泛在電力物聯網綜述

沈陽工程學院 隋雨軒 高 陽

泛在電力物聯網是將人工智能和移動互聯等前沿性現代化信息通訊手段應用于電力系統運行的每一環節，從而構建一個物與物間，人與物間，人與人之間相互聯通的智能化服務網絡。通過對泛在網絡及物聯網的解釋提出了對泛在電力物聯網的理解，并簡要介紹泛在電力物聯網基本特征。通過對泛在電力物聯網的關鍵技術的介紹進一步了解泛在電力物聯網的技術組成。

引言：如今信息全球化、數據開放互聯已經成為世界發展的總趨勢，各行各業要想在這個信息大爆炸的時代中站穩腳步，就要精準高效的掌握更多行業大數據，探索市場行為與行業大數據的增長關系，把握住信息互聯帶來的機遇，才能先人一步奠定企業在行業中的領軍地位。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。為解決上述問題，國家電網公司董事長在第三屆職工代表大會上作了關于《守正創新 擔當作為 奮力開創世界一流能源互聯網企業建設新局面》的主題報告。報告中明確的提出了將建設“泛在電力物聯網”作為企業發展戰略目標。

本文從泛在網絡以及物聯網的釋義入手，闡釋了對于泛在電力物聯網含義的理解，并對泛在電力物聯網的基本特征以及構建泛在電力物聯網的關鍵技術進行了簡單介紹。

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Mark Weiser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（Internet of things）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 泛在電力物聯網關鍵技術

泛在電力物聯網是由智能電網不斷發展創新而來，智能電網的關鍵是能源的兼容利用和替代，構建一個可以自我調節且具備智能判斷能力的多能源網絡系統。區別于智能電網，泛在電力物聯網的關鍵是對大量的可靠電力信息的高效利用，其體系構建過程中涉及到許多關鍵性技術，例如智能傳感與終端技術、通訊網絡技術、數據平臺、智能計算、安全性等。為解決上述關鍵問題，需要進行必要的技術革新。以下為構建泛在電力物聯網過程中所需要的關鍵技術的簡單介紹與理解。

2.1 智能傳感及智能終端

對于含多維特征參量數據的高精度、智能感知及全局狀態信息智能化終端是泛在電力物聯網發展中最基礎也是最關鍵的技術。

伴隨電力系統的不斷發展，越來越多的控制、監測、計量、保護等設備接入運行的系統中，這使得運行的系統產生了大量數據。對于電力設備層的智能傳感設備需要保證在復雜的運行情況下采集的多維特征參量數據的準確性。因此，泛在電力物聯網中的智能化傳感裝置在面對復雜的系統運行情況仍要保證采集的光、電磁、聲學信號的數據可靠性及精準度。

同時對于多維特征參量數據的感知技術不僅僅要優化智能傳感設備，智能化終端的發展也是其重中之重。構建智能化終端過程中需要保證智能化終端的即連即用以及業務終端的一體化管理。谷歌公司近年開發的Edge TPU芯片和中科院研發的“寒武紀”芯片都是具備邊緣計算功能以及大量數據信息處理能力的智能化芯片。這種以智能芯片為載體的智能傳感與終端設備不僅具有超高的測量精度，而且能耗較小并且可以進行智能計算，這使得網絡系統中數據采集、傳遞的精準度得到了很大提升。它的智能計算功能讓系統同時成為擁有自控制能力的智能化終端。這些芯片的出現打破了傳統設備只能夠實現遙測遙信不能遙控的局面，推動了終端全息化與智能化技術的快速發展。

2.2 一體化通信網絡

泛在電力物聯網構建起一個人與環境間的信息交互網絡，這需要海量數據的支撐。數據的獲取與傳輸對于有些環境復雜的用電地區比較困難，通信網絡難以到達環境惡劣的地區導致現場數據很難傳送。因此，傳統的有線網絡通信技術難以滿足泛在電力物聯網的要求。最新發展的5G通信技術不僅速率高而且其高容量、低延時、低能耗、高可靠性的特點不僅滿足泛在電力物聯網海量信息傳輸、萬物互聯的要求又保障了電力系統的可靠性、靈活控制與響應。

5G通訊技術被稱為物聯網行業進步的基石。對于不同情況下的5G切片網絡通信被視為解決泛在連接問題和系統內全系感知的關鍵技術。電力系統中需要極高的控制實時性以及可靠性的部分需要接入專屬的電力線纜，這一部分對于通信的帶寬、可靠性以及延時性等方面性能要求高于5G通信，對于分布式設備則對應于5G通信高密度的連接特性，而且5G通信提高了人工智能、深度學習以及大數據等數據水平的分析能力，其對分布式數據資源的大量輸入以及全方位的量測體系的建立和發展具有重大意義。5G技術在電網內多方面得到應用，比如性能增強使得泛在電力物聯網的萬物互聯的實現提供技術支持；軟化開放技術對泛在電力物聯網的協助管理加強了電網在通信方面的自主性。因此，5G通信技術是構建泛在電力物聯網的重要關節，加快5G建設，擴展其覆蓋面積，穩定其信號強度這都是當前運營商亟待解決的問題。

2.3 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ONE NET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。

結論：泛在電力物聯網圍繞著電力系統，結合人工智能、終端傳感器、一體系數據平臺等技術組成的龐大的網絡系統，并將開放共享作為其本質特點。經濟安全穩定一直是電力系統運行中的基本要求，而泛在電力物聯網所能實現的信息開放共享、信息交互讓電力系統運行的實時數據得以傳輸，不僅能夠保障運行時的系統安全穩定，供求實時皆可知也提升了其經濟性。泛在電力物聯網的建設是電力行業必須要拓展的一條道路，利用好智能傳感、智能終端等關鍵性技術發展建設泛在電力物聯網，才能帶來更好的用戶感受，滿足人們對于幸福生活的追求。