摘要：物联网技术可以在多种场合满足智能化电网发电、变电、输电、配电以及用电等方面获取信息的全面性、准确性以及实时性需求。在物联网技术的指导下，电网能够实现有效的态势感知，有利于规范电网管理能力。对于电力物联网技术构建，可以从感知层、网络层以及应用层入手。
关键词：电力；物联网；功能架构
1泛在电力物联网的架构与功能
1.1感知层组成
感知层是支撑泛在电力物联网的底层结构，连接到包括电力设备、家庭电器等物体，通过射频识别、传感器以及一/二维码等手段达到物物互通、人物互联的效果。这一结构主要承担泛在电力物联网的数据获取及上传至网络层的功能，通过实时数据与信息上传实现任意物体可随时随地进行数据传输，从而保证上级网络可以准确得到有效且及时的数据信息，使得网络层得以随时更新系统状态，通过内置算法等实时监测、预测，保证上传下达的命令有的放矢，切实提高网络运行效率。
为保证泛在电力物联网可以高效承担所覆盖区域的数据采集工作，并为上级网络提供尽可能全面的数据内容，为社会生产、居民生活以及电网运行提供智能化和便捷化的管理，数据获取覆盖范围应涵盖产业生产数据、居民生活信息、新能源微网运行状态、公共设施工作状况、充电桩动态情况以及包括局部微气象变化、实时交通变化等多维度、全方面的信息。
目前，各类感知层设备的传感手段、监测方式不断进步，已经取得了一定的实际应用。对泛在电力物联网而言，目前电网在用户侧多数使用单向电表，且只能测量有功功率与无功功率的相关信息，即仅能将用户侧用电情况数据上传至电网，无法实现用户自主监测和自主调整。RosarioMorello等为提高对电能质量的监测能力，开发出一种可以远程编程与控制的智能电表。除具备功率计量的功能外，它还可以进行电能质量分析、电表间信息沟通以及基于用户要求对电能进行管理等，兼顾对多种物理量的测量，实现多表合一。通过一套设备或系统可以对用户与运行人员感兴趣的多种物理量开展分析，是简化感知层结构、提高电表工作效率的重要方式，也是设备发展的趋势之一。
1.2网络层功能
网络层的任务主要在于对源于感知层的数据进行收集与整理，并使用数据开展智能分析，评估被监测物体的运行情况，对t+1至t+n时刻的状态进行预测。网络层主要由大量分布在云端与工作范围内的计算机构成，通过智能算法起到智能评估与预测的作用，保证设备运行工况的实时监督，并做到防范于未然，提前感知，在故障发生前进行处理。该结构还需要肩负起生成基本指令以供上级结构进行判断与筛选的任务。
云技术属于典型的实际网络层结构。用户将数据上传且可以直接存储在云服务器内，直接调用云处理器基于数据开展数据分析，用于指导企业的日常运作与生产。这一模式主要由企业与供应链连接的企业联盟使用，跨行业的综合分析案例尚未出现。目前，IBM与亚马逊等智能方案供应商的云计算技术相对成熟，其与汽车行业合作的实际项目对建设泛在电力物联网有一定的指导意义。孤岛运行的智能微电网则属于网络层与调度中心结合的案例。以丹麦博恩霍尔姆海岛的欧盟环保电网为例，这一孤岛电网采用新能源与化石燃料的能源组合进行发电，同时使用智能电网控制器基于北欧电力市场的电价调控家用电器。同时，数据与当地公用事业公司相连，用户可以自主设置家电的使用方式，极大地便利了用户生活与电力分配工作。这一结构通常是按片区开展工作，即独立服务于直接联系的上级节点和所覆盖范围内的物体与人员，就近提供智能分析与指导意见。
该结构承担了所连接的所有感知层数据的接收与上传功能。要保障这一功能的稳定实现，对数据通道提出了极大挑战。不同数据源提供的数据内容与传达的信息各有差异，使用一个规范的标准对数据进行整理与储存，对网络层的模块化与可推广能力极其重要。算法是该层功能实现的另一关键因素。如何有效提高算法能力并保证算法对所处理问题的实用性，实现结合不同类别的数据开展状态实时监测以及预测，做到将智能赋予物体，是构建高效网络层的重要任务之一。
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2泛在电力物联网在电力系统中应用
