摘要：配电网作为连接输电与用户的关键环节，其安全可靠运行对电力系统稳定以及用户体验的重要性不言而喻。随着“坚强智能电网”、“能源互联网”等战略部署和建设的稳步推进，配电网需要承载的功能正在发生改变。尤其是高比例分布式可再生能源集群效应凸显、电动汽车普及、异质能源系统融合、用户侧多样性用能需求增长，配电网的角色已由传统单向电能提供商向双向能量流动与高级服务转变。
关键词: 泛在电力物联网; 配电网; 智能电网
1 泛在电力物联网概念
国家电网有限公司对“泛在电力物联网”的定义: 将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务。以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。泛在电力物联网将通过泛在感知、可靠通信和高性能信息处理与高级电力应用实现电网各环节、全电压等级的“能量流、信息流、业务流”一体化融合，提升系统安全性和运行效率。
2 泛在电力物联网体系架构与功能
作为物联网技术、大数据技术、优化运行调控技术深度融合的复杂大系统，泛在电力物联网呈现出能量流、信息流与业务流交互耦合的特征，将深刻影响未来电网的运营模式，其总体体系架构分为感知层、网络层、平台层和应用层。
2. 1 感知层
感知层是泛在电力物联网的“神经末梢”。其重要功能在于，采用多种类型的传感器深入设备，实现全面感知。感知层设备包括电网一次系统的电压电流互感器和二次系统的电能表、集中器等各类终端，以及用户侧多种多样的智能电器。通过泛在感知所获取的海量数据使控制决策单元能够以前所未有的广度和深度获知电网各个环节运行状态，使电网在面对诸如间歇性新能源并网、随机负荷投切、电动汽车时空集群效应时，能够实时掌握系统状态，及时发现故障隐患，评估安全运行风险; 同时，通过灵活调整电网拓扑，实时控制电源出力，优化用户用能模式，从而提高电网对高比例分布式新能源与新型负荷的接纳能力，强化电网应对突发故障的容灾性。
2. 2 网络层
网络层的功能在于为泛在电力物联网的各类型业务提供确定的通信服务质量（quality of service，QoS)以及安全的信息交互通道。网络层按安全等级与数据类型划分为内部专网和互联外网。具体的通信方式则根据实际工况、传输距离、经济成本等灵活选择，包含移动空中网、传统互联网、近距离无线传输以及近距离有线传输。其中电力线载波与 230 MHz无线通信为电力通信系统特有通信方式，而5G 技术则是泛在电力物联网新兴应用的通信方式。
2. 3 平台层
平台层承载海量电网运行数据、用户侧用能数据以及其他能源系统数据的统一化存储与管理。其作用在于解决传统能源生产运行方式下存在的信息碎片化存储问题，打破信息孤岛现状，实现信息互联共享。通过搭建数据中心、云平台的方式，平台层对下完成网络层传输数据的实时收集与更新，对上则基于大数据存储与分析技术为各种特定的高级应用提供跨域共享数据资源，实现电力系统向电力和数据并重的发展方向转型。
2. 4 应用层
应用层是电力系统向枢纽型、平台型和共享型变革的外在表现。其功能在于，基于海量电网运行数据与用户侧用能大数据，并针对电网运营业务（如智能运维、电能结算、配电自动化）、用户用能业务（如个性化用能推荐、电动汽车智能充电、需求侧响应）及综合能源系统运营业务（如协调规划、储能市场）等，搭建各类针对性应用平台，实现电网与用户及其他能源系统的感知互动。
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3 面向配用电系统的泛在电力物联网关键技术
3. 1 感知层关键技术
