淺析智能電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展與市場(chǎng)前景

湖北省電力有限公司老河口市供電公司 李建勇

信息時(shí)代建設(shè)背景下，智能電網(wǎng)系統(tǒng)在我國(guó)問(wèn)世后得到了社會(huì)各界的一致好評(píng)。智能電網(wǎng)系統(tǒng)組建成本較低，通過(guò)控制總臺(tái)的集中化數(shù)據(jù)分析與處理過(guò)程，不但可利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電量的變化趨勢(shì)預(yù)估，也可降低基層電力工作人員的工作難度，不但省去了抄表員需挨家挨戶抄電表度數(shù)的麻煩，還規(guī)避了記錄數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而給用電客戶帶來(lái)的不必要經(jīng)濟(jì)損失，通過(guò)高度可視的軟件系統(tǒng)，用戶端可直接了解用電情況，也可完成一站式繳費(fèi)、報(bào)修服務(wù)，利用交互式數(shù)據(jù)通信技術(shù)，讓用戶的用電體驗(yàn)切實(shí)提升，但仍需用戶直面和電力服務(wù)提供者面對(duì)的問(wèn)題依然存在，這與日益增長(zhǎng)的自動(dòng)化用電需求相矛盾，故可通過(guò)探究未來(lái)智能電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和行業(yè)前景方式，切實(shí)有效提升電力部門的服務(wù)能力和問(wèn)題解決效率。

1 智能電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)探究

智能電網(wǎng)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展后，在看到早期出現(xiàn)的半自動(dòng)化系統(tǒng)讓部分人工操作得以免除后，電力部門的工作效率和服務(wù)質(zhì)量得到了顯著提升。以電力搶修過(guò)程為例，過(guò)去在出現(xiàn)突發(fā)性險(xiǎn)情時(shí)，多借助用戶撥打報(bào)修電話或來(lái)到線下?tīng)I(yíng)業(yè)廳告知等形式完成報(bào)修登記工作，整個(gè)過(guò)程不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，往往還需檢修部門在后臺(tái)接到請(qǐng)求后完成與報(bào)修用戶的信息核對(duì)工作，早期半自動(dòng)化系統(tǒng)仍未解決最棘手的效率問(wèn)題，因此曾一度被人詬病。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，多數(shù)成年人可人手擁有一部手機(jī)，通過(guò)下載各式各樣的應(yīng)用軟件以代替線下辦事，通過(guò)線上渠道辦理各項(xiàng)業(yè)務(wù)。用戶獲取電力服務(wù)的途徑也變得更人性化，只需在具備上網(wǎng)功能的設(shè)備上下載電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件，或通過(guò)瀏覽器Wap端訪問(wèn)地址等形式，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互與各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)受理模式在完全遷移到線上后，用戶獲得了極佳的體驗(yàn)感，也可將節(jié)省下的時(shí)間應(yīng)用到其他領(lǐng)域，為打造便捷高效的電網(wǎng)服務(wù)做保障。

信息安全仍是智能電網(wǎng)系統(tǒng)在未來(lái)需要直面的主要問(wèn)題，隨著黑客技術(shù)的發(fā)展，破解用戶網(wǎng)絡(luò)的成本日漸低廉，與破壞某住戶的用電軟件、翻看用戶隱私內(nèi)容相比，若通過(guò)技術(shù)手段破解基層電力部門的用電系統(tǒng)后，實(shí)施數(shù)據(jù)的非法篡改或未經(jīng)允許的查驗(yàn)時(shí)，都將給數(shù)據(jù)的正常使用帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。因此針對(duì)信息安全提出對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的整改策略，系統(tǒng)整改方向可大致分為利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)兩種。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建立不但可有效降低信息感知與獲取難度，還將通過(guò)一系列有效的數(shù)據(jù)處理加工途徑讓數(shù)據(jù)得以被實(shí)時(shí)分享，互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建立后，將讓能接收獲取信息的電子設(shè)備接入到同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，利用大數(shù)據(jù)和相關(guān)計(jì)算系統(tǒng)，用后臺(tái)集中化控制手段完成對(duì)數(shù)據(jù)的收集與加工。信息在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部完成傳輸過(guò)程后，還會(huì)被回收到最初的收集中，任何信息的傳輸過(guò)程都需存在運(yùn)輸載體和接收方與發(fā)送方，在不同物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)思路下實(shí)際傳輸路徑有所區(qū)別，但由于傳輸?shù)钠瘘c(diǎn)和終點(diǎn)未曾發(fā)生變化，故采用何種數(shù)據(jù)處理技術(shù)、使用何種算法都將對(duì)數(shù)據(jù)傳輸與處理的效率帶來(lái)影響。

