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摘要：文章从泛在电力物联网基本概念、体系架构、典型功能、關键技术，以及泛在电力物联网在配电系统中的典型应用等方面进行综述，并对泛在电力物联网未来的发展和挑战进行讨论。
关键词：泛在电力物联网; 配电网; 智能电网
1泛在电力物联网在配网中的典型应用
1.1配电网运行状态在线监测与风险评估
现阶段，配电网决策过程中信息化手段和技术支撑还不完备，电力设备存在随坏随修、随检随修的现状。然而高比例间歇性能源与新型负荷的快速增长对配电网供电可靠性与供电质量的要求越来越高。泛在电力物联网技术的应用，能够使配网系统实时感知电力设备的运行状态，评估配电网运行风险，从而及时排除故障隐患，主要表现在：（1）在线监测手段进一步丰富。依托于健壮的通信系统，使得原先仅能通过电气量甚至人工现场判定的故障类型能够通过多种方式辨识。基于红外热成像技术的配网设备温度在线监测方法，使得检修人员能够及时对缺陷设备进行维护，有效降低设备故障率与停电风险; 基于小波包分析技术、Renyi 熵理论和 Teager 能量算子从配电网监测大数据中生成故障特征样本对神经网络进行训练，从而识别电力设备的正常、异常、预警和警告状态。（2）安全风险评估。对配电网历史运行数据进行聚类分析和挖掘，并利用机器学习等人工智能方法开展配电网运行状态实时风险评估，及时发现系统薄弱环节，提高供电可靠性。
根据配电网运行历史数据，提出基于关联规则的聚类划分算法，利用当前数据预测运行状态，从而进行智能配电网全景风险管控和自愈控制。
1.2主动配电系统规划与综合能源协调运行
对于高度信息化、异质能源混杂的未来配电系统，现有配网规划方法将不再完全适用： （1）就配电系统自身而言，电网与用户间的界限逐渐模糊，除了可再生能源与电动汽车等带来的诸如潮流双向流动、节点电压与频率波动等不确定性问题凸显以外，配电通信系统的健壮性同样是未来配电系统需要考虑的问题。（2）现阶段与居民用户紧密联系的电力、交通、热力、燃气等系统均是各自独立规划，而未来配电网将作为区域能源系统的核心与枢纽，将承担诸如电、水、气、热等异质能源梯级利用、消纳与转化、协同优化运行的责任。
1.3用户个性化用能服务
传统配电网仅以供电为目的，用户仅作为受电端被动参与配电网运行。虽然目前已有分时电价机制以鼓励电力用户移峰填谷，优化用电方式[1]，然而总体而言，用户参与程度低且对用户的调控水平不够精细。随着泛在电力物联网发展，物联网终端和网络深入用户侧，电力用户角色将逐步发生改变： （1）安装屋顶光伏电站、小型风机，具有 V2G 功能电动汽车的用户在一定程度上成为电能供应方。更广义地，用户侧热水器甚至用户室内空气等都可视为蓄能设备参与配电网运行。（2）电力用户的智能终端，如智能空调、电热水器、电动汽车等蕴含丰富的用电行为信息，使得用户成为泛在电力物联网的信息提供方。为更好地服务于用户，引导用户合理用能并提升用户参与配电网运行深度和广度，形成优化配电网运行的技术闭环，泛在电力物联网与配电系统深度融合，通过制定个性化用能服务调动电力用户参与配网优化运行的积极性[2]。
2输配电设备物联网建设总体架构
根据国家电网公司《泛在电力物联网建设大纲》的原则，输配电设备泛在电力物联网建设可分为应用层、平台层、网络层和感知层 4 个层次[3]，见图 1。应用层通过对输配电设备相关各个维度数据的高度融合实现对电网公司对内、对外业务的支撑。平台层是输变电设备物联网管理应用平台，具备超大规模物联统一管理和高效处理能力。网络层用于实现感知层与平台层间广域范围内的数据传输。感知层由不同的物联网传感器、边缘计算设备和本地通信网络组成，用于实现设备状态、环节、电网等信息的采集、汇聚和数据的就地处理[4]。
3 输配电设备物联网建设发展趋势