对海量智能终端的有效监测与控制是实现电力系统精细化调控的前提，这要求未来泛在电力物联网能够实现对电力系统的全覆盖。与输电网相比，配电网从拓扑结构到含有的电气设备都更加复杂多样，如大量分布式电源并网以及用户侧的智能家居、电动汽车等新型用电设备等，从而配电网中的监测对象更加多样，物联网终端数量以及监测数据类型都更为复杂。因此，对于配用电双方而言，为实现降本增效与互联共享，未来泛在电力物联网中传感设备必须朝向高度集成化方向发展。
3. 2 网络层关键技术
健壮、可靠的通信信道是保障泛在电力联网全面感知大数据汇聚和控制指令准确下发的关键。面向超大规模城市群及地区型新型城镇的配电网部署场景更加复杂多样，传统“点对点”有线通信方式由于布线成本高、实际工况复杂等限制，在使用中存在弊端，而无线自组织网络具有功耗低、部署灵活、网络抗毁性强等优点，因此“有线 + 无线”互补的模式将是未来泛在电力物联网网络层通信模式的发展方向。此外，为防止网络攻击风险，泛在电力物联网还应具备安全防御功能。
3. 3 平台层关键技术
电网海量状态信息、用户侧用能数据以及其他关联数据（如天气、分布式能源和储能数据）是配电自动化运维、全景态势感知、个性化用能推荐、综合能源协调运行等高级应用决策依据的来源。这些数据具有多源性、格式多样性、信息冗余度高、数据量大、隐含信息价值高但不直观的特性。因此，只有对配电系统中的海量高维数据进行数据聚合、有效管理与信息挖掘，才能获取更多的数据内在价值。
3. 4 应用层关键技术
高比例间歇性分布式能源与电动汽车等新型负荷的接入将为配用电系统带来谐波注入、潮流双向流动、频率/电压波动加剧等问题，传统电网由于感知不全面信息化自动化程度较低，往往采取弃风、弃光或增加备用容量等措施，导致弹性承受力不强、新能源利用率不高、投资成本过大等问题。泛在电力物联网技术的应用使电网全面感知运行状态、精细化调控以及用户侧和其他能源系统参与配网协调运行成为可能。
4挑战及展望
综上分析，在未来泛在电力物联网中，数据的重要性将和能量同等重要。我国泛在电力物联网的实施正处于起步阶段，在配电系统中引入泛在物联网技术并开发高级应用服务仍缺乏可借鉴经验，在此梳理当前亟需深入研究的问题，为后续研究提供参考:
（1）对于感知层，配电系统对底层设备的监测覆盖范围仍然不足，制约了配电系统调控精细化程度。因此，亟需提升配电网通信系统的覆盖广度以及通信网络的健壮性。可以考虑通过底层传感器的选型、物联网终端的硬件开发及部署等加以改善。
（2）对于网络层，用户侧数据以及其他能源系统的数据如何与配电网数据实现互联共享仍存在通信技术难点与安全风险。未来泛在物联网技术引入配电系统，必须考虑到多类型通信系统的无缝连接和信息安全交互的问题。
（3）对于平台层，泛在电力物联网包含电网内部数据、用户侧用能数据以及其他能源系统数据，存在更新时间、数据类型、数据量、数据来源等差异特性。未来泛在电力物联网平台层的构建，必须考虑到多源异构数据的统一管理问题。可以从大数据存储策略设计、大数据跨平台迁移策略设计等方面来提升电力系统大数据管理水平。
（4）对于应用层，基于大数据的配电系统高级应用目前尚未真正部署实施。泛在电力物联网下，不同类型与来源的配电系统数据如何适配未来配电系统的各项高级应用仍需深入研究。通过研究数据融合技术、大数据分析挖掘技术、边缘计算技术与特定电力应用场景的适配问题来促进配电系统向泛在物联化、信息化、智能化方向过渡升级。
参考文献
［1］ 彭小圣，邓迪元，程时杰，等． 面向智能电网应用的电力大数据关键技术［J］． 中国电机工程学报，2015，35（3）: 503-511．
［2］ 张小平，李佳宁，付灏． 全球能源互联网对话工业 4． 0［J］． 电网技术，2016，40（6）: 1607-1611．
论文作者:花潇
论文发表刊物:《中国电业》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/5
标签：数据论文; 电网论文; 电力论文; 系统论文; 用户论文; 能源论文; 平台论文; 《中国电业》2019年第08期论文;