基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的智能電網(wǎng)系統(tǒng)一般具有應(yīng)用層、感知層、傳輸層等不同層級(jí)，不但實(shí)現(xiàn)與個(gè)人網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)交互，還可通過(guò)高速連接接口將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享給控制端，個(gè)人用戶與電表一一對(duì)應(yīng)，確認(rèn)彼此間的關(guān)系后在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中擬添加的設(shè)備數(shù)量后對(duì)相應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)層級(jí)的具體設(shè)置方案加以描述。應(yīng)用層不但可擁有各種操作功能，還可通過(guò)一系列加密技術(shù)讓輸送電過(guò)程具有高效便捷特點(diǎn)，一般還設(shè)置存儲(chǔ)單元和一些與其他模塊關(guān)聯(lián)的接口，并通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)加密算法對(duì)數(shù)據(jù)加密傳輸，內(nèi)部設(shè)置地理信息位置判斷系統(tǒng)，以確保檢測(cè)到故障后可精準(zhǔn)定位問(wèn)題出現(xiàn)位置，進(jìn)而完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。

感知層則獲取系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與采集信息，在執(zhí)行器和傳感器的共同作用下獲取數(shù)據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，期間完成相關(guān)數(shù)據(jù)的交互處理，將數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器的儲(chǔ)存單元內(nèi)，利用通信技術(shù)搜尋對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)地址后以無(wú)線電波射頻信號(hào)形式完成輸出過(guò)程；傳輸層獲取實(shí)時(shí)捕獲的信息，并通過(guò)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換完成一次信息傳播過(guò)程。整個(gè)過(guò)程需要路由網(wǎng)關(guān)的加入，數(shù)據(jù)的采集與加工過(guò)程具有高效率特點(diǎn)，且整個(gè)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的傳感器組成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，信息的傳遞過(guò)程存在一定人為不可控因素，技術(shù)的問(wèn)世時(shí)間較短，信息之所以能夠?qū)崟r(shí)高效傳遞，也離不開感知層與傳輸層的可靠。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下的智能電網(wǎng)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域有所應(yīng)用，在用戶駕駛電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車時(shí)，在用電量不足想找到距離用戶最近的充電樁時(shí)，可通過(guò)電網(wǎng)系統(tǒng)配套軟件或地圖類應(yīng)用得以搜尋，因不同汽車型號(hào)的充電插孔有所區(qū)別，國(guó)家電網(wǎng)充電站與其他汽車品牌專屬充電站相比輻射范圍更廣、可為多種新能源車型提供充電服務(wù)，在用戶駕駛到充電樁位置后即會(huì)根據(jù)計(jì)費(fèi)規(guī)則檢驗(yàn)用戶注冊(cè)信息，不同品牌的電池壽命與充電樁采集器對(duì)設(shè)備識(shí)別的正確率也會(huì)影響充電效率，在插拔充電裝置期間，系統(tǒng)內(nèi)部即完成一次數(shù)據(jù)交互過(guò)程，用戶在登錄軟件時(shí)即可查看充電具體數(shù)據(jù)，并通過(guò)自動(dòng)化無(wú)人繳費(fèi)方式實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)功能。

