泛在電力物聯網的關鍵技術與應用前景
來源:用戶上傳
作者:
【摘 要】隨著交直流輸電規模的迅速擴大，分布式發電設備接入類型與數量快速增加，導致電網復雜程度不斷提升，對傳統電網形態提出了挑戰。另一方面人工智能技術的發展也對電網功能和運行方式提出新的要求。因此，結合泛在物聯技術將現有電力系統建設成泛在電力物聯網是未來電力能源體系的發展趨勢，也是當前階段國家電網最緊迫、最重要的任務。
【關鍵詞】泛在電力物聯網;關鍵技術;應用前景
1泛在電力物聯網的特點
1.1 信息感知全面、組網快速靈活
泛在電力物聯網中的傳感器可以十分方便地根據電力行業的具體應用需求部署在電力系統的各個角落或直接封裝于電力設備內部，實現無處不在的全面感知。隨著無線通信技術的不斷進步與發展，無線傳感設備甚至無須架設固定的網絡基礎設施即可進行靈活部署，并通過自組織協作的方式迅速建立通信連接、快速組網，從而實現對電力系統中各個關鍵環節、部件及周圍環境狀態信息的實時感知、采集和處理。這對于涉及范圍廣泛、結構錯綜復雜的電力系統來說尤為重要。例如： 將傳感器部署于處于惡劣環境、可進入性差的海上風電場中對風電機組進行狀態監控，可以大幅度降低風電機組的故障率，提高風電場的經濟效益。
1.2 信息融合度高、通信方式靈活
電力系統的運行調度和運行監控要求信息實時、準確、快速地傳遞，這需要通過有效的數據融合技術及靈活的通信方式才能實現。泛在電力物聯網中的傳感器在進行信息傳遞之前，可以對采集到的信息進行初步壓縮，以避免冗余數據傳遞帶來的信道擁塞和數據包丟失等問題，然后再將信息傳遞給網絡中的匯聚中心（ 也可稱網關或基站） 進行進一步處理與融合，最后通過專用網絡等傳遞給用戶終端。同時，傳感與通信設備能夠以多跳的方式進行無線通信，通信網絡中包含多條通信鏈路。多跳的方式縮短了物聯網設備之間的通信距離，多條通信鏈路也增加了網絡通信的靈活性和容錯性。
1.3 拓撲變化頻繁、具有自愈能力
泛在電力物聯網網絡拓撲變化頻繁主要有 3 個方面的原因： 一是為了滿足實際需要，追加部署新的傳感設備或調整傳感器的位置; 二是為了節約傳感設備的能量，各個傳感設備在工作狀態和休眠狀態之間切換; 三是有些傳感設備因環境影響或硬件損壞等原因失效而退出網絡拓撲連接。泛在電力物聯網網絡拓撲結構的頻繁變化要求所部署的傳感設備具有較強的自愈能力，即能夠實時獲得周圍傳感設備狀態變化的信息（ 如新的傳感設備加入、轉為休眠狀態或失效等信息） ，以便及時調整自身的信息感知范圍消除覆蓋盲區或調整通信距離重新建立通信鏈路。電力系統結構復雜，有些應用環境甚至十分惡劣，因此必須考慮增強傳感設備的自組織能力，以減少失效傳感設備的修復或更換對電網運行監控帶來的不利影響。有些情況下還需要通過部署冗余傳感設備來提高調度監控的可靠性。
2 泛在電力物聯網的關鍵技術
2. 1 新型物聯網設備的設計與研發
實現信息感知是構建泛在電力物聯網的首要任務，這需要將各種傳感設備部署于各個目標區域以對不同的人或物進行實時感知。由于電力系統的規模龐大、結構復雜，因此需要部署成千上萬個傳感設備。這就要求進一步實現傳感設備的簡單化、低成本、低功耗和高度集成化，同時應當封裝無線通信功能以減少布線等網絡基礎架構的部署，以大幅度降低電力物聯網構建的成本和難度，便于實現眾多的物聯網設備與電力系統的無縫集成。由于有些傳感器甚至直接置于電力設備內部，因此還需要進一步實現傳感設備的小型化、微型化，以及需要考慮電磁兼容技術等。目前，一些新型傳感器的設計和研發可為電力物聯網的發展提供很多有益的參考，如： 仿生學傳感器、納米材料傳感器、生物芯片等。同時，通常情況下物聯網的應用是以具體事件、任務和目標為驅動的，即傳感設備根據具體的應用需求進行信息的感知和獲取。因此，物聯網應用于電力系統中，也必然要針對特定的應用環境設計具有特定功能的新型傳感設備。由于數量多、應用環境復雜，傳感器設備的電池不便頻繁更換，因此高效的電源管理技術也必須納入到未來的物聯網設備設計和研發中來。為了有效地管理電源，目前已經提出了一些解決方案，例如使用低精度傳感器模塊陣列和后續的數據融合來生成高精度信息，使用數字電路來設計低功率傳感器節點等。值得特別關注的是，考慮通過在物聯網設備中集成能量收集系統，對周圍的光、熱、射頻、振動甚至是人體的運動等環境能源進行合理利用，來延長物聯網設備的壽命以減少其對電網或電池的依賴性，被視為是一種很有應用前景的替代方案。這樣做可以使物聯網設備真正實現便攜式和自我維持，進一步為實現無處不在的感知、通信和服務提供條件。