2.1利用数据打下服务基础
数据采集的主要方法是将充分兼容的感知装置广泛布置在电力系统的各个环节，对关键电力设备的运行状况进行感知、测量、监控，从而为电网公司电力设备的管理提供了极大的数据支撑和便利。
随着5G时代的到来，网络的通信速度将会更快速、稳定，可以实现数据的实时、高速、双向传输。边缘计算技术在4G/5G网络的加入以后，会使数据处理更加方便，资源共享更加迅速，网络构建更加全面。同时覆盖地面的电力卫星、无线专网的建立、骨干网的形成等多层次电力通信网络将进一步满足网络信息交互需求，实现泛在化的连接。此外，边缘计算还将和云计算互补协同，进一步提高分析处理数据的快速性和准确性，让用户和电网以及用户和用户之间实时交互。
搭建好数据服务以及数据传输平台以后，在数据的有效利用上可以衍生出新的业务，比如对数据进行租赁、出售等。金融行业、科研机构、高校对电力行业的原始数据有巨大需求，在泛在电力物联网完备的体系下，数据将不会成为掣肘行业发展的壁垒，可以实现相关行业的快速发展，也可以促进泛在电力物联网的不断完善。
2.2打造经济、安全电网
结合高速发展的机器学习方法和已采集的数据，研发新能源-负荷实时监测和功率预测系统，建立以火电、核电机组为基础的电力调度系统。结合实时采集运行中的电力设备的数据和设备状态自动诊断技术，可以感知设备的实际运行状态，有针对性制定检修策略，提高设备运行可靠性水平，从而提高供电的可靠性。结合泛在物联的人机交互建立智能配电管理系统（IDMS），实现现场作业环节的线上化，通过电子身份、电子工作票等减少人员冗余，提高国网内部工作效率。
泛在电力物联网是由源、网、荷、储、人等多方面参与的时空互动型网络，因此，须实现能源资源的多目标优化，既要满足供需要求，还要考虑成本、价格、效率等问题。在泛在电力物联网的背景下，通过对数据的感知，可以分析泛在物联网各节点的特征及相互联系，并采用优化模型对资源的优化问题进行解决，满足用户和业务的多样化需求。
除了在运行规划方面对安全经济有保障以外，在与客户进行沟通交流方面也发生了巨大变化。泛在电力互联网将为电网搭建智慧能源服务平台，在企业内部提高办事效率，实现线上登记、线上管理、自动检查等；配送方面实现信息实时记录，提高透明度与安全性；改变传统的商业模式并出台新型政策，将扩大服务范围，为能源企业、工业区、私人用户等提供线上基础供电服务、金融服务、大数据管理等，构建了包括政府、电网、用户、金融机构在内的新型能源生态体系。
2.3促进新能源消纳
泛在电力物联网的建设和发展，为电网的安全稳定运行，促进新能源消纳开辟了新的思路。利用人工智能技术，对新能源进行短期发电预测，降低调度的难度；异质能源间可以进行信息交互，充分发挥能源互补优势，提高电力系统的灵活性，平抑风电、光伏发电的不确定性，有效解决弃风弃光问题，实现资源的优化利用；通过数据交互，动态重构配电网，实现最小弃风弃光等优化目标；通过电力市场手段，引导用户的用电行为，实现削峰填谷的目标；通过增设储能装置，基于数据共享平台，实现源网荷储协同优化，发挥储能装置的时效性，减少电网消纳的压力。
结论
需要指出，泛在电力物联网在数据的处理与分析、信息安全、商业模式的变化、基础设施的建设、高新技术的研究等方面还有许多亟待攻克的技术难关。不过，随着国家政策的扶持以及相关行业专家的探索，已经逐步形成了一套初步的支撑建设的信息通信理论体系。未来，通过社会各方的密切合作，通过理论创新、技术研究和模式变革，终将实现建设世界一流能源互联网这一目标。
参考文献：
[1]汪洋，苏斌，赵宏波.电力物联网的理念和发展趋势[J].电信科学，2018，26（S3）：9-14.
[2]泛在电力物联网缘何有魅力[J].河南电力，2019（04）：72-73.
论文作者:晁阳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
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