论文部分内容阅读
【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泛在电力物联网的定义及特点
泛在网及物联网的概念均来源于美国，分别由美国加州施乐公司及美国麻省理工学院（MIT）于1999年提出，从概念上来说，二者的边界范围是不一样的。泛在网强调的是个人和（或）设备无论何时、何地、何种方式都能以最少的技术限制接入到服务和通信的能力。人与物、物与物之间的通信是泛在网络的突出特点。而物联网从狭义上理解，强调的则是一种整合网络资源的能力，通过物品和物品的联系实现设备的智能化管理和运行维护，其本质是一种信息空间和物理空间的融合技术。根据2019年3月8日国网公司提出的《泛在电力物联网建设大纲》对国网公司泛在物联的定义是：泛在物联网是指任何時间、任何地点、任何人，任何物之间的信息连接和交互。从上述定义来看，国网公司所提出的概念和泛在网、物联网的发展历史是一致的，强调了任何时间、任何地点、任何人、任何物的泛在属性，而信息连接和交互则强调了物联网信息通讯整合的能力。
结合电力系统的特点，国网公司给泛在电力物联网定义如下：“泛在电力物联网将电力用户及设备、电网企业及设备、发电企业及设备、供应商及其设备、以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发展、供应商和政府社会服务，以电网为枢纽，发展平台和共享作用，为全行业和更多市场主题发展创造更大机遇，提供价值服务”。
从概念上来看，该理念的提出是泛在物联网在电力行业的具体表现和应用落地。为了实现电力泛在物联，需要进一步构建开放、分层、可扩展的网络体系结构，实现异构信息的互联、交互、操作，最终形成“大云物移智”（大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能）的框架体系。
2泛在电力物联网的关键技术
泛在电力物联网是基于智能电网发展而来，智能电网的核心是构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，其本质为能源替代和兼容利用。泛在电力物联网的本质是海量电力信息的可靠、高效利用手段。对泛在电力物联网的4层体系架构，包含四大要素，即终端海量电力数据的采集及终端智能化、电力数据的传递、电力数据的一体化分析和管理、电力信息的综合应用，所对应的关键技术为智能芯片、现代通信技术和物联网平台。
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。
2.2 5G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。
3结语
泛在电力物联网的建设，其最终目的是为了实现建设世界一流能源互联网企业的目标追求。能源互联网的构成，需要坚强智能电网与泛在电力物联网“两网”的深入融合，因此泛在电力物联网的建设不可或缺。泛在电力物联网，利用“大云物移智”技术，促进能源的多元化、清洁化、综合化发展，从而实现用能、运维成本不断降低，更好地满足用户对多种用能的需求。
参考文献：
[1]叶祖丽.推进高质量发展支撑世界一流能源互联网企业建设：公司2018年信息通信工作会议解读[N].国家电网报，2018-02-12（2）.
（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）
【关键词】电力;物联网;关键技术
1泛在电力物联网的定义及特点
泛在网及物联网的概念均来源于美国，分别由美国加州施乐公司及美国麻省理工学院（MIT）于1999年提出，从概念上来说，二者的边界范围是不一样的。泛在网强调的是个人和（或）设备无论何时、何地、何种方式都能以最少的技术限制接入到服务和通信的能力。人与物、物与物之间的通信是泛在网络的突出特点。而物联网从狭义上理解，强调的则是一种整合网络资源的能力，通过物品和物品的联系实现设备的智能化管理和运行维护，其本质是一种信息空间和物理空间的融合技术。根据2019年3月8日国网公司提出的《泛在电力物联网建设大纲》对国网公司泛在物联的定义是：泛在物联网是指任何時间、任何地点、任何人，任何物之间的信息连接和交互。从上述定义来看，国网公司所提出的概念和泛在网、物联网的发展历史是一致的，强调了任何时间、任何地点、任何人、任何物的泛在属性，而信息连接和交互则强调了物联网信息通讯整合的能力。
结合电力系统的特点，国网公司给泛在电力物联网定义如下：“泛在电力物联网将电力用户及设备、电网企业及设备、发电企业及设备、供应商及其设备、以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发展、供应商和政府社会服务，以电网为枢纽，发展平台和共享作用，为全行业和更多市场主题发展创造更大机遇，提供价值服务”。
从概念上来看，该理念的提出是泛在物联网在电力行业的具体表现和应用落地。为了实现电力泛在物联，需要进一步构建开放、分层、可扩展的网络体系结构，实现异构信息的互联、交互、操作，最终形成“大云物移智”（大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能）的框架体系。
2泛在电力物联网的关键技术
泛在电力物联网是基于智能电网发展而来，智能电网的核心是构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，其本质为能源替代和兼容利用。泛在电力物联网的本质是海量电力信息的可靠、高效利用手段。对泛在电力物联网的4层体系架构，包含四大要素，即终端海量电力数据的采集及终端智能化、电力数据的传递、电力数据的一体化分析和管理、电力信息的综合应用，所对应的关键技术为智能芯片、现代通信技术和物联网平台。
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。
2.2 5G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。
3结语
泛在电力物联网的建设，其最终目的是为了实现建设世界一流能源互联网企业的目标追求。能源互联网的构成，需要坚强智能电网与泛在电力物联网“两网”的深入融合，因此泛在电力物联网的建设不可或缺。泛在电力物联网，利用“大云物移智”技术，促进能源的多元化、清洁化、综合化发展，从而实现用能、运维成本不断降低，更好地满足用户对多种用能的需求。
参考文献：
[1]叶祖丽.推进高质量发展支撑世界一流能源互联网企业建设：公司2018年信息通信工作会议解读[N].国家电网报，2018-02-12（2）.
（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）