泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展建議及關(guān)鍵技術(shù)展望探討

陳源興

廈門電力勘察設(shè)計院有限公司，福建 廈門 361000

國家電網(wǎng)公司在全面推進“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的同時，公司也面臨著嚴峻的形勢。首先新能源高比例接入系統(tǒng)、電力智能化和潮流多向等對電網(wǎng)運行產(chǎn)生直接的影響，嚴重時甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)開關(guān)、電網(wǎng)崩潰，傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)備運維方式無法支撐現(xiàn)代電網(wǎng)管理要求；其次，由于供電側(cè)和售電側(cè)放開，打破了傳統(tǒng)電網(wǎng)的壟斷地位，隨著企業(yè)增加，市場競爭也日趨激烈，企業(yè)如何保持良好發(fā)展是值得深思的；最后，社會快速發(fā)展，迫使電力行業(yè)改革以適應(yīng)當前局勢，新技術(shù)的研發(fā)和使用對傳統(tǒng)電力也帶來巨大挑戰(zhàn)。而建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)為提高電力系統(tǒng)運行水平、電網(wǎng)資產(chǎn)運營效率開辟了一條新路，同時也可以充分發(fā)揮電網(wǎng)優(yōu)勢，從而保持戰(zhàn)略主動。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的含義

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通俗地來講就是建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)池，一次性采集或者錄入電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，然后開展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和整合貫通，統(tǒng)一數(shù)據(jù)調(diào)用和服務(wù)接口標準，實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的共享和共用。好處就是對內(nèi)可以解決公司內(nèi)部數(shù)據(jù)的專業(yè)壁壘，對外則是為政府行業(yè)、外部企業(yè)、用電客戶等提供各種各樣的服務(wù)[1]。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要包括應(yīng)用、平臺、網(wǎng)絡(luò)、感知4 個方面，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)、先進通信技術(shù)，解決了數(shù)據(jù)采集難、傳輸慢等問題，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的萬物互聯(lián)、人機交互，達到質(zhì)效提升和融通發(fā)展。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展建議

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)包括 6 個方面，如圖1 所示：

圖1 電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

2.1 打造數(shù)據(jù)共享服務(wù)

傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)思維是從抽樣推斷全部樣品的特性，顯而易見的是抽樣數(shù)據(jù)“失之毫厘謬以千里”，以及數(shù)據(jù)預(yù)處理的誤差也直接影響真實結(jié)果。然而，大數(shù)據(jù)思維可以有效解決這些問題，它是全樣思維、容錯思維和相關(guān)思維的基礎(chǔ)上建立的數(shù)據(jù)共享，處理對象是全部數(shù)據(jù)而不是抽樣數(shù)據(jù)，可避免采樣不合理造成的預(yù)測偏差，它還能使算法更加簡便、算法結(jié)果更有效，使得分析結(jié)果最接近客觀事實?；跀?shù)據(jù)技術(shù)，以數(shù)據(jù)為中心，借助算法和模型，全面開發(fā)和挖掘數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化。統(tǒng)一數(shù)據(jù)調(diào)用和服務(wù)接口標準，提供設(shè)備狀態(tài)評價。通過明細數(shù)據(jù)集、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析結(jié)果、權(quán)威指數(shù)發(fā)布，再進行內(nèi)外部數(shù)據(jù)融合，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的目標。

2.2 打造“國網(wǎng)芯”

核心產(chǎn)品是智能芯片，一種低功能嵌入式CPU 內(nèi)核，嵌入式AI 多級互聯(lián)異構(gòu)多核片系統(tǒng)架構(gòu)，電力高速無線本地通信芯片等。主要技術(shù)包括智能傳感及智能終端、“空天地”一體化通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)平臺、網(wǎng)絡(luò)信息安全和人工智能。

打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系列“國網(wǎng)芯”，制定泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架，完成技術(shù)攻關(guān)和新興技術(shù)研究開發(fā)，形成協(xié)同創(chuàng)新體系，打造物聯(lián)管理平臺、企業(yè)中臺、能源服務(wù)器、“三站合一”成套設(shè)備等核心產(chǎn)品，從而推動基于“國網(wǎng)芯”的研發(fā)應(yīng)用。

2.3 提升客戶服務(wù)水平

傳統(tǒng)物資采購模式中下單采購、申請安裝、申請接電是分步辦理的，存在個人信息多次提交、業(yè)務(wù)辦理多次申請、進度多渠道跟蹤、服務(wù)響應(yīng)效率低、客戶體驗差等問題。如果開展物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，可以有效減緩上述問題，客戶只需在國網(wǎng)APP 上一次申請，即可享受一條龍服務(wù)。還可以根據(jù)用電數(shù)據(jù)繪制用電曲線，推測全年波峰波谷時段，基于時空電力數(shù)據(jù)、宏觀經(jīng)濟數(shù)據(jù)、企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)等內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)的有效結(jié)合，利用數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建電力經(jīng)濟指數(shù)，描繪未來的經(jīng)濟運行狀況，提前反映未來經(jīng)濟趨勢，不僅可以對行業(yè)提供有效預(yù)警，還能支持產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，及時削峰填谷，更好地提升客戶服務(wù)水平。