电力泛在物联网的建设是互联网经济、数字经济与电力行业的一次结合，这必将给整个电网的运行管理、应用模式和技术应用带来革命性的变化。
3.1 运行管理
泛在电力物联网的建设旨在让电网的数据成为一种可增值的资源，通过对这些数据资源的利用来提高电网的安全、设备能效，从而降低运维成本。这些数据的获取成本包括数据获取、传输、存储、维护、计算等全链条的开支，在泛在电力物联网的建设中，需对数据获取成本进行经济学定义，以实现企业的精细化管理，后期还可通过经济市场的方式带动低成本感知技术的发展[5]。同时，泛在电力物联网的建设使得设备从投运到退运整个过程的状态信息都能全面感知，传统的设备巡视和运维手段都将被电力物联网所取代，因此大量的设备运维岗位会被技术所取代，从而实现设备运维的少人化或无人化。
3.2 应用模式
电力设备运行数据是行业相关各方信息的集中体现，围绕着电力运行数据可衍生出多种应用模式，尤其是电网对外部企业的应用模式[6]，详细如下： 1）设备供应商关系。电网公司的缺陷/故障相关的运行数据是设备质量重要的信息反馈，设备制造厂家可向电网公司购买自身或同类产品的运行数据以实现自身产品质量的提升、商业竞争等应用。同时上述产品的运行情况、供应商履约情况是评价设备供应商能力的重要依据[7]。 2）行业分析。每年电网企业的场站设计规模、设备招投标规模，以及不同地域的工商业用电特性都集中反映了电力行业或某特定区域的经济形式，针对上述数据脱敏后形成的行业分析报告可供政府、投资机构和设备制造企业来调整其生产经营行为，以便更加准确地判断行业形势[8]。 3）科研院所及创业者关系。由于电力设备多场作用的复杂工况导致其故障机理复杂，单纯的理论模型现场应用效果欠佳，泛在电力物联网建设后，电网企业可提供设备全面的感知数据，故障案例库将更加丰富，如何根据电网企业的故障/缺陷案例开发出基于模型+数据驱动的故障诊断算法模型，将会是科研院所和电网企业共同承担的主要工作[9]。从商业模式上看，泛在电力物联网建设已经将感知设备和高级应用解耦，业内企业不需要同时具备硬件和软件能力，尤其是初创公司，完全可以根据个人的专业知识，利用物联网云后台提供的数据开发出实用的故障诊断算法模块[10]，并通过 APP 的应用获取相应的回报。电网企业数据云平台的建设必将带动数以万计的 APP 开发公司专注电网数据的应用，从而带动整个生态的发展。
结束语
1）通过泛在电力物联网的建设实现万物互联，降低数据获取的边际成本，进一步开发数据的价值形成完整的能源生态体系，是新形势下电网企业转型为优秀能源企业的有效手段。 2）泛在电力物联网的建设可分为基础建设和数据应用 2 步：第一步实现“万物互联、数据可用”;第二步，随着应用场景的不断开发和实践，形成相对固定的应用模式，最终固化成业内的应用标准。 3）数据应用必将是不断更新的过程，在深入理解电力行业数据特征的基础上，挖掘电力数据的价值将会是万物互联时代科技、产业创新的主战场。
参考文献
[1]Huang L ， Liang Y ， Huang F ， et al. A quantitative analysis model of grid cyber physical systems[J]. 全球能源互联网（英文版）， 2018.
[2]刘建明， 赵子岩， 季翔. 物联网技术在电力输配电系统中的研究与应用[J]. 物联网学报， 2018（1）.
[3]张波. 宁夏电力智能电网统一应用系统设计与实现[D].大连理工大学，2016.
[4]王建明，荆孟春，甄岩，欧清海，李祥珍.基于物联网技术的配网状态监测与预警系统[J].电力信息与通信技术，2013，11（11）：45-49.
[5]葛磊蛟， 王守相， 瞿海妮. 智能配用电大数据存储架构设计[J]. 电力自动化设备， 2016， 36（6）：194-202.
[6]梅华威. 间歇性能源大数据处理与能量管理技术研究[D]. 2015.
