摘要：能源供应压力不断增大和大量多种类型分布式能源不断接入给电力系统的经济运行、安全管理和应用服务提出了前所未有的挑战。国家电网有限公司提出了打造泛在电力物联网的构想，拟通过物联网技术赋予电力系统灵活感知、实时通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不断提升电网运行控制和调度的智能化水平，持续深入提高各种类型能源之间的互动能力，将现有的电力系统转变为更高效、更安全、更可靠、更具弹性和可持续性的智能网络化电力能源系统。
关键词：物联网;电力物联网;大数据;新一代人工智能;智能家居;智能车联网系统
引言
对泛在电力物联网的基本概念、主要特点、关键技术和典型应用进行说明与分析，在此基础上给出泛在电力物联网建设面临的主要挑战，为相关研究的深入开展提供有益的参考。
1面临形势
2019年国家电网有限公司“两会”做出全面推进“三型两网”建设，加快打造具有全球竞争力的世界一流能源互联网企业的战略部署，是网络强国战略在国网公司的具体实践，是落实中央部署、发挥央企带头作用的重要举措，是适应内外部形势和挑战的必然要求。建设泛在电力物联网为电网运行更安全、管理更精益、投资更精准、服务更优质开辟了一条新路，同时也可以充分发挥电网独特优势，开拓数字经济这一巨大蓝海市场。建设泛在电力物联网是落实“三型两网、世界一流”战略目标的核心任务。
2国网公司面临的三大挑战
首先社会对电的依赖，要求供电可靠性更高，电网越来越复杂，接入设备类型和数量越来越多，电网形态发生变化，电网安全运行压力加大。其次受电力市场开放、输配电价降低、电量增长减速等因素影响，电网业务面临日趋激烈市场竞争，企业经营遇到瓶颈。最后互联网经济、数字经济等社会经济形态发生变化，通过平台对接供需双方，打造多边市场，对传统电力行业带来巨大挑战。
3泛在电力物联网的特点
3.1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。
3.2拓扑变化频繁、具有自愈能力
泛在电力物联网网络拓扑变化频繁主要有3个方面的原因:一是为了满足实际需要，追加部署新的传感设备或调整传感器的位置;二是为了节约传感设备的能量，各个传感设备在工作状态和休眠状态之间切换;三是有些传感设备因环境影响或硬件损坏等原因失效而退出网络拓扑连接。泛在电力物联网网络拓扑结构的频繁变化要求所部署的传感设备具有较强的自愈能力，即能够实时获得周围传感设备状态变化的信息(如新的传感设备加入、转为休眠状态或失效等信息)，以便及时调整自身的信息感知范围消除覆盖盲区或调整通信距离重新建立通信链路。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电力系统结构复杂，有些应用环境甚至十分恶劣，因此必须考虑增强传感设备的自组织能力，以减少失效传感设备的修复或更换对电网运行监控带来的不利影响。有些情况下还需要通过部署冗余传感设备来提高调度监控的可靠性。
3.3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。
4泛在电力物联网的关键技术
在泛在电力物联网的构建过程中涉及到多项关键技术，包括感知、通信、电源管理、大数据、计算、安全性等。为了解决这些关键技术，技术创新是十分必要的。下面将对泛在电力物联网构建过程中涉及到的一些关键技术进行说明和分析，并结合近年来物联网的研究成果为解决这些关键技术提出一些建议和参考。实现信息感知是构建泛在电力物联网的首要任务，这需要将各种传感设备部署于各个目标区域以对不同的人或物进行实时感知。由于电力系统的规模庞大、结构复杂，因此需要部署成千上万个传感设备。这就要求进一步实现传感设备的简单化、低成本、低功耗和高度集成化，同时应当封装无线通信功能以减少布线等网络基础架构的部署，以大幅度降低电力物联网构建的成本和难度，便于实现众多的物联网设备与电力系统的无缝集成。由于有些传感器甚至直接置于电力设备内部，因此还需要进一步实现传感设备的小型化、微型化，以及需要考虑电磁兼容技术等。目前，一些新型传感器的设计和研发可为电力物联网的发展提供很多有益的参考，如:仿生学传感器、纳米材料传感器、生物芯片等。同时，通常情况下物联网的应用是以具体事件、任务和目标为驱动的，即传感设备根据具体的应用需求进行信息的感知和获取。因此，物联网应用于电力系统中，也必然要针对特定的应用环境设计具有特定功能的新型传感设备。例如，已初步应用于智能家居中的智能家居占用传感器、泄漏和水传感器等。利用智能家居占用传感器，户主可以实时监控房屋内和周围的所有活动，从而使房屋免受入侵和破坏。而泄漏和水传感器则会在一旦发现泄漏的情况下立即向房主发出警报以便及时采取措施。由于数量多、应用环境复杂，传感器设备的电池不便频繁更换，因此高效的电源管理技术也必须纳入到未来的物联网设备设计和研发中来。为了有效地管理电源，目前已经提出了一些解决方案，例如使用低精度传感器模块阵列和后续的数据融合来生成高精度信息，使用数字电路来设计低功率传感器节点等。值得特别关注的是，考虑通过在物联网设备中集成能量收集系统，对周围的光、热、射频、振动甚至是人体的运动等环境能源进行合理利用，来延长物联网设备的寿命以减少其对电网或电池的依赖性，被视为是一种很有应用前景的替代方案。这样做可以使物联网设备真正实现便携式和自我维持，进一步为实现无处不在的感知、通信和服务提供条件。
结语
在国家电网有限公司大力提倡发展泛在电力物联网的背景下，本文对泛在电力物联网的基本概念、主要特点、关键技术和典型应用进行了分析与说明，为泛在电力物联网的进一步深入研究提出有益的参考。由于打造泛在电力物联网是一个长期的过程，因此本文提出的一些观点需要随着泛在电力物联网发展进行完善和修正。
参考文献
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［2］实现“三流合一”推动坚强智能电网与泛在电力物联网融合发展［N/OL］．北极星输配电网，2019-01-23［2019-03-01］．
论文作者:王宁, 张浩, 宋常青, 杨政
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：电力论文; 设备论文; 传感器论文; 电网论文; 电力系统论文; 通信论文; 信息论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;