與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，以區(qū)塊鏈為背景的智能電網(wǎng)系統(tǒng)將具有更高級(jí)的安全性與數(shù)據(jù)健壯性[1]。因區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)難以篡改，與用戶用電數(shù)據(jù)具有唯一性的特點(diǎn)相仿，因此利用區(qū)塊鏈技術(shù)打造智能電網(wǎng)系統(tǒng)也將具有一定可行性。區(qū)塊鏈本身在連接節(jié)點(diǎn)和用戶與系統(tǒng)的同時(shí)，因系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)分散的結(jié)構(gòu)，不但可在內(nèi)部嚴(yán)格記錄數(shù)據(jù)訪問(wèn)記錄，還可通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立數(shù)據(jù)之間的樹關(guān)系、哈希圖，對(duì)部分想惡意破壞數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)攻擊者而言，因區(qū)塊鏈每個(gè)區(qū)塊內(nèi)部是緊密相連、不易攻擊的，攻擊成本之大也讓系統(tǒng)的安全性得以彰顯?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的系統(tǒng)也將擁有良好的數(shù)據(jù)加密性，擁有數(shù)據(jù)操作權(quán)限的人員較少，系統(tǒng)的可控制性得到了良好保障。區(qū)塊鏈不但具有嚴(yán)謹(jǐn)特點(diǎn)，因每個(gè)列表間的運(yùn)算軌跡和行動(dòng)路徑是固定的，破壞系統(tǒng)成本較大，且對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)與副本之間的關(guān)系緊密，在現(xiàn)階段人工智能和大數(shù)據(jù)得以大面積應(yīng)用背景下，更多開發(fā)者看到了比特幣交易優(yōu)勢(shì)，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中。

一般基于區(qū)塊鏈的電網(wǎng)管理系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、交互網(wǎng)絡(luò)功能、電網(wǎng)功能、應(yīng)用功能、組織管理功能[2]，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能對(duì)所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效加密存儲(chǔ)，確保用戶用電信息的安全保密，并不易被無(wú)關(guān)人員查看。每組數(shù)據(jù)都被用區(qū)塊的形式打包處理，且鏈表的指向是唯一的，數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密也讓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程高效安全；交互網(wǎng)絡(luò)功能內(nèi)部包含通信的各項(xiàng)協(xié)議，在執(zhí)行通信過(guò)程時(shí)節(jié)點(diǎn)也將工作，在傳輸期間通過(guò)管理員的設(shè)置將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)高效指向，進(jìn)而在交換數(shù)據(jù)時(shí)利用區(qū)塊優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有可連接節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程；電網(wǎng)功能則對(duì)電網(wǎng)所屬的電表和發(fā)電機(jī)高效連接；應(yīng)用功能對(duì)各項(xiàng)規(guī)章制度進(jìn)行存儲(chǔ)，內(nèi)部對(duì)程序基本規(guī)則和相關(guān)文件內(nèi)容保存在對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上，并通過(guò)對(duì)應(yīng)語(yǔ)句代碼操作完成共識(shí)節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行過(guò)程；組織管理功能則對(duì)區(qū)塊鏈內(nèi)的所有組織結(jié)構(gòu)提供管理協(xié)議，在節(jié)點(diǎn)不能完成獨(dú)立運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的同時(shí)，利用共識(shí)協(xié)議的計(jì)算優(yōu)勢(shì)解決實(shí)際運(yùn)算期間存在的錯(cuò)誤。

在消費(fèi)者利用區(qū)塊鏈系統(tǒng)加密簽訂合約時(shí)，首先由系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)位置節(jié)點(diǎn)完成對(duì)合約的部署過(guò)程，后通過(guò)建立彼此關(guān)系，計(jì)算對(duì)應(yīng)客戶的用電金額等形式，將對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果保存到數(shù)據(jù)單元內(nèi)，并通過(guò)電網(wǎng)功能的數(shù)據(jù)交互完成消費(fèi)者與電力交易部門的一次信息交互。目前可將相關(guān)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到電子合約的簽訂過(guò)程中，因相關(guān)文件協(xié)議具有極高的加密性，不但不易被外界獲取信息內(nèi)容，在相關(guān)客戶安全意識(shí)較強(qiáng)的前提下，用戶的數(shù)據(jù)安全性將得到良好保障，物聯(lián)網(wǎng)條件的智能電網(wǎng)系統(tǒng)之缺點(diǎn)在區(qū)塊鏈技術(shù)背景下被得以解決，不但有效保證了交易期間的數(shù)據(jù)安全與高度集成智能化，數(shù)據(jù)的各項(xiàng)操作計(jì)算過(guò)程也具有極高的安全性，未來(lái)還可將區(qū)塊鏈技術(shù)在5G相關(guān)產(chǎn)業(yè)的加推下，進(jìn)一步完成對(duì)手機(jī)應(yīng)用的信息加密，讓信息安全的愿景得以變成現(xiàn)實(shí)。