[7]刘力. 数据融合技术在风电企业信息系统中的应用研究[D].
关键词：泛在电力物联网; 配电网; 智能电网
1泛在电力物联网在配网中的典型应用
1.1配电网运行状态在线监测与风险评估
现阶段，配电网决策过程中信息化手段和技术支撑还不完备，电力设备存在随坏随修、随检随修的现状。然而高比例间歇性能源与新型负荷的快速增长对配电网供电可靠性与供电质量的要求越来越高。泛在电力物联网技术的应用，能够使配网系统实时感知电力设备的运行状态，评估配电网运行风险，从而及时排除故障隐患，主要表现在：（1）在线监测手段进一步丰富。依托于健壮的通信系统，使得原先仅能通过电气量甚至人工现场判定的故障类型能够通过多种方式辨识。基于红外热成像技术的配网设备温度在线监测方法，使得检修人员能够及时对缺陷设备进行维护，有效降低设备故障率与停电风险; 基于小波包分析技术、Renyi 熵理论和 Teager 能量算子从配电网监测大数据中生成故障特征样本对神经网络进行训练，从而识别电力设备的正常、异常、预警和警告状态。（2）安全风险评估。对配电网历史运行数据进行聚类分析和挖掘，并利用机器学习等人工智能方法开展配电网运行状态实时风险评估，及时发现系统薄弱环节，提高供电可靠性。
根据配电网运行历史数据，提出基于关联规则的聚类划分算法，利用当前数据预测运行状态，从而进行智能配电网全景风险管控和自愈控制。
1.2主动配电系统规划与综合能源协调运行
对于高度信息化、异质能源混杂的未来配电系统，现有配网规划方法将不再完全适用： （1）就配电系统自身而言，电网与用户间的界限逐渐模糊，除了可再生能源与电动汽车等带来的诸如潮流双向流动、节点电压与频率波动等不确定性问题凸显以外，配电通信系统的健壮性同样是未来配电系统需要考虑的问题。（2）现阶段与居民用户紧密联系的电力、交通、热力、燃气等系统均是各自独立规划，而未来配电网将作为区域能源系统的核心与枢纽，将承担诸如电、水、气、热等异质能源梯级利用、消纳与转化、协同优化运行的责任。
1.3用户个性化用能服务
传统配电网仅以供电为目的，用户仅作为受电端被动参与配电网运行。虽然目前已有分时电价机制以鼓励电力用户移峰填谷，优化用电方式[1]，然而总体而言，用户参与程度低且对用户的调控水平不够精细。随着泛在电力物联网发展，物联网终端和网络深入用户侧，电力用户角色将逐步发生改变： （1）安装屋顶光伏电站、小型风机，具有 V2G 功能电动汽车的用户在一定程度上成为电能供应方。更广义地，用户侧热水器甚至用户室内空气等都可视为蓄能设备参与配电网运行。（2）电力用户的智能终端，如智能空调、电热水器、电动汽车等蕴含丰富的用电行为信息，使得用户成为泛在电力物联网的信息提供方。为更好地服务于用户，引导用户合理用能并提升用户参与配电网运行深度和广度，形成优化配电网运行的技术闭环，泛在电力物联网与配电系统深度融合，通过制定个性化用能服务调动电力用户参与配网优化运行的积极性[2]。
2输配电设备物联网建设总体架构
根据国家电网公司《泛在电力物联网建设大纲》的原则，输配电设备泛在电力物联网建设可分为应用层、平台层、网络层和感知层 4 个层次[3]，见图 1。应用层通过对输配电设备相关各个维度数据的高度融合实现对电网公司对内、对外业务的支撑。平台层是输变电设备物联网管理应用平台，具备超大规模物联统一管理和高效处理能力。网络层用于实现感知层与平台层间广域范围内的数据传输。感知层由不同的物联网传感器、边缘计算设备和本地通信网络组成，用于实现设备状态、环节、电网等信息的采集、汇聚和数据的就地处理[4]。
3 输配电设备物联网建设发展趋势
电力泛在物联网的建设是互联网经济、数字经济与电力行业的一次结合，这必将给整个电网的运行管理、应用模式和技术应用带来革命性的变化。
3.1 运行管理
