泛在電力物聯網建設技術構架及實現方案

劉晨龍

【摘?要】在新能源快速發展和結構不斷優化的前提下，堅強智能電網和泛在電力物聯網建設的概念不斷被提出。泛在電力物聯網建設主要是將現代信息技術和先進通信技術應用于電力系統中，以實現電網運行更安全、能源利用更高效的目的。在此基礎上，對泛在電力物聯網的基本概念進行介紹，針對泛在電力物聯網建設的關鍵技術，初步提出泛在電力物聯網建設技術構架;然后結合其技術構架給出了泛在電力物聯網建設實現方案。實驗表明，所提方案為加快打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯網企業，為落實“三型兩網、世界一流”戰略目標提供一個全新的思路[1]。

【關鍵詞】泛在電力物聯網;新能源;智能電網;信息技術

引言

目前，交直流輸電模式的廣泛應用，分布式發電設備的類型與數量不斷增加，這使得電網的復雜程度不斷加深。此外，大量的新興能源作為日常供電的原料，致使電能的買賣價格不斷發生變化，同時還要保證日常供電的安全穩定，繁多的電力電子設備的使用讓電網安全運行的壓力與日俱增。此外面對電力市場的開放，輸配電價格不斷降低，用電需求增長減速等問題，讓電力行業的經營困難重重。

1泛在電力物聯網

1.1泛在電力物聯網定義

泛在網絡一詞首次出現于計算機科學家MarkWeiser提出的泛在計算，是在當前具備的網絡技術基礎上進行的一次全面的應用革新。泛在網絡由字面意思可想而知存在于我們周圍各處的網絡，并且不斷地吸納其他新網絡，從而給泛在網絡增添新的業務和功能，達到在沒有任何時間、空間、地域的限制進行人人之間，人和物之間。物與物間的信息置換，直至“無所不在、無所不包、無所不能”。物聯網（Internetofthings）從字面來看網絡中的事物都是相互連接的，利用智能感知、識別技術與通信感知技術將傳感器、控制器、人和物之間以一種全新的形式建立起聯系，打造新型物與物、人與物相聯的智能信息化網絡。泛在電力物聯網是國家電網公司董事長寇偉提出的新概念，就是將泛在物聯技術引入電網。國網公司對泛在電力物聯網給出了如下概念：“泛在電力物聯網將電力用戶及設備、電網企業及設備、發電企業及設備、供應商及其設備、以及人和物連接起來，產生共享數據，為用戶、電網、發展、供應商和政府社會服務，以電網為樞紐，發展平臺和共享作用，為全行業和更多市場主題發展創造更大機遇，提供價值服務”。

1.2泛在電力物聯網的特征

泛在電力物聯網的構建立足于當下的實體電網與通信技術，是泛在物聯技術應用于電力行業的具體表現。在各領域間形成了物理互聯、通訊互聯以及商業互聯，實現了逐步由“垂直封閉”向“水平開放”的轉型，具有全面感知、泛在物聯、融合創新、以及開放共享這一本質特點。區別于現有的電力網絡與信息通信系統，泛在電力物聯網可全面感知各能源領域整個運行期間內的設備和用戶狀態以及全業務的穿透能力，全方位的將電力系統基本的“發、輸、變、用”環節與社會行業機構、用戶以及供應商連接起來，推動了數據融合，促進能源互聯業務創新，實現安全多方位的開放共享，給用戶更加優質的服務體驗[2]。

