论文部分内容阅读
摘要：2019年国家电网公司提出了打造泛在电力物联网的构想，拟通过物联网技术赋予电力系统灵活感知、实时通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不断提升电网运行控制和调度的智能化水平，持续深入提高各种类型能源之间的互动能力，将现有的电力系统转变为更高效、更安全、更可靠、更具弹性和可持续性的智能网络化电力能源系统。对泛在电力物联网的基本概念、主要特点、关键技术和典型应用进行说明与分析，在此基础上给出泛在电力物联网建设面临的主要挑战，为相关研究的深入开展提供有益的参考。
关键词：电力;物联网;关键技术
近年来，随着社会经济的迅猛发展及能源需求的日益增长，能源供应的压力不断增大。大量分布式能源的不断接入给电力系统的经济运行和安全管理提出了前所未有的挑战。物联网技术正处于应对这一挑战的最前沿，它可以通过泛在的感知技术赋予电力系统动态的灵活感知、实时通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不断提升电网运行控制和调度的智能化水平，将现有的电力系统转变为更高效、更安全、更可靠、更具弹性和可持续性的智能网络化电力能源系统。
一、泛在电力物联网的概念及特点
随着世界各国物联网技术的蓬勃发展，物联网逐渐深入到人类生活的各个领域。电力系统作为目前最庞大、最复杂的人工系统之一，其中涉及到不计其数的人与人、人与物、物与物之间信息的双向获取、传递、融合、交互和利用。因此，物联网技术应用于电力能源领域是必然的趋势。泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。因此泛在电力物联网是泛在物联网在电力行业的具体表现形式和应用落地。泛在电力物联网就是围绕电力系统各环节，充分应用现代信息技术和先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。通过全息感知和广泛互联产生共享数据，通过融合融通提供价值服务是泛在电力物联网建设的目标。
泛在电力物联网一般具有以下几方面的特点：一是信息感知全面、组网快速灵活;二是信息融合度高、通信方式灵活;三是拓扑变化频繁、具有自愈能力;四是以数据为中心、面向具体服务;五是访问权力受限、安全性要求高;六是可扩展性强、智能化程度高。
二、泛在电力物联网的关键技术
（一）异构网络平台的互操作性和无缝融合技术
泛在电力物联网是一个典型的异构网络，网络的异构化造成了网络平台连接的复杂性。经过多年的发展，物联网在应用过程中已有很多连接标准，对应于物联网的3个普及任务，可以大致将现有的物联网连接标准分为3类：（1）与数据相关;（2）与通信相关;（3）与服务相关。对于电力系统来说，如果上述三类连接标准缺乏互操作性，则数据表示格式、数据分发机制和数据管理平台，都将面临挑战。要应对这些挑战必须开发和实施全面的连接标准，这对于实现泛在电力物联网物理域和虚拟域之间的互操作性和无缝过渡至关重要。因此，需要借鉴现有的物联网连接标准，进一步提出适用于电力系统应用环境的网络连接标准，以实现差异化传感设备之间数据、通信和服务的互操作性，以确保多种类型异构传感网络在电力系统各个应用领域中的渗透和无缝运行。
（二）海量数据的处理技术和计算技术
通过电力能源系统连接的成千上万个物联网设备将会生成大量数据，这些数据具有高速生成、类型多样、时效性要求高、准确性不一致等显著特点，使得数据的存储、共享和管理的过程都变得更加困难。如何通过有效的处理和计算方法将众多数量的数据转化为有价值的信息是一个严峻的挑战。大数据的处理和计算技术将赋予物联网类似于生物神经系统对信息的认知和分析能力，这使得物联网从最初的仅以传递信息为主要目的的连接型网络，向通过处理信息以达成特定的服务为主要目的的智能型网络转变。很多学者针对具体的电力应用领域提出了相应的数据驱动方法来解决数据的处理、分析和计算的问题。
（三）网络安全与可靠性技术
