泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術與應用前景

劉軒

【摘 要】近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展及能源需求的日益增長，能源供應的壓力不斷增大。同時，大量煤炭、石油等非清潔能源的使用所帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴重。因此，未來的電力系統(tǒng)必然將為可持續(xù)的全球經(jīng)濟增長提供高滲透率的清潔分布式能源。大量分布式能源的不斷接入給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行和安全管理提出了前所未有的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術正處于應對這一挑戰(zhàn)的最前沿，它可以通過泛在的感知技術賦予電力系統(tǒng)動態(tài)的靈活感知、實時通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不斷提升電網(wǎng)運行控制和調(diào)度的智能化水平，持續(xù)深入提高各種類型能源之間的互動能力，從而使電網(wǎng)從單純的電力傳輸網(wǎng)絡向智能能源信息一體化基礎設施擴展，將現(xiàn)有的電力系統(tǒng)轉變?yōu)楦咝А⒏踩⒏煽俊⒏邚椥院涂沙掷m(xù)性的智能網(wǎng)絡化電力能源系統(tǒng)。

【關鍵詞】泛在電力物聯(lián)網(wǎng);關鍵技術;應用前景

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義

泛在物聯(lián)是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息互聯(lián)和交互。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是指電力用戶及其設備、電網(wǎng)企業(yè)及其設備、發(fā)電企業(yè)及其設備、供應商及其設備、以及人和物的信息互聯(lián)和交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在電力系統(tǒng)中的應用，其本質(zhì)是實現(xiàn)各種信息傳感設備與通信信息資源的共享，從而形成具有自我標識、感知和智能處理的物理實體。實體之間的協(xié)同和互動，使得有關物體相互感知和反饋控制，形成一個更加智能的電力生產(chǎn)、生活體系。

1.2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)立足現(xiàn)有電網(wǎng)實體與通信技術，將不同能源系統(tǒng)物理互聯(lián)、時空信息互聯(lián)、商業(yè)互聯(lián)相融合，具有全息感知、泛在連接、開放共享、融合創(chuàng)新的特征。全息感知是指通過RFID、傳感器等，動態(tài)獲取“發(fā)–輸–變–用”各個環(huán)節(jié)不同設備、不同用戶的狀態(tài)信息。泛在連接指通過電力專網(wǎng)或移動網(wǎng)絡將電力系統(tǒng)中所有設備、用戶的信息和數(shù)據(jù)全時空連接。開放共享指在統(tǒng)一平臺上利用智能技術對數(shù)據(jù)進行共享和管理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，挖掘有效信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上下貫通，全方位實時交互。

1.3泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設目標

發(fā)揮泛在物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢是其建設的主要目標。電力數(shù)據(jù)來源各異，包含控制、計量、監(jiān)測等不同類型、不同時空尺度，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析及深度挖掘，是其首要建設目標。電力數(shù)據(jù)服務對象不同，打破數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)不同業(yè)務貫通是其第二階段建設目標。最終將電力數(shù)據(jù)應用于各行各業(yè)，推廣不同行業(yè)廣泛參與的商業(yè)模式是其最終建設目標。可以預見，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)，以機器學習和深度學習為代表的大數(shù)據(jù)及人工智能技術等數(shù)據(jù)知識挖掘技術將得到廣泛應用與發(fā)展。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術應用分析

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術在電力設備狀態(tài)采集中的運用

電力設備狀態(tài)采集工作中使用物聯(lián)網(wǎng)技術的主要目的是采集電力設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且利用感應器將多個來源的信號轉變?yōu)殡娦盘柣蚬庑盘枺绱瞬趴裳杆佟蚀_處理這些信號。感應器是用來采集電信號、光信號的設備，其屬于監(jiān)測系統(tǒng)的重要構成部分，為保證監(jiān)測結果準確性，需盡量選用精確度較高的感應器。由此可見，感應器技術將對電力設備狀態(tài)監(jiān)測工作造成巨大影響，現(xiàn)階段我國自主研發(fā)的感應器在性能、質(zhì)量方面并不能趕超國際水平

