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

徐喆

【摘 ?要】泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不僅是技術(shù)創(chuàng)新，更是管理創(chuàng)新。建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以全面感知源網(wǎng)荷儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息，用市場辦法引導(dǎo)用戶參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，通過虛擬電廠和多能互補(bǔ)提高分布式新能源友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)容量占比，緩解棄風(fēng)棄光，促進(jìn)清潔能源消納。常規(guī)發(fā)電廠、大型風(fēng)電場、光電站等已經(jīng)和電力系統(tǒng)連接了，調(diào)度可以直接控制;泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要任務(wù)是連接負(fù)荷和分散式發(fā)電，尤其是可控負(fù)荷。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)同控制風(fēng)電光電、可控負(fù)荷、分散式發(fā)電等，可以提高風(fēng)電光電利用率，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。電動(dòng)汽車是可控負(fù)荷中最容易實(shí)現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以組織可控負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。

【關(guān)鍵詞】電力;物聯(lián)網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù)

1物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)的理念最早可追溯到1991年英國劍橋大學(xué)的特洛伊咖啡壺事件。1995年，比爾·蓋茨在其撰寫的《未來之路》一書中提到了物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想，其中一些構(gòu)想目前已成為現(xiàn)實(shí)，如數(shù)字網(wǎng)絡(luò)電視、數(shù)字音樂產(chǎn)品、電子機(jī)票等。1998年，英國工程師KevinAshton首次提及了物聯(lián)網(wǎng)的概念：“把所有物品通過射頻識(shí)別（radiofrequencyidentification，RFID）等信息傳感設(shè)備與因特網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。”2005年11月7日，國際電信聯(lián)盟（internationaltelecommunicationunion，ITU）在信息社會(huì)世界峰會(huì)上發(fā)布了《ITU因特網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念：“讓每個(gè)目標(biāo)物體通過傳感系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)從隨時(shí)隨地的人與人之間的溝通連接，擴(kuò)展到人與物、物與物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、認(rèn)知、決策、使用等服務(wù)。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1智能芯片

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的計(jì)量、保護(hù)、變換、控制、監(jiān)測、用電等設(shè)備接入電力系統(tǒng)，各種電力設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，目前多數(shù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備仍然基于傳動(dòng)的工業(yè)采集裝置，數(shù)據(jù)可靠性差，精度低，也使得終端設(shè)備的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能傳感及智能終端可以充分解決這一問題，其具備高精度、低功耗、微型化、智能計(jì)算的特點(diǎn)，一方面可以完成設(shè)備信息的采集、提取及傳遞;另一方面通過本地邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)終端智能化，完成本地自控，從而無需像傳統(tǒng)設(shè)備一樣只具備遙測搖信功能而不具備遙控功能。近年來，谷歌開發(fā)的EdgeTPU芯片、中科院開發(fā)的“寒武紀(jì)”芯片都具備海量數(shù)據(jù)處理與邊緣計(jì)算的能力，這些智能芯片的出現(xiàn)將快速促進(jìn)終端的全息感知與智能化。

2.25G與與LPWA

海量電力數(shù)據(jù)的傳遞需要一體化的通信網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)地域分布廣泛，往往涉及高山、森林、冰原等復(fù)雜環(huán)境，致使通信網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋全部，現(xiàn)場數(shù)據(jù)難以傳輸?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)有2類主流技術(shù)：一類是工業(yè)以太網(wǎng)和電力載波為主的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，另一類是以5G和低功耗廣域網(wǎng)（LPMA）為主的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)分布廣，分散性強(qiáng)，部分不易供電，連接難，采集頻次低，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)難以適用，因此以無線網(wǎng)絡(luò)為主的現(xiàn)代通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的主要手段。5G被視為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。基于不同場景的5G切片網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)被認(rèn)為是解決電力系統(tǒng)全息感知、泛在連接的關(guān)鍵所在。對(duì)于智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制等控制類業(yè)務(wù)，可以選擇具有超低時(shí)延的URLLC切片;對(duì)于海量用電信息采集、智能汽車充電站/樁、分布式電源接入等信息采集類業(yè)務(wù)可以選擇mMTC海量機(jī)器類通信接入切片;對(duì)于需要高清視頻回傳的輸變電線路狀態(tài)監(jiān)控、無人機(jī)遠(yuǎn)程巡檢、變電站機(jī)器人巡檢等現(xiàn)場業(yè)務(wù)，可以選擇eMBB增強(qiáng)移動(dòng)帶寬切片;對(duì)于需要語音信息的調(diào)度電話、管理電話、應(yīng)急通信等，可以選擇具有高安全、高可靠、高接通率和高清通話質(zhì)量保障的為Voice語音切片。針對(duì)不同的應(yīng)用場景，5G切片網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以選擇不同的切片，在5G網(wǎng)絡(luò)通道上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并接入同樣的5G數(shù)據(jù)平臺(tái)。另一方面，以NB-IoT、LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)由于其廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本的特點(diǎn)而成為工信部《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》中明確要發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前5G網(wǎng)絡(luò)與低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用并不廣泛，隨著其與電力系統(tǒng)的不斷結(jié)合，必將成為實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通信的主要手段。

