泛在电力物联网关键技术探讨郭新营李响朱帕尔·努尔兰马占军

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郭新营李响朱帕尔·努尔兰马占军

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（国网新疆电力有限公司信息通信公司新疆乌鲁木齐830000）

摘要：随着电网规模的迅速扩建，发电设备的接入类型与数量也快速增加、更新，使得电网的复杂程度与日俱增，传统的电网形态已经无法满足当前人们的需求。因此，结合泛在物联网技术，根据现有的电力系统建设要求，推动泛在电力物联网的发展成为必然趋势，也是当前阶段国家电网最重要的任务。

关键词：泛在电力物联网；电力系统；技术

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。可以预见，随着泛在电力物联网的实现，以机器学习和深度学习为代表的大数据及人工智能技术等数据知识挖掘技术将得到广泛应用与发展。

2泛在电力物联网的关键技术

2.1智能芯片

泛在电力物联网的技术应用包括三大因素，即对电力数据进行采集、传递，电力数据分析和管理以及电力信息的综合应用。泛在电力物联网的核心技术是智能芯片，当前越来越多的计量设备接入电力系统，且电力设备的运行会产生大量的数据。而目前大多数的电力数据采集设备仍然依赖于传统的工业采集设备，数据的有效性较低下、不够精确，也使得终端的智能设备程度化降低，无法实现智能判断与自适应调节能力的统一，进而影响入网和分散式管理智能化网络系统。泛在电力物联网的发展是基于电力信息的有效整合，通过对电力资源利用、电力数据的传递以及数据分析，促进终端智能化发展。

2.2LPWA与5G

电力数据的大量传输，需要通讯设备实现一体化发展。当前我国的电力设备分布较广，遍布几千个城市，因此存在供电分散范围广、供电连接难的问题，在无线网络条件下的技术，很难满足当前的发展需求。而泛在电力物联网对于LPWA和5G技术的运用，将会成为重要的通信手段。第五代移动通信技术，即5G，是4G通讯设备之后的延伸，正在研究中。5G网络的运行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25Gb/s）。5G作为物联网发展的必要条件，很大程度上在于5G网络功能能够解决电力传输、地域等方面限制网络的问题。当前4G的人均速率为5~10Mb/s，5G的速度将提升十倍，5G网络峰值速率能达到1.2Gb/s，下载一个2GB高清电影，最快20s就可以完成，这样的带宽和网速能满足包括智能服务机器人在内的大量物联网设备的接入。因此对于电力的输送方面，泛在电力物联网的运用具有一定的实效性和效率。5G网络的主要目标是让终端用户随时随地能够实现联网状态，5G网络将来支持的设备远远不止基本的智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等。

2.3物联网平台

当前物联网平台已经大范围普及，通过对电力系统的数据进行合理分析，可以有效地实现电力信息的高效利用。一体化信息数据平台，需要具备当前大数据处理的能力，实现电力系统故障诊断的人工智能水平，对相关的信息进行预算。以此实现大小城市各个项目内容的在线操作，实现云计算、云数据和人工智能的一体化。

3泛在电力物联网关键技术展望

3.1能源信息物理系统融合技术

为构建泛在电力物联网，需将电力网与设备物联网有机融合，从而实现系统高效化、一体化仿真。如何设计信息物理系统融合的架构是其中关键技术之一。现阶段不仅缺少融合的技术标准体系，也缺少面向能源互联网的信息物理系统融合模型与仿真方法。电信息与物联网信息不仅仅需要相互交互，更需要将两者信息融为整体，建立综合性仿真模型及实验平台，实现面向信息流、业务流和能源流深度融合的联合仿真。在综合考虑能源供给不确定性的基础上，研究全范围能源期望交互能力，量化评估多能节点、线路。

3.2智能传感及智能终端技术

作为泛在电力物联网发展的基础和最为关键的一环，高精度、含多维特征参量的智能感知技术及状态信息全局智能化终端及其布局技术是发展电力物联网不可或缺的一环。对于电力设备层智能化传感装置，首先要保证电力设备复杂工况下多维特征参量数据的有效性。发输变配用等各类电力系统设备，长期处在复杂多变的运行环境，以变压器为例，温湿度、电磁场、压力、气体、水分等信息都会对变压器的可靠稳定运行产生影响。因此，泛在电力物联网中智能化传感装置面对复杂的电力设备工况应保证多维特征参量（光学、电磁、声学信号）传感采集的精度，保证感知信息的可靠性。同时，为了提高系统数据处理分析的效率，智能化传感装置应具备设备状态可靠性评估的能力，将智能传感器件与电气设备本体的一体化融合设计理念不失为一种更为有效的解决方案。对于系统层面的智能化感知技术，不仅需要研究基于电力线的电网状态传感技术，而且需要研究电力设备状态参量建模、数据聚合与故障诊断定位技术，并制定适应不同电气设备需求的智能传感器标准，发展适用于各种工况下的能源电力智能传感器群。发展能源信息感知技术不仅仅需要发展传感器设备，还需要构建智能化终端，保证智能化终端的即插即用及业务终端统一管理及配置。同时需要构建智能终端与传感网络现场通信技术。考虑现有微功率无线传感网、蜂窝物联网（NB-IoT、eMTC、LoRa、Sigfox等）通信应用技术，保证不同场景下的多模多制式下通信网络适配，从而实现异常事件高精度定位、复杂环境下的适应性。同时应研究降低通讯网络时延，保证电力人-机-物协同与交互，并将电力运维经验认知纳入系统开发，使终端高效智能化。

4结语

随着人工智能水平的提升以及物联网的发展，泛在电力物联网方面的有效利用，其实是实现电力数据的增值服务。泛在电力物联网的发展是基于电力系统，通过通信网、人工智能、云平台等技术手段，实现能源的合理配置，以实现电网的经济安全运行。同时，要对电力系统实行开放政策，促进电能供需交易的运转。还要对电力资源的配置和运作进行有效的管理和评估，促进电力物联网健康发展。

参考文献：

[1]杨东升，王道浩，周博文，等.泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J].发电技术，2019（2）：107-114.

[2]朱永利，石鑫，王刘旺.人工智能在电力系统中应用的近期研究热点介绍[J].发电技术，2018（3）：204-212.