2 智能電網(wǎng)系統(tǒng)的市場(chǎng)前景分析

智能電網(wǎng)系統(tǒng)做為近年來(lái)的一大熱門研究方向不但吸引了無(wú)數(shù)科研人員的注意，我國(guó)相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展也讓全世界為之矚目與贊嘆，伴隨科技強(qiáng)國(guó)工程的建設(shè)，未來(lái)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用面也必將進(jìn)一步深化。以智能充電系統(tǒng)為例，在本文論述物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈兩種技術(shù)為背景的電網(wǎng)系統(tǒng)后[3]，我國(guó)部分地區(qū)的電動(dòng)汽車推廣力度仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

在看到部分地區(qū)存在“有車無(wú)樁”等問(wèn)題后，在相關(guān)電力部門和地方政府的積極響應(yīng)下，為節(jié)能減排考慮不但有效出臺(tái)了各項(xiàng)新能源汽車優(yōu)惠購(gòu)置政策，還結(jié)合本地實(shí)際情況適當(dāng)加密充電樁的設(shè)置，國(guó)家電網(wǎng)下屬的充電站和充電樁遍及國(guó)內(nèi)300多個(gè)地級(jí)市，在汽車行駛到南端天涯海角處，可通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)的快速充電設(shè)備給汽車充滿電的同時(shí)欣賞我國(guó)南方的獨(dú)特風(fēng)景，且充電樁對(duì)環(huán)境的要求較低，即便在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)也可良好工作，但部分新能源汽車在接入國(guó)家電網(wǎng)的充電插口后曾存在反應(yīng)慢或計(jì)費(fèi)效率低等問(wèn)題，還需未來(lái)進(jìn)一步解決。

隨著智能電網(wǎng)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)小到每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)、大到控制臺(tái)控制總臺(tái)的數(shù)據(jù)，安全性都將得到進(jìn)一步保證。智能電網(wǎng)系統(tǒng)組建成本低、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)不但得到了社會(huì)各界的廣泛支持認(rèn)可，其系統(tǒng)還擁有我國(guó)獨(dú)享的各項(xiàng)專利。我國(guó)的智能電網(wǎng)系統(tǒng)組建水平已處于世界領(lǐng)先地位，這其中離不開我國(guó)電網(wǎng)工程師的默默付出，更來(lái)源于我國(guó)駕駛?cè)藢?duì)新能源汽車的認(rèn)同感不斷加強(qiáng)，但新能源汽車本身存在的電池老化、不易涉水等問(wèn)題仍需在未來(lái)被進(jìn)一步解決。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)在做為一大朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)吸引無(wú)數(shù)科研人員研究的同時(shí)，高校電氣自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的開課深度也在隨著智能電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展而不斷深入，不但與時(shí)俱進(jìn)開設(shè)了一批與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景契合度高、易上手理解的專業(yè)課程，部分地區(qū)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)速度也不可想象，但現(xiàn)階段受限于部分汽車生產(chǎn)廠家新能源汽車制造與售后保養(yǎng)服務(wù)的不完善，新能源汽車在充電時(shí)的充電速度仍有一定提高空間，且部分地區(qū)仍存在計(jì)費(fèi)錯(cuò)誤或計(jì)費(fèi)后充電系統(tǒng)不工作等問(wèn)題，都需經(jīng)過(guò)多次內(nèi)部系統(tǒng)迭代后，才得以讓相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人們預(yù)期的各項(xiàng)新功能并具有良好穩(wěn)定性，未來(lái)也將在新能源汽車充電樁的布局上加大建設(shè)力度，不但讓新能源汽車的充電難問(wèn)題得以解決，還將提升新能源車主在充電時(shí)的體驗(yàn)感，有效提升服務(wù)質(zhì)量。

綜上，智能電網(wǎng)系統(tǒng)在不同設(shè)計(jì)思路下有差異明顯的實(shí)現(xiàn)方法，以物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)為首設(shè)計(jì)在現(xiàn)階段更常見(jiàn)，展望未來(lái)還將繼續(xù)提升數(shù)據(jù)傳輸安全性，以追求客戶滿意為電力部門服務(wù)目標(biāo)。