2.2物聯網平臺
隨著電力系統海量數據接入一體化數據平臺，通過對大量數據的合理分析、深層挖掘，進而實現電力信息的有效利用。一體化數據平臺應當具備大數據處理和云端計算，以及實現風光預測、電力系統故障診斷等的人工智能能力。目前百度的“天工”智能物聯網平臺，移動 OneNET物聯網平臺，阿里 link 物聯網平臺等一體化數據平臺相繼在生產實踐中展開應用。移動 OneNET與“Hi”電展開合作，協助其解決“設備狀態檢測”、“設備位置監管”、“設備信息管理”、“反向控制設備”等問題;阿里云于無錫鴻山打造首個物聯網小鎮，實現小鎮交通、環境、水務、能源等多個城市管理項目的在線運營。對于實現泛在電力物聯網數據一體化平臺的搭建，必須結合“大數據 云計算 人工智能”的物聯網平臺。
2.3 5G 與 LPWA
海量電力數據的傳遞需要一體化的通信網絡。電力系統地域分布廣泛，往往涉及高山、森林、冰原等復雜環境，致使通信網絡難以覆蓋全部，現場數據難以傳輸?，F在物聯網有 2 類主流技術：一類是工業以太網和電力載波為主的有線網絡技術，另一類是以 5G 和低功耗廣域網（LPMA）為主的無線網絡技術。泛在電力物聯網中數據分布廣，分散性強，部分不易供電，連接難，采集頻次低，傳統的有線網絡通信技術難以適用，因此以無線網絡為主的現代通信技術是實現泛在電力物聯網網絡通信的主要手段。 3 泛在電力物聯網的應用前景
3.1提高電網安全經濟運行水平
目前我國電網存在能源分布不均，網架結構不合理，電網調節能力不足等問題。泛在電力物聯網通過物聯網技術，可以有效解決這些問題，促進電力系統“發–輸–變–配”各個環節的安全穩定運行。結合物聯網技術，研發風能、太陽能、負荷實時監測和功率預測系統，建立以火電機組為底層支撐的能源統一調控系統。結合物聯網技術提高輸電環節可靠性、設備狀態自動診斷技術，利用智能傳感及智能終端提升保護、通信等二次設備的感知能力和終端智能，實現聯合處理、數據傳輸、綜合判斷等功能，提高電網的智能化水平和可靠性程度。結合電力物聯網技術，建立智能配電管理系統（IDMS），實現配網狀態監測、智能巡檢、快速故障診斷恢復、優化運行控制與管理全部在線;對于難以線上工作的現場作業環節，通過電子身份認證、電子工作票，在線監督，可以降低人員冗余，提高工作效率。
3.2促進清潔能源消納
目前我國電網中風電、光伏等清潔能源占比低，且三北地區棄風、棄光現象嚴重，泛在電力物聯網的建設將極大促進清潔能源消納。結合物聯網的全息感知，可以實現源、網、荷、儲的靈活互動;利用人工智能等技術，對風電、光伏進行超短期發電預測，結合負荷情況，通過市場激勵用戶主動參與清潔能源消納;將分布式新能源聚合成實體，形成虛擬電廠，以多能互補的形式提高分布式新能源的友好并網水平和電網可調控容量占比，并且優化調度實現跨區域協調控制，促進集中式新能源省間交易和分布式新能源省內交易。
結束語
泛在電力物聯網是以電力系統為核心，結合智能終端傳感器、通信網、人工智能、云平臺技術，構成的復雜多網流系統。泛在電力物聯網通過電力系統設備信息交互、人物信息交互，實現能源生產與消耗的實時平衡，保障電網的經濟安全運行;另一方面也可以促進電力市場的開放，實現供需交易的快速響應，以及清晰明了的電網資產評估。泛在物聯技術與電力系統的結合，最終將會構建多方參與的能源生態體系。作為第三次能源革命的核心技術，泛在電力物聯網是未來能源產業的發展方向。
參考文獻：
[1] 郎為民. 大話物聯網[M]. 北京： 人民郵電出版社，2011.
[2] 汪洋，蘇斌，趙宏波. 電力物聯網的理念和發展趨勢[J]. 電信科學，2010（ S3） ： 9-14.
?。ㄗ髡邌挝唬簢W山西省電力公司陽泉供電公司）
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14930614.htm
