泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術研究

何煥文

摘要：2019年國家電網(wǎng)公司提出了打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的構想，擬通過物聯(lián)網(wǎng)技術賦予電力系統(tǒng)靈活感知、實時通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不斷提升電網(wǎng)運行控制和調度的智能化水平，持續(xù)深入提高各種類型能源之間的互動能力，將現(xiàn)有的電力系統(tǒng)轉變?yōu)楦咝?、更安全、更可靠、更具彈性和可持續(xù)性的智能網(wǎng)絡化電力能源系統(tǒng)。對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、主要特點、關鍵技術和典型應用進行說明與分析，在此基礎上給出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設面臨的主要挑戰(zhàn)，為相關研究的深入開展提供有益的參考。

關鍵詞：電力;物聯(lián)網(wǎng);關鍵技術

近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展及能源需求的日益增長，能源供應的壓力不斷增大。大量分布式能源的不斷接入給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行和安全管理提出了前所未有的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術正處于應對這一挑戰(zhàn)的最前沿，它可以通過泛在的感知技術賦予電力系統(tǒng)動態(tài)的靈活感知、實時通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不斷提升電網(wǎng)運行控制和調度的智能化水平，將現(xiàn)有的電力系統(tǒng)轉變?yōu)楦咝А⒏踩?、更可靠、更具彈性和可持續(xù)性的智能網(wǎng)絡化電力能源系統(tǒng)。

一、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念及特點

隨著世界各國物聯(lián)網(wǎng)技術的蓬勃發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)逐漸深入到人類生活的各個領域。電力系統(tǒng)作為目前最龐大、最復雜的人工系統(tǒng)之一，其中涉及到不計其數(shù)的人與人、人與物、物與物之間信息的雙向獲取、傳遞、融合、交互和利用。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術應用于電力能源領域是必然的趨勢。泛在物聯(lián)是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息連接和交互。因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的具體表現(xiàn)形式和應用落地。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應用現(xiàn)代信息技術和先進通信技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統(tǒng)。通過全息感知和廣泛互聯(lián)產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，通過融合融通提供價值服務是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設的目標。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)一般具有以下幾方面的特點：一是信息感知全面、組網(wǎng)快速靈活;二是信息融合度高、通信方式靈活;三是拓撲變化頻繁、具有自愈能力;四是以數(shù)據(jù)為中心、面向具體服務;五是訪問權力受限、安全性要求高;六是可擴展性強、智能化程度高。

二、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

（一）異構網(wǎng)絡平臺的互操作性和無縫融合技術

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是一個典型的異構網(wǎng)絡，網(wǎng)絡的異構化造成了網(wǎng)絡平臺連接的復雜性。經(jīng)過多年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在應用過程中已有很多連接標準，對應于物聯(lián)網(wǎng)的3個普及任務，可以大致將現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)連接標準分為3類：（1）與數(shù)據(jù)相關;（2）與通信相關;（3）與服務相關。對于電力系統(tǒng)來說，如果上述三類連接標準缺乏互操作性，則數(shù)據(jù)表示格式、數(shù)據(jù)分發(fā)機制和數(shù)據(jù)管理平臺，都將面臨挑戰(zhàn)。要應對這些挑戰(zhàn)必須開發(fā)和實施全面的連接標準，這對于實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)物理域和虛擬域之間的互操作性和無縫過渡至關重要。因此，需要借鑒現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)連接標準，進一步提出適用于電力系統(tǒng)應用環(huán)境的網(wǎng)絡連接標準，以實現(xiàn)差異化傳感設備之間數(shù)據(jù)、通信和服務的互操作性，以確保多種類型異構傳感網(wǎng)絡在電力系統(tǒng)各個應用領域中的滲透和無縫運行。

（二）海量數(shù)據(jù)的處理技術和計算技術

通過電力能源系統(tǒng)連接的成千上萬個物聯(lián)網(wǎng)設備將會生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有高速生成、類型多樣、時效性要求高、準確性不一致等顯著特點，使得數(shù)據(jù)的存儲、共享和管理的過程都變得更加困難。如何通過有效的處理和計算方法將眾多數(shù)量的數(shù)據(jù)轉化為有價值的信息是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)的處理和計算技術將賦予物聯(lián)網(wǎng)類似于生物神經(jīng)系統(tǒng)對信息的認知和分析能力，這使得物聯(lián)網(wǎng)從最初的僅以傳遞信息為主要目的的連接型網(wǎng)絡，向通過處理信息以達成特定的服務為主要目的的智能型網(wǎng)絡轉變。很多學者針對具體的電力應用領域提出了相應的數(shù)據(jù)驅動方法來解決數(shù)據(jù)的處理、分析和計算的問題。

（三）網(wǎng)絡安全與可靠性技術

如前所述，電力系統(tǒng)關系到國計民生，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)必須具有極高的安全性和可靠性，因此提出有效的保證物聯(lián)網(wǎng)安全和隱私的技術也是至關重要的。然而，由于未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中將不斷有新設備甚至新人員的加入，這些“新興事物”數(shù)量巨大且具有多樣性、異質性和動態(tài)變化的特點，這就使得保證網(wǎng)絡安全和隱私的任務變得更為復雜。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡安全控制通常僅局限于一個領域，即監(jiān)控一個特定的基礎設施單元并保護一個特定的服務，如訪問控制。然而，由于物聯(lián)網(wǎng)可容納許多資源受限的事物，因此將無法繼續(xù)沿用當前的安全和訪問控制措施。物聯(lián)網(wǎng)的安全和隱私應滿足保密、授權、認證、可用性和完整性等基本標準。

（四）新一代人工智能技術

專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊集合及啟發(fā)式搜索算法等這些傳統(tǒng)的人工智能技術在電力系統(tǒng)中早已得到了廣泛應用。近年來，隨著深度學習在圖像領域的突破性進展掀起了人工智能新一輪的研究熱潮。以高級機器學習理論、大數(shù)據(jù)、云計算為主要代表的NGAI技術，具有應對高維、時變、非線性問題的強優(yōu)化處理能力和強大學習能力，為突破因分布式電源、分布式儲能、電動汽車等多種新型能源高比例接入引起的電網(wǎng)復雜非線性、不確定性、時空差異性等挑戰(zhàn)提供了有效的解決途徑。如果說傳感設備為電力設備提供了“耳、鼻、口”等“感覺器官”，使其能夠實時感受到外界環(huán)境的變化并及時和人類溝通，那么人工智能則賦予了電力設備會思考的“大腦”，使其能夠對感知到的信息進行計算和融合進而得出相應的結論上報給用戶，甚至可以通過對實時信息和歷史數(shù)據(jù)進行分析，提出長期的決策建議為用戶服務提供參考。

三、結語

總之，“堅強”與“智能”并重是我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的內在要求和方向，而“堅強”和“智能”這兩者本身就是相互促進的。因此，可以預見，承載數(shù)據(jù)流的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與承載電力流的堅強智能電網(wǎng)必將相輔相成、融合發(fā)展，形成強大的價值創(chuàng)造平臺，共同構成能源流、業(yè)務流、數(shù)據(jù)流“三流合一”的能源互聯(lián)網(wǎng)。

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（作者單位：國網(wǎng)福建省電力有限公司云霄縣供電公司）