泛在电力物联网的建设旨在让电网的数据成为一种可增值的资源，通过对这些数据资源的利用来提高电网的安全、设备能效，从而降低运维成本。这些数据的获取成本包括数据获取、传输、存储、维护、计算等全链条的开支，在泛在电力物联网的建设中，需对数据获取成本进行经济学定义，以实现企业的精细化管理，后期还可通过经济市场的方式带动低成本感知技术的发展[5]。同时，泛在电力物联网的建设使得设备从投运到退运整个过程的状态信息都能全面感知，传统的设备巡视和运维手段都将被电力物联网所取代，因此大量的设备运维岗位会被技术所取代，从而实现设备运维的少人化或无人化。
3.2 应用模式
电力设备运行数据是行业相关各方信息的集中体现，围绕着电力运行数据可衍生出多种应用模式，尤其是电网对外部企业的应用模式[6]，详细如下： 1）设备供应商关系。电网公司的缺陷/故障相关的运行数据是设备质量重要的信息反馈，设备制造厂家可向电网公司购买自身或同类产品的运行数据以实现自身产品质量的提升、商业竞争等应用。同时上述产品的运行情况、供应商履约情况是评价设备供应商能力的重要依据[7]。 2）行业分析。每年电网企业的场站设计规模、设备招投标规模，以及不同地域的工商业用电特性都集中反映了电力行业或某特定区域的经济形式，针对上述数据脱敏后形成的行业分析报告可供政府、投资机构和设备制造企业来调整其生产经营行为，以便更加准确地判断行业形势[8]。 3）科研院所及创业者关系。由于电力设备多场作用的复杂工况导致其故障机理复杂，单纯的理论模型现场应用效果欠佳，泛在电力物联网建设后，电网企业可提供设备全面的感知数据，故障案例库将更加丰富，如何根据电网企业的故障/缺陷案例开发出基于模型+数据驱动的故障诊断算法模型，将会是科研院所和电网企业共同承担的主要工作[9]。从商业模式上看，泛在电力物联网建设已经将感知设备和高级应用解耦，业内企业不需要同时具备硬件和软件能力，尤其是初创公司，完全可以根据个人的专业知识，利用物联网云后台提供的数据开发出实用的故障诊断算法模块[10]，并通过 APP 的应用获取相应的回报。电网企业数据云平台的建设必将带动数以万计的 APP 开发公司专注电网数据的应用，从而带动整个生态的发展。
结束语
1）通过泛在电力物联网的建设实现万物互联，降低数据获取的边际成本，进一步开发数据的价值形成完整的能源生态体系，是新形势下电网企业转型为优秀能源企业的有效手段。 2）泛在电力物联网的建设可分为基础建设和数据应用 2 步：第一步实现“万物互联、数据可用”;第二步，随着应用场景的不断开发和实践，形成相对固定的应用模式，最终固化成业内的应用标准。 3）数据应用必将是不断更新的过程，在深入理解电力行业数据特征的基础上，挖掘电力数据的价值将会是万物互联时代科技、产业创新的主战场。
参考文献
[1]Huang L ， Liang Y ， Huang F ， et al. A quantitative analysis model of grid cyber physical systems[J]. 全球能源互联网（英文版）， 2018.
[2]刘建明， 赵子岩， 季翔. 物联网技术在电力输配电系统中的研究与应用[J]. 物联网学报， 2018（1）.
[3]张波. 宁夏电力智能电网统一应用系统设计与实现[D].大连理工大学，2016.
[4]王建明，荆孟春，甄岩，欧清海，李祥珍.基于物联网技术的配网状态监测与预警系统[J].电力信息与通信技术，2013，11（11）：45-49.
[5]葛磊蛟， 王守相， 瞿海妮. 智能配用电大数据存储架构设计[J]. 电力自动化设备， 2016， 36（6）：194-202.
[6]梅华威. 间歇性能源大数据处理与能量管理技术研究[D]. 2015.
[7]刘力. 数据融合技术在风电企业信息系统中的应用研究[D].