终端可以充分解决这一问题，其具备高精度、低功耗、微型化、智能计算的特点，一方面可以完成设备信息的采集、提取及传递;另一方面通过本地边缘计算，实现终端智能化，完成本地自控，从而无需像传统设备一样只具备遥测摇信功能而不具备遥控功能。近年来，谷歌开发的EdgeTPU芯片、中科院开发的“寒武纪”芯片都具备海量数据处理与边缘计算的能力，这些智能芯片的出现将快速促进终端的全息感知与智能化。

2.25G与与LPWA

海量电力数据的传递需要一体化的通信网络。电力系统地域分布广泛，往往涉及高山、森林、冰原等复杂环境，致使通信网络难以覆盖全部，现场数据难以传输。现在物联网有2类主流技术：一类是工业以太网和电力载波为主的有线网络技术，另一类是以5G和低功耗广域网（LPMA）为主的无线网络技术。泛在电力物联网中数据分布广，分散性强，部分不易供电，连接难，采集频次低，传统的有线网络通信技术难以适用，因此以无线网络为主的现代通信技术是实现泛在电力物联网网络通信的主要手段。5G被视为物联网发展的基础。基于不同场景的5G切片网络通信技术被认为是解决电力系统全息感知、泛在连接的关键所在。对于智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制等控制类业务，可以选择具有超低时延的URLLC切片;对于海量用电信息采集、智能汽车充电站/桩、分布式电源接入等信息采集类业务可以选择mMTC海量机器类通信接入切片;对于需要高清视频回传的输变电线路状态监控、无人机远程巡检、变电站机器人巡检等现场业务，可以选择eMBB增强移动带宽切片;对于需要语音信息的调度电话、管理电话、应急通信等，可以选择具有高安全、高可靠、高接通率和高清通话质量保障的为Voice语音切片。针对不同的应用场景，5G切片网络技术可以选择不同的切片，在5G网络通道上实现数据的传输，并接入同样的5G数据平台。另一方面，以NB-IoT、LoRa为代表的低功耗广域网技术由于其广覆盖、大连接、低功耗、低成本的特点而成为工信部《物联网发展规划（2016—2020年）》中明确要发展的网络技术。目前5G网络与低功耗广域网技术在电力系统中的应用并不广泛，随着其与电力系统的不断结合，必将成为实现泛在电力物联网通信的主要手段。

2.3物联网平台

随着电力系统海量数据接入一体化数据平台，通过对大量数据的合理分析、深层挖掘，进而实现电力信息的有效利用。一体化数据平台应当具备大数据处理和云端计算，以及实现风光预测、电力系统故障诊断等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物联网平台，移动OneNET物联网平台，阿里link物联网平台等一体化数据平台相继在生产实践中展开应用。移动OneNET与“Hi”电展开合作，协助其解决“设备状态检测”、“设备位置监管”、“设备信息管理”、“反向控制设备”等问题;阿里云于无锡鸿山打造首个物联网小镇，实现小镇交通、环境、水务、能源等多个城市管理项目的在线运营。对于实现泛在电力物联网数据一体化平台的搭建，必须结合“大数据+云计算+人工智能”的物联网平台。

2.4异构网络平台的互操作性和无缝融合技术

目前，有些学者就解决差异化信息的互操作性问题展开了相关的研究，例如：提出利用5G蜂窝通信标准来提高通信效率、降低成本、增加网络带宽和扩大覆盖范围。这将对未来随着物联网设备大规模增加、多媒体设备应用不断增多和无线数据指数增长带来的通信问题实现有力的支持。提出了一种基于效用函数的电力物联网异构网络接入的服务质量（qualityofservice，QoS）保障方法。首先构建了效用函数评价模型，设计了评价参数，并给出了参数的效用函数。其次，设计了接入网络映射算法。最后，通过仿真实验，验证了基于效用函数的异构网络接入QoS保障方法在电力物联网背景下的性能与可靠性。针对配用电脱网应急通信需求这一具体应用场合，设计了具备专网与公网技术结合的多模式通信能力的新型多模式节点，可以实现电力专网、无线自组网及无线公网多模切换。

结论

泛在电力物联网是以电力系统为核心，结合智能终端传感器、通信网、人工智能、云平台技术，构成的复杂多网流系统。泛在电力物联网通过电力系统设备信息交互、人物信息交互，实现能源生产与消耗的实时平衡，保障电网的经济安全运行;另一方面也可以促进电力市场的开放，实现供需交易的快速响应，以及清晰明了的电网资产评估。泛在物联技术与电力系统的结合，最终将会构建多方参与的能源生态体系。作为第三次能源革命的核心技术，泛在电力物联网是未来能源产业的发展方向。

参考文献：

[1]冷喜武，陈国平，白静洁，等.智能电网监控运行大数据分析系统总体设计[J].电力系统自动化，2018，42（12）：160-166.

[2]冷喜武，陈国平，蒋宇，等.智能电网监控运行大数据分析系统的数据规范和数据处理[J].电力系统自动化，2018，42（19）：169-176.

（作者单位：国网太原供电公司）