2.2物聯(lián)網(wǎng)技術在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測中的運用

智能感知層物聯(lián)網(wǎng)智能感知層指的是將物聯(lián)網(wǎng)作為載體的傳感設備，其主要包含：智能傳感設備、全球定位系統(tǒng)、紅外線傳感器等多種設備。智能感知就是利用電力傳輸、轉變電力設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。利用智能感知層采集電力設備運行狀態(tài)信息，其主要包含：電壓、溫度、氣象信息等多種信息，如此才可保證輸電線路及電力設備安裝工作可順利進行。

智能網(wǎng)絡層物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)絡層將利用無線信號傳輸各種信息（測溫節(jié)點、測溫終端配置有射頻芯片，而無線信號利用射頻芯片發(fā)射信號）。測溫節(jié)點中配置的所有射頻芯片中會有一個與其他測溫節(jié)點傳遞信號;測溫終端中配置的射頻芯片可與測溫節(jié)點聯(lián)系在一起，且測溫終端可通過通信總線、管理主機發(fā)送溫度信息或接收相關指令。

2.3配電通信

對于電力系統(tǒng)中的配網(wǎng)，其主要是借助于載波通信等方法來運行。對于配網(wǎng)的結構，其相對較為復雜，加上使用過程中的電壓等級較多，支線數(shù)量較多，使得配網(wǎng)通信難度大大增加。對于當前大部分的配電網(wǎng)，其無法實現(xiàn)自身的單獨通信，往往都是通過光纖通信等方式來實現(xiàn)。但由于配電網(wǎng)在應用的過程中有時需要對其進行多次改動，而在現(xiàn)實的應用中卻無法實現(xiàn)對配電網(wǎng)點的改變，配電通信受到較大的影響。而通過物聯(lián)網(wǎng)技術的應用則能夠很好地解決這一問題，通過物聯(lián)網(wǎng)技術的應用能夠對配電主站和配電網(wǎng)點之間進行有效的連接通信。在使用的過程中，僅僅需要將配電網(wǎng)中的相關設備連接到互聯(lián)網(wǎng)中，就能夠實現(xiàn)對配電網(wǎng)的通信。

2.4防護技術

在網(wǎng)絡中使用的安全防護技術主要有加密技術、入侵檢測和保護機制以及認證技術。無線通訊技術，無線通訊技術是造成網(wǎng)絡安全問題的主要因素，也是現(xiàn)在重點研究的課題，通過各種認證協(xié)議對網(wǎng)絡安全中的漏洞進行檢測和填補，現(xiàn)在主要采用的RFID容易被破壞和竊取，對信息發(fā)展造成了不利的影響，甚至危及國家安全以及人民的利益，因此，其安全協(xié)議建議采用一種分布式數(shù)據(jù)庫環(huán)境的認證協(xié)議——分布式RFID詢問應答認證協(xié)議，此類協(xié)議目前沒有發(fā)現(xiàn)明顯的安全漏洞。而其他的LCAP協(xié)議或者是Hash-Lock協(xié)議等存在著一些問題或者是漏洞，要么無法適應分布式數(shù)據(jù)庫的計算環(huán)境，要么無法解決攻擊問題，或者只針對某一些身份進行驗證，相較之下這種分布式RFID詢問應答認證協(xié)議更為適合。

對網(wǎng)絡進行檢測和保護需一起協(xié)同配合，才可以有效保障網(wǎng)絡的安全。主機的入侵檢測、網(wǎng)絡的入侵檢測以及組件的入侵檢測構成了整個入侵檢測技術，基于組件的入侵檢測技術是在不同的計算機上配置不同功能的組件，這些組件可以單獨工作，也可以相互協(xié)同工作，這樣分布式配置可以增加擴展性和安全性，也提高了檢測效率。使用分布式的檢測和防護手段是針對于此網(wǎng)絡的特點和安全性所提出的建議，在實施過程中應重點尋找和關注可靠節(jié)點。

3 結束語

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，結合智能終端傳感器、通信網(wǎng)、人工智能、云平臺技術，構成的復雜多網(wǎng)流系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過電力系統(tǒng)設備信息交互、人物信息交互，實現(xiàn)能源生產(chǎn)與消耗的實時平衡，保障電網(wǎng)的經(jīng)濟安全運行;另一方面也可以促進電力市場的開放，實現(xiàn)供需交易的快速響應，以及清晰明了的電網(wǎng)資產(chǎn)評估。泛在物聯(lián)技術與電力系統(tǒng)的結合，最終將會構建多方參與的能源生態(tài)體系。作為第三次能源革命的核心技術，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）