如前所述，电力系统关系到国计民生，泛在电力物联网必须具有极高的安全性和可靠性，因此提出有效的保证物联网安全和隐私的技术也是至关重要的。然而，由于未来泛在电力物联网环境中将不断有新设备甚至新人员的加入，这些“新兴事物”数量巨大且具有多样性、异质性和动态变化的特点，这就使得保证网络安全和隐私的任务变得更为复杂。传统的网络安全控制通常仅局限于一个领域，即监控一个特定的基础设施单元并保护一个特定的服务，如访问控制。然而，由于物联网可容纳许多资源受限的事物，因此将无法继续沿用当前的安全和访问控制措施。物联网的安全和隐私应满足保密、授权、认证、可用性和完整性等基本标準。
（四）新一代人工智能技术
专家系统、神经网络、模糊集合及启发式搜索算法等这些传统的人工智能技术在电力系统中早已得到了广泛应用。近年来，随着深度学习在图像领域的突破性进展掀起了人工智能新一轮的研究热潮。以高级机器学习理论、大数据、云计算为主要代表的NGAI技术，具有应对高维、时变、非线性问题的强优化处理能力和强大学习能力，为突破因分布式电源、分布式储能、电动汽车等多种新型能源高比例接入引起的电网复杂非线性、不确定性、时空差异性等挑战提供了有效的解决途径。如果说传感设备为电力设备提供了“耳、鼻、口”等“感觉器官”，使其能够实时感受到外界环境的变化并及时和人类沟通，那么人工智能则赋予了电力设备会思考的“大脑”，使其能够对感知到的信息进行计算和融合进而得出相应的结论上报给用户，甚至可以通过对实时信息和历史数据进行分析，提出长期的决策建议为用户服务提供参考。
三、结语
总之，“坚强”与“智能”并重是我国能源互联网发展的内在要求和方向，而“坚强”和“智能”这两者本身就是相互促进的。因此，可以预见，承载数据流的泛在电力物联网与承载电力流的坚强智能电网必将相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。
参考文献：
[1]傅质馨，李潇逸，袁越.泛在电力物联网关键技术探讨[J].电力建设，2019，40（5）：1-12.
[2]梅沁，李大伟，虎啸.基于NB-IoT的电力物联网安全技术研究[J].电力信息与通信技术，2019，17（01）：104-108.
[3]李晓辉.面向智慧城市的物联网基础设施关键技术研究[J].计算机测量与控制，2017（07）：13-16.
（作者单位：国网福建省电力有限公司云霄县供电公司）
关键词：电力;物联网;关键技术
近年来，随着社会经济的迅猛发展及能源需求的日益增长，能源供应的压力不断增大。大量分布式能源的不断接入给电力系统的经济运行和安全管理提出了前所未有的挑战。物联网技术正处于应对这一挑战的最前沿，它可以通过泛在的感知技术赋予电力系统动态的灵活感知、实时通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不断提升电网运行控制和调度的智能化水平，将现有的电力系统转变为更高效、更安全、更可靠、更具弹性和可持续性的智能网络化电力能源系统。
一、泛在电力物联网的概念及特点
随着世界各国物联网技术的蓬勃发展，物联网逐渐深入到人类生活的各个领域。电力系统作为目前最庞大、最复杂的人工系统之一，其中涉及到不计其数的人与人、人与物、物与物之间信息的双向获取、传递、融合、交互和利用。因此，物联网技术应用于电力能源领域是必然的趋势。泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。因此泛在电力物联网是泛在物联网在电力行业的具体表现形式和应用落地。泛在电力物联网就是围绕电力系统各环节，充分应用现代信息技术和先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。通过全息感知和广泛互联产生共享数据，通过融合融通提供价值服务是泛在电力物联网建设的目标。
泛在电力物联网一般具有以下几方面的特点：一是信息感知全面、组网快速灵活;二是信息融合度高、通信方式灵活;三是拓扑变化频繁、具有自愈能力;四是以数据为中心、面向具体服务;五是访问权力受限、安全性要求高;六是可扩展性强、智能化程度高。
