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摘要：物联网产业在近两年能够得到飞速地发展，主要是由于国家政策的支持以及建设物联网络与传感设备成本的降低，使得很多中小企业均能参与到物联网络的建设中，但是这些中小企业发展物联网产业更多是在传感器以及网络设备的制造上，而对于长距离低功耗网络的建设，中小企业是无法做到的，因为中小企业没有一些基础资源（站点，供电，线管）的支撑，建设物联网络是存在局限性，覆盖范围有限。而对于电力行业来说，其他中小企业的劣势，恰恰是电力行业企业的优势，由此可见，电力行业自建物联网具备极大的市场发展前景与社会效益。
关键词：电力行业；物联网；自建物联网的研究
1 引言
物联网（Internet of Things，IOT）的定义最早于1999年由美国麻省理工学院提出：将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大的网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。而按照国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）的定义，物联网主要解决物品与物品（Thing to Thing，T2T），人与物品（Human to Thing，H2T），人与人（Human to Human，H2H）之间的连接[1，2]。
2010年，我国政府在第十一次人大第三次会议的政府工作报告中，提出的对物联网的定义是：物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换与通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。可以说，物联网是在互联网的基础上进行了延伸和扩展的新网络[3]。
本文将从物联网的发展现状以及电力行业进行自建物联网的发展条件两大层面进行剖析，研究电力行业是否适合自建物联网？是否具备自建物联网的基础条件？如果可以，那么在自建物联网后，电力行业的物联网是否能够对社会或者企业自身产生良好的社会效益以及经济效益？
2 物联网产业发展情况
随着“物联网‘十二五’发展规划”、“中国制造2025”等政策的提出，物联网发展已经成为国家层面技术及产业创新的重点方向。
而由IC Insights和Gartner分析的数据显示[4，5]，全球物联网市场规模正在不断扩大，同时，全球物联网设备数量也在高速地增长中，根据报告中的预估数据显示，到2018年，全球物联网市场规模将超过千亿美元，全球物联网设备的年均复合增长率也会保持在31%以上（如图1和图2）。
随着物联网技术的不断发展和市场规模的不断扩大，其已经成为全球各国的技术及产业创新的重要战略。
在中国的产业链中，物联网市场在近两年也在不断发展扩大，华为、中兴等大企业均纷纷发起建立物联网产业联盟或者产业生态圈的合作，而且国家也做出了多项国家政策以及规划，从而推进物联网产业体系不断完善。
在技术层面上，推进近两年的物联网发展的一个重要原因是低功耗通信手段的迅速发展，解决了过去构建物联网产业中遇到的设备耗能大、管理覆盖率范围小、可连接终端数量少等问题。这些通信手段包括短距离低功耗的ZigBee、Z-Wave，长距离低功耗的LoRa、NB-IoT等，其中由于LoRa技术的覆盖范围广、可连接终端多、网络构建简单、设备价格低廉以及其传输是使用的是1GHz以下（470M～510M）的免费非授权频段，尤为得到网络构建商的青睐。
2017年6月6号，工信部下发了全面推进物联网（NB-IOT）建设发展的通知。17年末基站规模要达到40万个，2020年要达到150万个。
3 电力行业自建物联网的优势
总的来说，物联网产业能在近两年得到飞速地发展，除了政策的推动，更多是由于建设物联网络与传感设备的成本的降低，降低了企业建设门槛，使得很多中小企业都能进行物联网络的建设中，但是中小企业发展物联网产业更多是在传感器以及网络设备的制造上，而长距离低功耗网络的建设，中小企业是无法做到的，因为中小企业没有一些基础资源（站点，供电，线管）的支撑，建设物联网络是存在局限性，覆盖范围有限。
发展物联网产业，网络的覆盖是基础，只有当网络形成有效的覆盖才能形成有规模有质量的物联网产业。而电力行业如果进行长距离低功耗的物联网络建设，对内为生产、营销、基建等业务提供物联网通信服务，有望解决配电自动化通信不稳定等长期痛点问题，对外可以为有需要的企业提供物联网络的服务，这将对电力行业与社会企业建造一个双赢的局面。
而电力行业建设物联网有两大优势，分别是：
1）线管资源丰富，电力行业变电站基本覆盖各地区主要区域，线管资源更是分布在各个地区，这对于网络设备的站点选择，设备供电提供了保障。
2）优越的网络资源，电力行业在城域网方面，电力通信光纤网络资源丰富，能够保证网络设备间的网络连通性。
