论电力物联网研究的若干热点问题

柴 雯

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

早在互联网尚未普及的年代，少数时代先锋就已经开始描绘万物互联的未来景象。1985年至1999年，物联网的理念快速丰富成型，最终于2005年，“物联网”时代来临。与此同时，广泛发展的计算机和互联网技术，与无所不在的“物”，给予了各行各业新的发展机遇与挑战。

20世纪80年代起，一些新技术在电力行业崛起，其中柔性交流输电技术、广域向量测量技术、分布式电源等关键技术为行业突破性发展带来了新的机遇。进入21世纪，全球范围的能源问题、环境问题、金融问题，以及电力行业复杂多元的先进技术设备需求、用户需求、安全需求、经济运行需求与落后的电力系统的矛盾，将智能电网推进了必然发展的道路。经过10多年的理论研究，历经美国IBM“智能电网”、奥巴马能源计划、我国能源专家武建生“互动电网”等计划、方案的提出和发酵，各国智能电网发展计划逐渐兴起。智能电网具备自愈、兼容、交互、协调、高效、优质、集成等特点，其技术解决方案与物联网技术殊途同归，智能电网的热潮推动了电力物联网的发展进程[1-3]。国内外学者开始将物联网的概念引入电力系统，探讨物联网技术在电力系统中的应用。

我国对电力物联网的研究最早可追溯到2009年，研究数量逐年增加。2019年国家电网公司在“两会”上正式提出“三型两网”的发展战略，将这一领域的研究带入新的热潮。笔者对现有的文献和研究进行阅读和梳理，分析并讨论我国现阶段电力物联网研究领域的若干热点问题，通过对这些问题的凝练和分析，为后续电力物联网的研究提供借鉴，吸引更多的学者进行研究。

1 电力物联网的内涵

电力物联网的起源可以追溯到物联网的提出和智能电网的诞生，但是作为一个专有名词，它出现的时间并不长。不同的学者虽然对电力物联网的内涵有不同的见解，但是归根到底都是相似的，且表达方式具有物联网特色。目前，对电力物联网的定义，按照定义的角度来划分主要有4种类型（见表1）。

a）信息通信的角度。电力物联网出现早期，大家通常从物联网的角度作为切入点解释何为电力物联网，因此电力物联网的概念具有较重的信息通信风格，用以帮助大家理解物联网在电力系统中的应用。

b）智能电网的角度。电力物联网的蓬勃发展与智能电网是分割不开的，在现阶段的研究文献中，绝大部分高水平文献都是以物联网如何在智能电网中发挥作用为主题的。这类研究因主要探索物联网技术为智能电网带来的变革，较少对电力物联网进行定义和规范，仅模糊地将其定义为物联网在智能电网中的应用。

c）应用的角度。从应用的角度对电力物联网来进行定义是2019年国家电网公司两会报告中提出“泛在电力物联网”之前较为流行的一种定义方式。此时的学者经过一段时间的研究和探讨，已经探索了多种物联网在电力系统的应用，早已脱离了单纯的信息通信领域，也慢慢区分出了智能电网与电力物联网。在这种情况下，“电力物联网”开始成为一个专有名词，也慢慢具备了“电力”特色。在应用研究框架下，电力物联网被定义为：实现电网基础设施、人员及所在环境识别、感知、互联与控制的网络系统。

d） 综合的角度。国家电网公司在2019年两会报告中提出要建设运营好“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。这是“泛在电力物联网”这个名词首次出现在国家电网公司的两会报告中，也是首次出现在学术圈中。国家电网公司对于物联网在电力行业的应用，已有了多年的技术基础，具备了深刻的理解，才能从综合的角度给出详细的定义。但是这一定义又有所不同，所解释的名词是“泛在电力物联网”，针对“泛在”二字，国家电网公司泛在电力物联网建设大纲中的解释是，任何时间、任何地点、任何人和任何物，强调了无所不在，赋予电力物联网更高的期待和要求。“泛在电力物联网”的出现，基本明晰了电力物联网的内涵。

表1 电力物联网概念

2 智能电网与物联网

我国学者对电力物联网的研究一直都没有脱离智能电网[8-9]。2009年前后，国内智能电网的研究如火如荼地开展，国家电网公司先后启动了一系列试点工程，将智能电网的建设推向高潮[10]。随着世界各国对智能电网研究的不断深入，研究者们开始认识到，智能电网所要实现的是一个美妙而复杂的未来，这似乎与物联网的终极构想是一致的，物联网技术可以为智能电网服务。在这样的背景推动下，物联网技术走进了电力行业的视野，并紧密围绕智能电网的蓝图发挥作用。

我国学者对智能电网与物联网的研究，在不同时段有不同的主题，大致可以划分为两个时间段。第一个时间段是2013年以前，这是物联网理念在电力行业兴起至扎根的阶段，在这一时期内，大家都在认同并形成一个观点：电力物联网是智能电网发展到一定阶段的必然产物[11]。第二个时间段是2014年至今，是物联网概念在电力行业铺开发展的阶段，在这一时期，学者们不再集中论证将物联网引入电力行业的重要意义，而是着重刻画在不同的“智能”场景中，如何让物联网发挥重要作用[12-14]。