二、泛在电力物联网的关键技术
（一）异构网络平台的互操作性和无缝融合技术
泛在电力物联网是一个典型的异构网络，网络的异构化造成了网络平台连接的复杂性。经过多年的发展，物联网在应用过程中已有很多连接标准，对应于物联网的3个普及任务，可以大致将现有的物联网连接标准分为3类：（1）与数据相关;（2）与通信相关;（3）与服务相关。对于电力系统来说，如果上述三类连接标准缺乏互操作性，则数据表示格式、数据分发机制和数据管理平台，都将面临挑战。要应对这些挑战必须开发和实施全面的连接标准，这对于实现泛在电力物联网物理域和虚拟域之间的互操作性和无缝过渡至关重要。因此，需要借鉴现有的物联网连接标准，进一步提出适用于电力系统应用环境的网络连接标准，以实现差异化传感设备之间数据、通信和服务的互操作性，以确保多种类型异构传感网络在电力系统各个应用领域中的渗透和无缝运行。
（二）海量数据的处理技术和计算技术
通过电力能源系统连接的成千上万个物联网设备将会生成大量数据，这些数据具有高速生成、类型多样、时效性要求高、准确性不一致等显著特点，使得数据的存储、共享和管理的过程都变得更加困难。如何通过有效的处理和计算方法将众多数量的数据转化为有价值的信息是一个严峻的挑战。大数据的处理和计算技术将赋予物联网类似于生物神经系统对信息的认知和分析能力，这使得物联网从最初的仅以传递信息为主要目的的连接型网络，向通过处理信息以达成特定的服务为主要目的的智能型网络转变。很多学者针对具体的电力应用领域提出了相应的数据驱动方法来解决数据的处理、分析和计算的问题。
（三）网络安全与可靠性技术
如前所述，电力系统关系到国计民生，泛在电力物联网必须具有极高的安全性和可靠性，因此提出有效的保证物联网安全和隐私的技术也是至关重要的。然而，由于未来泛在电力物联网环境中将不断有新设备甚至新人员的加入，这些“新兴事物”数量巨大且具有多样性、异质性和动态变化的特点，这就使得保证网络安全和隐私的任务变得更为复杂。传统的网络安全控制通常仅局限于一个领域，即监控一个特定的基础设施单元并保护一个特定的服务，如访问控制。然而，由于物联网可容纳许多资源受限的事物，因此将无法继续沿用当前的安全和访问控制措施。物联网的安全和隐私应满足保密、授权、认证、可用性和完整性等基本标準。
（四）新一代人工智能技术
专家系统、神经网络、模糊集合及启发式搜索算法等这些传统的人工智能技术在电力系统中早已得到了广泛应用。近年来，随着深度学习在图像领域的突破性进展掀起了人工智能新一轮的研究热潮。以高级机器学习理论、大数据、云计算为主要代表的NGAI技术，具有应对高维、时变、非线性问题的强优化处理能力和强大学习能力，为突破因分布式电源、分布式储能、电动汽车等多种新型能源高比例接入引起的电网复杂非线性、不确定性、时空差异性等挑战提供了有效的解决途径。如果说传感设备为电力设备提供了“耳、鼻、口”等“感觉器官”，使其能够实时感受到外界环境的变化并及时和人类沟通，那么人工智能则赋予了电力设备会思考的“大脑”，使其能够对感知到的信息进行计算和融合进而得出相应的结论上报给用户，甚至可以通过对实时信息和历史数据进行分析，提出长期的决策建议为用户服务提供参考。
三、结语
总之，“坚强”与“智能”并重是我国能源互联网发展的内在要求和方向，而“坚强”和“智能”这两者本身就是相互促进的。因此，可以预见，承载数据流的泛在电力物联网与承载电力流的坚强智能电网必将相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。
参考文献：
[1]傅质馨，李潇逸，袁越.泛在电力物联网关键技术探讨[J].电力建设，2019，40（5）：1-12.
[2]梅沁，李大伟，虎啸.基于NB-IoT的电力物联网安全技术研究[J].电力信息与通信技术，2019，17（01）：104-108.
[3]李晓辉.面向智慧城市的物联网基础设施关键技术研究[J].计算机测量与控制，2017（07）：13-16.
（作者单位：国网福建省电力有限公司云霄县供电公司）