4 自建物联网的研究与实现
低功耗城市物联网专项重点在于一张轻量级网络及其之上的多种应用叠加 的建设，层级上划分为传感终端，LORA 网，以及物联网应用平台上的应用集成，以下是其网络架构图。
图3 网络架构图
电力行业自建物联网可以分为3个阶段实施，分别为内部应用阶段、面向企业应用阶段以及面向最终用户应用阶段。
4.1 内部应用阶段
在内部应用阶段中，为了推动低功耗物联网网络的基础建设，以及使自建的物联网络得到快速的适配与推广，并获得终端用户的支持，务必先以业务痛点的解决为切入点，承载特点需求业务，建设起配套的物联网应用。而这方面应用的推广建设可在电力企业的基础单位进行，例如变电站、输电所的应用区域等；
在这个阶段的工作主要是为整个电力企业的电力物联网建设打下一个坚实的基础支撑，在本阶段的成果可提供对企业现代化运营模式、电网基础运行业务以及电网施工安全的全面支撑，其重点工作分别是围绕着电力物联网中的感知层、网络层及应用层三个方面展开。
感知层的研究重点是电力物联网信息模型的统一，例如数据格式的统一、数据标识的统一、数据语义的统一等，最终形成一个电力物联网的信息标准规范。除此之外，还需研发相关的物联网设备，例如传感芯片、传感器、低耗网络传感设备、信息格式转换设备及标准化通信模块等。
网络层的研究重点是电力物联网通信规约的统一，通过研发骨干网通信装置、标准化的接入网关、网管系统、标准化通信芯片、无线通信装置等，通过引入各种通信技术或通信手段，以此来解决中远距离信息传输的可靠性问题。
应用层研究重点是电力物联网的数据模型的统一，实现信息数据的统一以及存储管理服务，同时，开发一套电力物联网综合应用平台，用于为新建的或现有的业务系统及应用服务提供可靠的数据及技术支撑。
做好这三方面的工作，利用好这些物联网技术的基础上，电力物联网可以在电网行业中的能源接入、配电系统、输配电调度、安全监控和继电保护、用户的用电信息采集等多方面得到很好推广与应用。
在配电系统方面，电力物联网可以通过传感器技术、数据的智能分析和处理等技术，提升对配电线路、配电设备等设备的感知能力，再结合有效的通信网络，即可实现线路状态监测、隐患预判、实时联合处理等多种功能，从而提升配电系统的技术水平和智能化水平。同时，也可以提升配电系统的自动化通信水平，通过低功耗网络覆盖范围广，建设简单等特点，覆盖传统通信手段不能稳定通信的通信死角。
在能源接入方面，建立电力物联网，可以让可再生能源发电等新类型的电力入网变得更迅速、更便捷，举例来说，例如分布式发电，在入网的时候，大小不一而且不可预测的供电源非常多，其接入会对电网带来许多不确定的影响，电力物联网可以将对这系供电源的管理从被动式单向演进为从多个方向主动管理。可通过信息共享、实时分析天气变化对各供电源的影响，及时预测分析各个供电源的功率大小变化，从而把分布式电源的运行状况控制在可控的范围内，不仅消除了分布式电源给电网带来的干扰，而且还可以根据调度系统的需要，进行调峰配置。由此可见，物联网技术的应用完全可以消除分布式电源接入的不利影响。
在输配电调度方面，电力物联网可以通过分布在电网系统中的传感器感知电网内部的实时运行情况，反馈出调度系统全局系统电能的损耗情况，同时，能够辅助调度人员对系统的运行方式，在保证安全运行的前提下，优化网络的运行设置，节省能源的消耗，推动低碳经济。
在安全监控和继电保护方面，首先从外部层面来说，可以实时感知在不同气象条件下，输电线路、杆塔等运行部件的受力情况，及时将数据信息反馈到相关部门。在恶劣的气象条件下，例如台风、暴雨等的时候，在发现输电线路、杆塔等运行部件的受力情况接近于临界状态的时候，实施报警，通知到相关部门到现场进行处理，同时可以通过在杆塔上安装可遥控的调节装置，由控制系统发出指令，对杆塔进行调节，以此来缓解受力严重部位的情况，从而争取足够的时间，等待相关部门的工作人员到现场进行处理，避免了风险的发生。而在北方地区，存在覆冰的情况下，可以通过对冰层厚度的感知，进行危害评估，当评估值到达警报阀值的时候，通过相应的传感设备进行自动融冰等操作，增强了输电线路、杆塔等运行设备的灾害抵御能力。而从内部层面来说，可以实时感知电网的实时运行状况，比如电流、电压的变化，预测故障的发生，通过进行网络重构等手段，改变电流电压的分布，将处在萌芽状态的故障遏制住，同时将信息反馈给调度中心等部门。这样的做法，使得电网自身具备了自我恢复的功能。这种自我恢复的功能可以直接把电网中有问题的部件从系统中隔离出来，并且在无人干预的情况下迅速地将系统恢复到正常的运行状态，在这整个过程中，几乎不会影响电网企业对用户的供电服务。甚至在自我恢复后的网络结构，重新自动配置新的启动方案，，供后续跟进工作的调度人员参考。