2泛在電力物聯網建設的技術構架

2.1信息感知層

對于電力物聯網中的信息感知層，是利用智能傳感設備對電網末端運行設備進行實時數據采集、監測和感知。電網運行的數據流貫穿發電、變電、輸電、配電及用電全過程。對于電力系統一次設備信息，一部分屬于設備基礎數據，另一部分是設備實時運行狀態數據。實時數據需要相對應的智能監測設備對其監測和感知，例如：紅外測溫儀、監測攝像頭、巡檢機器人及無人機等。電力系統二次設備，例如：繼電保護裝置和電能監測設備具備對電網運行數據的采集功能。用電側設備包括智能電表、智能家電、電動車充電樁等。一方面，它們能將系統運行數據和用戶電量消耗數據進行采集;另一方面，也能將設備運行數據、電力系統運行數據、用戶耗能及電力能源交易數據傳輸至系統平臺。

2.2邊緣計算層

邊緣計算是指在數據源附近進行計算、初步分析、存儲和應用的開放式平臺。電力物聯網邊緣計算層由電力終端設備、智能設備、邊緣節點處設備構成，對系統終端層上傳的數據進行簡單計算和初步處理，同時將處理結果上送至云中心。邊緣計算層將終端層與網絡層進行更全面、更細化的連接，經過其簡單的計算分析，可大大緩解了云中心處理數據的壓力。隨著電網的逐步發展，電網架設安裝的設備越來越多，大量的數據需要傳輸和計算。可以在邊緣節點處靈活部署設備，更接近終端設備、用戶設備，能準確及時對電力系統運行和用戶用電情況進行反饋，從而能更好的進行電力能源的調度。

2.3網絡傳輸層

傳統的電力網絡傳輸包括工業以太網、電力載波通信和光纖通信。泛在電力物聯網網絡層傳輸層在已有的網絡傳輸基礎上著力發展電力無線專網和終端通信建設，增強帶寬，以實現深度全覆蓋，滿足新興業務發展的需要。網絡傳輸層是在感知層與平臺應用層建立通信連接，對所采集到的數據、信息進行高效、安全的傳輸。網絡傳輸除了網絡架構的搭建問題，最重要的是傳輸安全性及傳輸數據的速度。泛在電力物聯網的數據來源是多元化的，數據的格式是多樣的，因此需要網絡的融合性和數據兼容性更強。同時，多源的數據會給網絡帶來更大安全風險。為了解決數據在各個環節所產生的安全風險，最優的信息保密技術亟待研究和應用。隨著國內5G技術的快速發展，電5G通信也應用于電力物聯網領域。5G通信具有無線覆蓋面廣、傳輸時延短、系統安全性高、傳輸速率高等特點，能較好應用泛電力物聯網的網絡建設中。

2.4智能化物聯網平臺

泛在電力物聯網的構建就是將電力大數據導入一體化的數據平臺從而來提升對于海量的電力數據的管理，同時保障電力大數據開放與共享過程中的安全性。因此，進行數據管理的一體化數據平臺不僅需要進行云端計算和大數據處理還需要具備智能檢測故障的能力。當下有許多一體化數據平臺在實際實踐中逐步得以應用，例如阿里Link物聯網平臺、移動ONENET物聯網平臺等。由這些已經投入使用的一體化數據平臺運行經驗可知，構建泛在電力物聯網的一體化數據平臺必須要以可實現大數據、人工智能和云計算功能的物聯網平臺為技術基礎。

結語

本文提出了泛電力物聯網建設技術構架與實現方案，闡述了基本概念到技術重點，為電力企業深化改革，加快打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯網企業提供新思路。但是，泛電力物聯網建設是一個龐大且復雜的工程，完全建設起來還需要攻克很多技術難題，希望本文的內容能為下一步的研究提供參考[3]。

參考文獻：

[1]王毅，陳啟鑫，張寧，等.5G通信與泛在電力物聯網的融合：應用分析與研究展望[J].電網技術，2019，43（5）：1575-1585.

[2]陳江.泛在電力物聯網關鍵技術探討[J].通信世界，2020，27（1）：254-255.

[3]茹超超，岳珈增，鄭扣扣.電力系統下的泛在電力物聯網技術探析[J].電子元器件與信息技術，2020，4（1）：110-111.

（作者單位：河南工學院）