2.3物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

隨著電力系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)接入一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的合理分析、深層挖掘，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力信息的有效利用。一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)具備大數(shù)據(jù)處理和云端計(jì)算，以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)光預(yù)測、電力系統(tǒng)故障診斷等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，移動(dòng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，阿里link物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)相繼在生產(chǎn)實(shí)踐中展開應(yīng)用。移動(dòng)OneNET與“Hi”電展開合作，協(xié)助其解決“設(shè)備狀態(tài)檢測”、“設(shè)備位置監(jiān)管”、“設(shè)備信息管理”、“反向控制設(shè)備”等問題;阿里云于無錫鴻山打造首個(gè)物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)，實(shí)現(xiàn)小鎮(zhèn)交通、環(huán)境、水務(wù)、能源等多個(gè)城市管理項(xiàng)目的在線運(yùn)營。對(duì)于實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)的搭建，必須結(jié)合“大數(shù)據(jù)+云計(jì)算+人工智能”的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

2.4異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的互操作性和無縫融合技術(shù)

目前，有些學(xué)者就解決差異化信息的互操作性問題展開了相關(guān)的研究，例如：提出利用5G蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)來提高通信效率、降低成本、增加網(wǎng)絡(luò)帶寬和擴(kuò)大覆蓋范圍。這將對(duì)未來隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大規(guī)模增加、多媒體設(shè)備應(yīng)用不斷增多和無線數(shù)據(jù)指數(shù)增長帶來的通信問題實(shí)現(xiàn)有力的支持。提出了一種基于效用函數(shù)的電力物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入的服務(wù)質(zhì)量（qualityofservice，QoS）保障方法。首先構(gòu)建了效用函數(shù)評(píng)價(jià)模型，設(shè)計(jì)了評(píng)價(jià)參數(shù)，并給出了參數(shù)的效用函數(shù)。其次，設(shè)計(jì)了接入網(wǎng)絡(luò)映射算法。最后，通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于效用函數(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入QoS保障方法在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下的性能與可靠性。針對(duì)配用電脫網(wǎng)應(yīng)急通信需求這一具體應(yīng)用場合，設(shè)計(jì)了具備專網(wǎng)與公網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的多模式通信能力的新型多模式節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)電力專網(wǎng)、無線自組網(wǎng)及無線公網(wǎng)多模切換。

結(jié)論

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，結(jié)合智能終端傳感器、通信網(wǎng)、人工智能、云平臺(tái)技術(shù)，構(gòu)成的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過電力系統(tǒng)設(shè)備信息交互、人物信息交互，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)與消耗的實(shí)時(shí)平衡，保障電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行;另一方面也可以促進(jìn)電力市場的開放，實(shí)現(xiàn)供需交易的快速響應(yīng)，以及清晰明了的電網(wǎng)資產(chǎn)評(píng)估。泛在物聯(lián)技術(shù)與電力系統(tǒng)的結(jié)合，最終將會(huì)構(gòu)建多方參與的能源生態(tài)體系。作為第三次能源革命的核心技術(shù)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]冷喜武，陳國平，白靜潔，等.智能電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018，42（12）：160-166.

[2]冷喜武，陳國平，蔣宇，等.智能電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)規(guī)范和數(shù)據(jù)處理[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018，42（19）：169-176.

（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）