摘要：为实现电力系统各环节互联、人机交互、状态全面感知、信息高效处理，国家电网有限公司提出了发展泛在电力物联网的战略目标。构建泛在电力物联网是信息融合的发展趋势，也是承载能源数据流的最佳途径。以能源技术发展趋势为依托，对泛在电力物联网的定义及特点进行了阐述，依据中国能源发展规律，提出了泛在电力物联网的发展建议。结合电力系统实际现状，提出了建设泛在电力物联网需要突破的关键技术。
关键词：泛在电力物联网；电力系统；关键技术
1泛在电力物联网的特点
1.1信息感知全面、组网快速灵活
泛在电力物联网中的传感器可以十分方便地根据电力行业的具体应用需求部署在电力系统的各个角落或直接封装于电力设备内部，实现无处不在的全面感知。随着无线通信技术的不断进步与发展，无线传感设备甚至无须架设固定的网络基础设施即可进行灵活部署，并通过自组织协作的方式迅速建立通信连接、快速组网，从而实现对电力系统中各个关键环节、部件及周围环境状态信息的实时感知、采集和处理。这对于涉及范围广泛、结构错综复杂的电力系统来说尤为重要。例如：将传感器部署于处于恶劣环境、可进入性差的海上风电场中对风电机组进行状态监控，可以大幅度降低风电机组的故障率，提高风电场的经济效益。
1.2信息融合度高、通信方式灵活
电力系统的运行调度和运行监控要求信息实时、准确、快速地传递，这需要通过有效的数据融合技术及灵活的通信方式才能实现。泛在电力物联网中的传感器在进行信息传递之前，可以对采集到的信息进行初步压缩，以避免冗余数据传递带来的信道拥塞和数据包丢失等问题，然后再将信息传递给网络中的汇聚中心(也可称网关或基站)进行进一步处理与融合，最后通过专用网络等传递给用户终端。同时，传感与通信设备能够以多跳的方式进行无线通信，通信网络中包含多条通信链路。多跳的方式缩短了物联网设备之间的通信距离，多条通信链路也增加了网络通信的灵活性和容错性。
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。针对不同的应用场景，5G切片网络技术可以选择不同的切片，在5G网络通道上实现数据的传输，并接入同样的5G数据平台。另一方面，以NB-IoT、LoRa为代表的低功耗广域网技术由于其广覆盖、大连接、低功耗、低成本的特点而成为工信部《物联网发展规划(2016—2020年)》中明确要发展的网络技术。目前5G网络与低功耗广域网技术在电力系统中的应用并不广泛，随着其与电力系统的不断结合，必将成为实现泛在电力物联网通信的主要手段。
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。对于实现泛在电力物联网数据一体化平台的搭建，必须结合“大数据云计算人工智能”的物联网平台。
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网络信息安全
（1）移动和互联安全。为保证“人-物”、“物-物”、“人-人”安全互联，一方面需要研究融合业务特征的高效安全交互协议及关键技术，保证多密码模块的高性能网络安全接入。另一方面可通过区块链技术实现多方信任交互，保证移动办公安全防护，使跨区单向传送安全高效。（2）数据安全。数据的隐秘性涉及到用户商业机密及私隐权益，因此需要构建泛在电力物联网数据安全治理及隐私保护体系，研究支持跨域共享的数据访问控制模型及数据保护关键技术。同时，可基于数据动态脱敏技术、敏感数据标记及追踪溯源关键技术，研究面向业务的数据安全防护体系。
4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］国网能源研究院有限公司.能源与电力分析年度报告［M］.北京：中国电力出版社，2018.
［2］电网头条.2019年国家电网公司全力打造“三型两网”企业［EB/OL］.［2019-1-17］.
论文作者:魏博文,包文伟, 周生涛,陈麟, 段景艺
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第06期
论文发表时间:2019/7/31
标签：电力论文; 数据论文; 电力系统论文; 信息论文; 能源论文; 关键技术论文; 切片论文; 《当代电力文化》2019年第06期论文;