在用户用电信息采集方面，电力物联网可以在实现了最基本的三表集抄的基础上，进而实现对用电用户的用电进行精确的管理，在传统的电力系统中，一般都是按照用电峰谷的要求进行设计的，电网容量的最大值必须能够满足用电高峰需求，这样的设计其实是不合理的，因为这样的话，在用电低谷的时候，尤其是在晚上，许多发电站都停止发电，使得电网的资源大量闲置，造成浪费。在配备了电力物联网的情况，这种状况可以从根本上解决了。比如，在智能电表提供的数据的协助下，供电方可以制定动态计费方案、动态的配电方案或者动态供电方案，这有助于舒缓用电峰谷，保持电力的供需平衡。
4.2 面向企业应用阶段
在一张轻量级低功耗广域网络上，承载建设内容规划中的多种业务应用，当电网企业在网络建设达到一定成熟度的时候，可开始为一些物联网应用平台，提供低功耗广域网络服务，由这些平台提供各种开发组件用于开发和集成的多种电力业务、公共事业、市政业务的应用系统。
低功耗广域网络运营可以交付运营公司统一运营，根据电力企业实际需求不断增加的网络增值服务或者提供应用系统的整合，应用数据分析挖掘技术，产生城市级关联数据价值，更好服务于各个行业，并实现运营模式的异地开拓和复制。
在本阶段，物联网专项建设和运营的重点建设内容包括覆盖全市的低功耗广域物联网网络，同时可启动重点几个应用系统的建设和运营，可包括十一大方向：
1.燃气：燃气表无线远程抄表；
2.水务：管网检漏、水质监测、河流流量监测、防洪预警、内涝监测、 污水处理和监测等；3.公共安全：滑坡监测、大坝安全监测、廊道安全监测
3.大企业厂区：智慧园区、工业园区、智慧社区、智慧机场、智慧港口、高耗能工矿企业能源管控；
4.地产：智慧楼宇、路灯综合监控、井盖安全、垃圾桶管理、大气环境监测、智能停车管理、市政管理；
5.交通：道路桥梁监控系统、应力/应变监测、变形监测、航道管理、桥梁振动监测、特种车辆安全定位；服务共享单车、共享汽车、共享雨伞等共享经济模式；服务车联网、自动驾驶汽车等新的交通模式。
6.仓储物流：仓库货物监管、车辆定位
7.地铁：地铁综合监控系统、地铁隧道应力/环境监测；
8.综合管廊：地下管廊综合监控；
9.危险品监测：危险品监管、资产定位、消防监测；
10.电力：电表无线远程抄表、充电桩监控、电力配网监控、电力杆塔防倾斜监控；
4.3 面向最终用户应用阶段
随着CLAA-IWG300（中国LoRa应用联盟（China Lora Application Alliance，简称CLAA）在 2017 年底商用，可实现基于LoRa 的低功耗定位，加上原有的城市级网络，可从原来的2B模式开放2C模式的扩展，届时除了可支持智慧家居，智能门锁等个人物联网业务外，还可解决个人定位，资产追踪，共享设备应用等多个个人业务的拓展，最大限度的实现物联网承载利用最大化。
通过轻量级城市物联网及应用系统建设和运营，以广域全面覆盖为第二阶段目标，全面完成低功耗物联网基础覆盖体系、拓展重点应用系统两方面的建设。以网络为载体扩展到民用市场，成为全国领先的物联网运维中心，正在发挥物联网及大数据的有效利用。
5 结论
本文主要研究电力行业自建物联网的可行性及实施路径，主要包括物联网的发展现状、电力行业自建物联网的优势及实现。通过分析，电力行业的自建物联网存在可行性和必要性，可以通过两种途径进行：一是自行购买网络设备进行建网，此种方式的优势在于保证电力行业建设的网络的私密性，数据的安全性，调整的灵活性更大，其不足是电力企业需要承担网络设备的采购成本以及铺设网络的人力成本；二是与网络设备企业合作，由电力企业提供设备的站点，供电与高速网络，有设备企业进行提供设备资源与网络建设，最后的网络收益，与网络设备企业共享，此种方式的优势在于电力企业不需要承担网络设备的采购成本以及铺设网络的人力成本，其不足是由第三方建设，网络调整的灵活性、网络的私密性与数据安全性需要进一步考察。
参考文献：
[1]Kevin Ashton.That 'Internet of Things' Thing.RFID Journal，2009
[2]The Internet of Things.ITU Internet Report 2005 Executive Summary
[3]政府工作报告.十一届人大三次会议.2010
[4]2013-2018年全球物联网市场规模及预测
[5]2013-2020年物联网联网设备数量及预测
作者简介：
林克全（1986-），计算机应用硕士，工作于广州供电局有限公司，主要从事信息项目管理、应用软件研发等方面的工作。本论文来源于项目《信息系统自动化巡检及测试的研究及实现》（项目编号080010KK52160007，科技项目编号GZHKJXM20160062）
论文作者:林克全,刘叶
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/7/11
标签：网络论文; 电力行业论文; 电力论文; 电网论文; 设备论文; 低功耗论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第1期论文;