2.4 提升電網(wǎng)運行效率

基于數(shù)據(jù)支撐和自動測報系統(tǒng)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)災(zāi)情預(yù)警新模式，大力提升數(shù)據(jù)監(jiān)測精度，顯著提升電網(wǎng)經(jīng)濟運行水平，同時增強電網(wǎng)的應(yīng)急速度，以便及時恢復(fù)重要負荷的供電。建立完善系統(tǒng)自動研判分析功能，提高故障自動分析能力，自動派發(fā)搶修任務(wù)工單，再強化業(yè)務(wù)報送流程，提升搶修速度。某省率先應(yīng)用新技術(shù)，充分融合營銷、設(shè)備、調(diào)度大數(shù)據(jù)等，通過挖掘數(shù)據(jù)價值，利用電網(wǎng)拓補關(guān)系逐級研判變電、配電、線路停運狀態(tài)，解決配電自動化暫未覆蓋區(qū)域內(nèi)設(shè)備停運無法準確掌握的難題，為電網(wǎng)裝上了“眼睛”，實現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)主動感知、運行檢修智能決策和運營服務(wù)主動管控，自應(yīng)用技術(shù)當年，所管轄線路停電時長下降36%，報修投訴下降38%，故障自發(fā)生自到達時間平均縮短18 分鐘，故障平均搶修時長也相應(yīng)下降40%。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)展望

為了更好地推進泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，結(jié)合當前實際，應(yīng)當著重研究以下關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 智能傳感及智能終端技術(shù)

要想發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，首先要掌握智能傳感和智能終端技術(shù)。然而，智能傳感和智能終端技術(shù)的實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)采集和共享技術(shù)是發(fā)展電力物聯(lián)網(wǎng)尤為重要的一環(huán)。

眾所周知，現(xiàn)在電網(wǎng)設(shè)備采購于不同廠家，設(shè)備各異，多套電力系統(tǒng)無法共享，采集數(shù)據(jù)較少，無法實時反饋技術(shù)問題。而基于智能傳感及智能終端技術(shù)可以很好地解決這一難題，其中數(shù)據(jù)采集組件用于對電網(wǎng)的多個不同的設(shè)備進行各項電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集；數(shù)據(jù)分析組件用于通過智能配變終端對采集的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到分析結(jié)果；決策控制組件用于根據(jù)分析結(jié)果，通過深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)對電網(wǎng)進行控制。

3.2 一體化通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

從技術(shù)發(fā)展上看，網(wǎng)絡(luò)通信先后經(jīng)歷了模擬、數(shù)字、互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)這幾個階段，而電力物聯(lián)網(wǎng)就是將電力網(wǎng)絡(luò)和IT 結(jié)合起來，實時采集傳輸數(shù)據(jù)，并進行集中分析和處理，是一種更可靠、更安全的通信手段。所以要想更好地實現(xiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)，就必須對通信需求提出高標準的要求，采用合理的協(xié)議和標準，解決好從發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度等各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸，使得電力通信網(wǎng)能滿足電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需求。

3.3 人工智能技術(shù)

智能電網(wǎng)將電力網(wǎng)絡(luò)和IT 有機結(jié)合，利用傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、處理，通過IT 手段監(jiān)控、分析和統(tǒng)計這些數(shù)據(jù)，貫穿發(fā)電、輸電、配電、用電、調(diào)度和通信全過程，從而對電網(wǎng)進行智能和自動化的控制[2]。

智能發(fā)電是在發(fā)電側(cè)進行控制，以自動化、數(shù)字化、信息化為基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等為平臺，綜合智能傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、智能管理和決策等技術(shù)，形成一種自適應(yīng)、自恢復(fù)、自組織的智能發(fā)電模式，從而實現(xiàn)低碳高效的生產(chǎn)目標[3]。

智能輸電主要涉及的是輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)可以準確掌握所有輸電線路的運行工況并加以實時監(jiān)控。還包含決策分析和GIS 等平臺，強調(diào)的是阻塞管理和降低大規(guī)模停運風險。

智能變電站分為過程層、間隔層和站控層，過程層的一次設(shè)備為智能化設(shè)備，采用電子式或光電式互感器，站控層高度集成，三層之間通過光纖以太網(wǎng)傳輸信號。例如，PASS 模塊采用HGIS 組合電器，將斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器合一起集合成一個PASS 模塊，可以極大減少設(shè)備占用空間。

智能配電主要是通過數(shù)據(jù)化改造，把需要監(jiān)控的用電設(shè)備、配電線路全部用傳感器或通信的方式抓取其開關(guān)狀態(tài)、運行時電流、電壓、溫度等信息，便于監(jiān)控分析，從而實現(xiàn)配電自動化，建立以饋線自動化為主的實時應(yīng)用系統(tǒng)[4]。通過抓取的數(shù)據(jù)，根據(jù)線路的容量進行匹配，計算線路是否過負荷運行，及時調(diào)整供電側(cè)的運行方式，再根據(jù)歷史運行數(shù)據(jù)，輸入需要的容量，系統(tǒng)便自動計算出最優(yōu)的接線方式[5]。智能配電具有免維護、主動上報故障信息、全生命周期管理、降低運維成本、提高運維水平的優(yōu)勢，更具經(jīng)濟價值。

4 結(jié)語

總之，我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展要始終堅持“堅強”與“智能”并重，使得泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)相互促進，共同發(fā)展。