尽管大家对“电力物联网与智能电网关系密切”这一观念高度认可，但是对电力物联网和智能电网的关系还是有不同的看法。一种看法认为，智能电网是物联网的一种应用，一个子系统，是在电力专业范围内的一个专业物联网，它可以随着智能电网建设水平的不断提升而提升[15-16]；另一种看法则较为复杂，持这种看法的学者认为电力物联网和智能电网无论是在内涵、特点、形成背景还是实现手段上都高度一致[17]，但是智能电网本质上是电网的优化运行和管理，主要解决能源问题，而电力物联网本质上是电力信息的高效运行，主要解决信息问题。出现概念高度相似的原因是很多的，主要是两者都是电力行业高速发展的产物，尚未经过学术界的统一定义，而根据国家电网“三型两网”相关文件中解读可以知道，在国网公司的概念体系中，尽管都是围绕着“智能”展开，但两者的物理基础和使命还是有所区别。首先，物理基础方面，坚强智能电网的物理基础是以特高压骨干网架为主、各级电网协调发展，泛在电力物联网则是泛在的万物；其次，在使命方面，坚强智能电网是为了更好地适应能源协调发展，泛在电力物联网则是为了电网各方面战略发展开拓新道路。

总的来说，电力物联网是伴随智能电网而生的，其愿景又更为宏大。在当前的研究体系中，二者由于根基尚浅，许多基础问题尚未严格地区分开来，使得二者更加紧密不可分，但是随着研究的深入，“智能”这一主题一定不会仅仅局限于智能电网或者物联网，新技术的发展会为两者带来更多的不同。

3 物联网在电力系统中的应用

物联网目前已在交通、安全、生活、环保、零售、公共服务、航空航天、医疗等领域得到应用，涵盖社会、工业、环境等多个方向[18]。物联网在电力行业也有着广阔的应用空间，多角度的应用研究是电力物联网研究领域的热点。目前，我国电力物联网应用研究有以下几个热点。

3.1 电力物联网传感器研究

感知层是电力物联网的第一层，通过传感器实现信息的识别、采集和组织。电力系统复杂多样，想要实现统一的信息交换和信息处理，就需要合理利用传感器技术，并在这一基础上研究统一的信息模型。根据研究的类别不同，现阶段研究中，与电力物联网紧密相关的传感器主要有3种：首先，最为重要的是无线传感器，无线传感器是一个由天线和带有电磁屏蔽的电路板组成，结构小巧简单，使用技术已十分成熟，在电力系统的应用中，存在路由策略、统一信息模型、隐私保护、电磁兼容等问题；其次是气敏传感器，气敏传感器常出现在变压器油色谱检测中，是一种测量气体属性，并将气体属性转化成电信号的装置；最后是温度传感器，用以测量各种设备环境的温度数据。

3.2 电力物联网在电力系统六大环节中的作用

电力系统有六大环节，发电、输电、变电、配电、用电和调度。不论是智能电网还是电力物联网，都要以这六大环节为核心开展具体业务。电力物联网是智能电网在设备智能化上的延伸，主要解决的问题包括在线监测、状态评估、故障诊断、决策与管理等。在发电环节，电力物联网能够对各类电厂实现检测、预测和控制，总体优化资源配置，提升机网协调水平，保障发电侧安全、稳定、经济地运行；在输电环节，电力物联网能够对输电线路进行实时监控，并共享、分析线路数据，保障输电线路安全，提高智能化输电的可靠性和安全性；在变电环节，电力物联网可以解决设备信息数字化、检修状态化和运维高效化的问题，实现变电环节的安全管理、无人化和数字化；在配电环节，配电物联网致力于解决精益化运维、定制化应用、智能化管控、网络化协同、延伸服务和综合管理问题，对内实现智能管理和资源协同，对外则与用电环节相配合，为智能用电提供接口；用电环节是电力行业新战略的突破口，千家万户都可以感受到电力物联网的“智能”，用户作为最重要的人参与泛在终端，为新业务的发展提供了无限可能；电力物联网的“泛在”监控已经很好地解决了智能调度的问题，检修人员可以通过物联网实时全面地了解各种设备的运行状态，为故障快速修复、电网安全运行提供了更强的保障。

3.3 电动汽车

车联网是电力物联网研究中的一个热点，也是泛在电力物联网在用户侧的一个重要切入口。截至2018年4月，国家电网公司的智慧车联网已经覆盖150多个城市和3.1万km高速公路，共计投入充电桩5.6万个。智慧车联网是电力网物联网的重要实践，如今的智慧车联网早已实现车、人、城市之间的相互交互，目前正在积极拓展车联无限的有关业务，打开物联网更深层次的应用。

3.4 5G与电力物联网

在金融领域，电力物联网是“5G”时代的第二个十倍风口，这是由于当前5G硬件设施在快速建设中，电力物联网将是继边缘计算之后，第二个由市场推动的十倍牛股行业。5G是新一代通信技术，有着海量接入、大带宽和低延时的特点，利用边缘计算技术和切片网络技术，5G时代为垂直行业变革提供了实现路径，也为电力物联网业务提供了有效支撑[19]。目前，上海、河南、江苏等地都已开展5G与泛在电力物联网的实践和研究，多所变电站已经能够实现高清视频回传和通信，接下来将在通信质量和统一控制方面有更多的发展。

4 结束语

电力物联网再一次“火”起来是市场推动的结果，是整个行业发展的迫切需求。电力物联网发展至今，尽管在定义、路径和技术等方面有各种各样的问题，但是其发展目标一直是十分明确的。这在电力物联网的研究领域表现为应用先行，解决实际问题的能力更为成熟，而理论框架研究则一直比较薄弱。随着《泛在电力物联网》建设大纲的颁布和实施，我国电力物联网的研究将进入“规范化”时代，势必会产生更加完善的理论体系，为电力物联网的实践工作提供支持和指导。