信息通信技術(shù)支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

陸瑤

【摘 要】能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力能源為中心，多種能源協(xié)同，消費(fèi)協(xié)同，集中式、分布式協(xié)同，大眾廣泛參與的新型生態(tài)化能源系統(tǒng)，主要表現(xiàn)為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)深度融合。其中，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段，是能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵一步。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)對(duì)提升用戶體驗(yàn)、提升電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)水平、促進(jìn)新能源消納和培育新興業(yè)務(wù)有明顯的積極意義。

【關(guān)鍵詞】信息通信；技術(shù)；電力物聯(lián)網(wǎng)；建設(shè)；分析

1導(dǎo)言

電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，是信息通信技術(shù)發(fā)展到一定階段的結(jié)果，其將有效整合通信基礎(chǔ)設(shè)施資源和電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源，提高電力系統(tǒng)信息化水平，改善電力系統(tǒng)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施利用效率，為電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用電等環(huán)節(jié)提供重要技術(shù)支撐。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

2.1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)含義

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是“三型兩網(wǎng)”中的第二張網(wǎng)，通過(guò)“大—云—物—移—智”和邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)營(yíng)各業(yè)務(wù)的萬(wàn)物互聯(lián)和人機(jī)交互，將所有與電網(wǎng)相關(guān)的人、事和設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)“數(shù)據(jù)一個(gè)源、電網(wǎng)一張圖、業(yè)務(wù)一條線”推動(dòng)數(shù)據(jù)共享融通、業(yè)務(wù)全面貫通，同時(shí)，對(duì)外廣泛連接多樣服務(wù)，延伸業(yè)務(wù)范圍，拓展服務(wù)對(duì)象，創(chuàng)新商業(yè)模式，積極培育和發(fā)展新興業(yè)態(tài)。

2.2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的提出，將實(shí)現(xiàn)從“采集+集中控制”向“采集+控制+區(qū)域自治”的轉(zhuǎn)變，逐步從“垂直封閉”轉(zhuǎn)向“水平開(kāi)放”，以開(kāi)放共享作為其本質(zhì)特征。與現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)不同，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將具備能源系統(tǒng)全周期內(nèi)各環(huán)節(jié)設(shè)備和用戶的全狀態(tài)感知和全業(yè)務(wù)穿透的能力，全時(shí)空泛在連接電力基礎(chǔ)設(shè)施、政府行業(yè)機(jī)構(gòu)、用戶和供應(yīng)商，推動(dòng)數(shù)據(jù)融通，實(shí)現(xiàn)安全開(kāi)放共享，促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2.2.1能源全過(guò)程管理

基于智能終端的深度感知能力和邊緣計(jì)算技術(shù)，通過(guò)主動(dòng)采集源端數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)、光、水、火、氣等多類型能源的多時(shí)空尺度優(yōu)化調(diào)度，并靈活協(xié)同控制主動(dòng)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源消納能力的提高和跨區(qū)域送/受端的協(xié)調(diào)控制，從而解決大規(guī)模新能源跨省區(qū)消納問(wèn)題，優(yōu)化新能源布局。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用多參量傳感集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備本體及其運(yùn)行環(huán)境的全面感知。深度數(shù)字化表述運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)備至系統(tǒng)的主動(dòng)預(yù)測(cè)和故障態(tài)勢(shì)感知，為電力設(shè)備的安全運(yùn)行提供了保證。在提升電網(wǎng)的運(yùn)檢效率的同時(shí)，也解決了計(jì)量設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和質(zhì)量水平科學(xué)評(píng)價(jià)等難題。同時(shí)，與人工智能相結(jié)合，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)具有分布自治和集中調(diào)控協(xié)同統(tǒng)一能力，可有效解決復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)控制與運(yùn)行穩(wěn)定安全的難題。在配用電側(cè)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)采用邊緣計(jì)算、軟件定義終端、站端協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備的靈活接入、互聯(lián)互通和就地智能決策?；诮y(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)密集型配電設(shè)備運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化?；诖髷?shù)據(jù)挖掘技術(shù)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以有效地支撐起電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)的數(shù)據(jù)互動(dòng)，促進(jìn)用電數(shù)據(jù)深化應(yīng)用，助力構(gòu)建清潔低碳、安全高效的綜合能源體系。

2.2.2電力物理子系統(tǒng)與信息子系統(tǒng)的深入融合

中國(guó)現(xiàn)有電力系統(tǒng)已面向不同業(yè)務(wù)建設(shè)起多種信息平臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日采集數(shù)據(jù)量達(dá)到60TB。但各業(yè)務(wù)平臺(tái)間缺乏統(tǒng)一規(guī)劃協(xié)調(diào)，平臺(tái)數(shù)據(jù)無(wú)法共享共用，造成了“數(shù)據(jù)孤島”局面，數(shù)據(jù)應(yīng)用壁壘嚴(yán)重，無(wú)法充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值。究其原因是因?yàn)楝F(xiàn)有電力通信協(xié)議僅解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，但還缺乏統(tǒng)一完備的數(shù)據(jù)描述模型。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基于統(tǒng)一制定的感知數(shù)據(jù)模型，將打通“數(shù)據(jù)孤島”，利用多模多制式現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，支持各種智能物聯(lián)網(wǎng)終端的即插即用，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的全景全息監(jiān)測(cè)。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)充分挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在價(jià)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息與物理系統(tǒng)深度融合，基于細(xì)粒度化全景數(shù)據(jù)指導(dǎo)電網(wǎng)及綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行和增值服務(wù)。

3泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1全面感知

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心，需要智能物聯(lián)網(wǎng)終端全面采集電力系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，因此，泛在感知技術(shù)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基石。

3.1.1高精度傳感技術(shù)和微型傳感器

為更準(zhǔn)確、精細(xì)、全面地獲知電力設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，需要研究復(fù)雜電氣工況下多維特征參量的光學(xué)、電磁、聲學(xué)等高精度傳感機(jī)理，研發(fā)新的傳感技術(shù)，進(jìn)一步提升可靠性、穩(wěn)定性和信噪比，為系統(tǒng)決策和協(xié)同調(diào)控提供大數(shù)據(jù)支持。在高精度傳感技術(shù)研究的同時(shí)，微型傳感器還需兼顧低功耗和普世性，以適應(yīng)電力及綜合系統(tǒng)中的極端使用場(chǎng)景。例如：低功耗傳感、信號(hào)處理和通信方法、自取能技術(shù)以及多模多制式現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)等。

3.1.2終端智能化技術(shù)

大規(guī)模泛在性使物聯(lián)網(wǎng)終端趨于小型化且功能單一。因此，需要通過(guò)物聯(lián)代理、邊緣計(jì)算等終端智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端間協(xié)同工作，完成強(qiáng)大功能。具體包括：利用感知數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型與基于邊緣的數(shù)據(jù)聚合方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)參量建模、傳感數(shù)據(jù)解調(diào)及故障定位；在終端中采用物聯(lián)代理方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用分離，增加終端硬件靈活擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)軟件靈活動(dòng)態(tài)加載與卸載；利用邊緣計(jì)算智能分析能力，提升泛在電力物聯(lián)網(wǎng)邊緣側(cè)數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)智能終端的分布自治控制，從而減小云端及主站的集中控制和信息處理壓力并提升系統(tǒng)響應(yīng)速度。

3.2泛在網(wǎng)絡(luò)

3.2.1“空—天—地”一體化通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信模式的融合，滿足廣覆蓋、大連接的新需求，即實(shí)現(xiàn)“空—天—地”一體化通信和信息交互。因此，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，衛(wèi)星通信成為跨地域、跨專業(yè)、跨業(yè)務(wù)的泛在電力通信網(wǎng)絡(luò)的新興關(guān)鍵一環(huán)。但目前衛(wèi)星通信連接技術(shù)在帶寬和時(shí)延方面仍存在不足?？捎脦捓貌怀浞?，往返時(shí)延及偏差大等問(wèn)題都制約了衛(wèi)星通信技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)衛(wèi)星通信的新協(xié)議技術(shù)，與其他通信網(wǎng)絡(luò)融合形成“空—天—地”一體化通信系統(tǒng)，將促進(jìn)廣域互聯(lián)電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)采集、傳輸和在各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的開(kāi)放共用。

3.2.2第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5G）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具備高效的網(wǎng)絡(luò)連接和通信能力，是信息通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)支持千倍的容量增益，支持千億數(shù)量級(jí)的設(shè)備超低延時(shí)連接，支持10Gbit/s級(jí)下行傳輸帶寬，為用戶提供超快響應(yīng)體驗(yàn)。因此，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用將為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)帶來(lái)顛覆性的影響，是實(shí)現(xiàn)不同用戶與電力設(shè)備零距離、零等待泛在連接的有效技術(shù)手段。為滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)多業(yè)務(wù)全場(chǎng)景的應(yīng)用需求，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將提供多樣化和差異化的用戶接入和服務(wù)，并靈活高效地使用所有可用的離散頻譜。例如：針對(duì)電力應(yīng)急搶險(xiǎn)等特殊應(yīng)用，就需要提供緊急狀態(tài)下海量數(shù)據(jù)的寬帶抗干擾應(yīng)急傳輸，為突發(fā)事件態(tài)勢(shì)圖譜和可視化指揮提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，研究并實(shí)現(xiàn)支撐超高清的視頻傳輸?shù)?G無(wú)線通信技術(shù)。

4結(jié)論

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，其最終目的是為了實(shí)現(xiàn)建設(shè)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的目標(biāo)追求。能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成，需要堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“兩網(wǎng)”的深入融合，因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)不可或缺。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，利用“大云物移智”技術(shù)，促進(jìn)能源的多元化、清潔化、綜合化發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)用能、運(yùn)維成本不斷降低，更好地滿足用戶對(duì)多種用能的需求。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)唐山供電公司）