泛在电力物联网的关键技术与应用前景

王柯 吴涛涛 张二勇 吴涛 陈超峰 刘杰

摘要：泛在电力物联网是以电力系统为核心，结合智能终端传感器、通信网、人工智能和云平台技术构成的復杂多网流系统，其具有全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的特点。

关键词：泛在电力物联网（UPIoT）;新能源消纳;实物ID;5G切片;云平台

引言

随着交直流输电规模的迅速扩大，分布式发电设备接入类型与数量快速增加，导致电网复杂程度不断提升，对传统电网形态提出了挑战。另一方面人工智能技术的发展也对电网功能和运行方式提出新的要求。因此，结合泛在物联技术将现有电力系统建设成泛在电力物联网是未来电力能源体系的发展趋势，也是当前阶段国家电网最紧迫、最重要的任务。

1泛在电力物联网的概念

1.1泛在电力物联网的定义

泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息互联和交互。而泛在电力物联网是指电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备、以及人和物的信息互联和交互。泛在电力物联网是物联网技术在电力系统中的应用，其本质是实现各种信息传感设备与通信信息资源的共享，从而形成具有自我标识、感知和智能处理的物理实体。实体之间的协同和互动，使得有关物体相互感知和反馈控制，形成一个更加智能的电力生产、生活体系。

1.2泛在电力物联网的基本特征

泛在电力物联网立足现有电网实体与通信技术，将不同能源系统物理互联、时空信息互联、商业互联相融合，具有全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的特征。全息感知是指通过RFID、传感器等，动态获取“发–输–变–用”各个环节不同设备、不同用户的状态信息。泛在连接指通过电力专网或移动网络将电力系统中所有设备、用户的信息和数据全时空连接。开放共享指在统一平台上利用智能技术对数据进行共享和管理，提高数据质量，挖掘有效信息，实现数据上下贯通，全方位实时交互。融合创新即通过不同设备、用户，不同时空信息，对内实现全业务在线，电网安全稳定运行。对外建成智慧综合能源服务平台，开拓电力市场，促进电力改革。

1.3泛在电力物联网的建设目标

发挥泛在物联网大数据的优势是其建设的主要目标。电力数据来源各异，包含控制、计量、监测等不同类型、不同时空尺度，实现海量数据统一分析及深度挖掘，是其首要建设目标。电力数据服务对象不同，打破数据壁垒，实现不同业务贯通是其第二阶段建设目标。最终将电力数据应用于各行各业，推广不同行业广泛参与的商业模式是其最终建设目标。

2泛在电力物联网的关键技术

2.1智能芯片

随着电力系统的不断发展，越来越多的计量、保护、变换、控制、监测、用电等设备接入电力系统，各种电力设备的运行产生了大量数据，目前多数现场数据采集设备仍然基于传动的工业采集装置，数据可靠性差，精度低，也使得终端设备的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能传感及智能终端可以充分解决这一问题，其具备高精度、低功耗、微型化、智能计算的特点，一方面可以完成设备信息的采集、提取及传递;另一方面通过本地边缘计算，实现终端智能化，完成本地自控，从而无需像传统设备一样只具备遥测摇信功能而不具备遥控功能。近年来，谷歌开发的EdgeTPU芯片、中科院开发的“寒武纪”芯片都具备海量数据处理与边缘计算的能力，这些智能芯片的出现将快速促进终端的全息感知与智能化。

2.25G与LPWA

海量电力数据的传递需要一体化的通信网络。电力系统地域分布广泛，往往涉及高山、森林、冰原等复杂环境，致使通信网络难以覆盖全部，现场数据难以传输。现在物联网有2类主流技术：一类是工业以太网和电力载波为主的有线网络技术，另一类是以5G和低功耗广域网（LPMA）为主的无线网络技术。泛在电力物联网中数据分布广，分散性强，部分不易供电，连接难，采集频次低，传统的有线网络通信技术难以适用，因此以无线网络为主的现代通信技术是实现泛在电力物联网网络通信的主要手段。5G被视为物联网发展的基础。基于不同场景的5G切片网络通信技术被认为是解决电力系统全息感知、泛在连接的关键所在。对于智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制等控制类业务，可以选择具有超低时延的URLLC切片;对于海量用电信息采集、智能汽车充电站/桩、分布式电源接入等信息采集类业务可以选择mMTC海量机器类通信接入切片;对于需要高清视频回传的输变电线路状态监控、无人机远程巡检、变电站机器人巡检等现场业务，可以选择eMBB增强移动带宽切片;对于需要语音信息的调度电话、管理电话、应急通信等，可以选择具有高安全、高可靠、高接通率和高清通话质量保障的为Voice语音切片。

2.3物联网平台

随着电力系统海量数据接入一体化数据平台，通过对大量数据的合理分析、深层挖掘，进而实现电力信息的有效利用。一体化数据平台应当具备大数据处理和云端计算，以及实现风光预测、电力系统故障诊断等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物联网平台，移动OneNET物联网平台，阿里link物联网平台等一体化数据平台相继在生产实践中展开应用。移动OneNET与“Hi”电展开合作，协助其解决“设备状态检测”、“设备位置监管”、“设备信息管理”、“反向控制设备”等问题;阿里云于无锡鸿山打造首个物联网小镇，实现小镇交通、环境、水务、能源等多个城市管理项目的在线运营。

3泛在电力物联网的应用前景

3.1提高电网安全经济运行水平

目前我国电网存在能源分布不均，网架结构不合理，电网调节能力不足等问题。泛在电力物联网通过物联网技术，可以有效解决这些问题，促进电力系统“发–输–变–配”各个环节的安全稳定运行。结合物联网技术，研发风能、太阳能、负荷实时监测和功率预测系统，建立以火电机组为底层支撑的能源统一调控系统。结合物联网技术提高输电环节可靠性、设备状态自动诊断技术，利用智能传感及智能终端提升保护、通信等二次设备的感知能力和终端智能，实现联合处理、数据传输、综合判断等功能，提高电网的智能化水平和可靠性程度。

3.2促进清洁能源消纳

目前我国电网中风电、光伏等清洁能源占比低，且三北地区弃风、弃光现象严重，泛在电力物联网的建设将极大促进清洁能源消纳。结合物联网的全息感知，可以实现源、网、荷、储的灵活互动;利用人工智能等技术，对风电、光伏进行超短期发电预测，结合负荷情况，通过市场激励用户主动参与清洁能源消纳;将分布式新能源聚合成实体，形成虚拟电厂，以多能互补的形式提高分布式新能源的友好并网水平和电网可调控容量占比，并且优化调度实现跨区域协调控制，促进集中式新能源省间交易和分布式新能源省内交易。

结语

泛在电力物联网是以电力系统为核心，结合智能终端传感器、通信网、人工智能、云平台技术，构成的复杂多网流系统。泛在电力物联网通过电力系统设备信息交互、人物信息交互，实现能源生产与消耗的实时平衡，保障电网的经济安全运行;另一方面也可以促进电力市场的开放，实现供需交易的快速响应，以及清晰明了的电网资产评估。泛在物联技术与电力系统的结合，最终将会构建多方参与的能源生态体系。作为第三次能源革命的核心技术，泛在电力物联网是未来能源产业的发展方向。

参考文献

[1]丁婧，王欣，郑淑文，等.DG接入对微电网电流保护的影响[J].发电技术，2019，40（1）：22-27.