摘要：能源互联网的内涵在于冷、热、电、气等多种形式的能源系统的深度耦合，信息与物理系统的深度融合，创新的商业模式和市场机制。提高能源综合利用效率，提高可再生能源消费比重。随后，能源互联网示范工程建设也在全国全面展开。泛在电力物联网本质上是一种物联网，是泛在物联在电力行业的一种具体表现形式和应用落地。传统互联网利用先进的通信手段将计算机连接起来，而物联网则是将所有能行使独立功能的普通实物连接起来。对于电力系统而言，将所有和电相关的实物或设备进行互联互通，在某种程度上来说就是泛在电力物联网的重要实现。传统物联网主要强调信息的互联互通，而泛在电力物联网既有电力的互联互通，又有信息的互联互通。
关键词：能源互联网；泛在电力物联网；5G通信；大数据；
泛在电力物联网是物联网在电力行业的一种具体表现形式，是互联互通的电力网与通信网深度融合的产物，是实现能源互联网的重要举措。第五代移动通信(5G通信)因具有高带宽、低时延、低功耗等优势，受到各行各业青睐，也将于泛在电力物联网深度融合。
一、万物互联
中国电网已基本实现全覆盖，电力网络末端连接成千上万个用电设备，让所有或者绝大多数电力相关实物实现信息互联将给电力系统带来无限想象空间。将所有的家用电器互联，不仅能否实现每个家庭的智能家居，还能够协调不同的家庭，实现楼宇、小区甚至某个区域的集群智能用电；所有的电动汽车互联能够随时不仅为未来的充电桩的运营提供支撑，还能够打造智慧城市和智能交通；所有配变电装置互联能够实时监测、评估甚至预测电力系统未来的运行健康状态，保障整个配电系统的安全可靠运行。需要指出是，输电网层面主要由输变电设备构成，并且已经通过同步光纤实现了信息互联；但是配电网层面，在没有5G通信的时代，这最后一公里的信息互联互通走得尤其艰难，目前仅仅是电气物理接连，没有信息互联远远不够，而5G通信能够真正经济而高效地使能配电网络，实现万物互联。
二、海量量测
在大数据时代，采集海量多元化数据是开展大数据分析的基础。传统电力系统中，虽然已经安装大量的传感器，但限于通信压力，很多数据只能舍弃仅保留最基本的信息，细粒度信息的缺失极大制约了大数据分析在电力系统中的实际应用。此外，5G通信使得万物互联，可以促进电力系统安装更多传感器，实现更多元化的数据采集。在海量用电数据采集方面，我国虽然具有较高的智能电表普及率，但很多智能电表并不上传半小时的用电数据，仅保留每天的用电量，为用户用电行为分析带来了挑战。5G通信速率高，能够实现海量用电数据的及时采集，甚至包括某些更细粒度的家庭设备用电数据。非侵入式辨识技术在20世纪七十年代就开始研究，但至今没有大范围的实用，重要原因之一就是非侵入式辨识需要至少秒级的用电功率数据，对于传统载波通信而言难以实施；而5G通信时代使秒级甚至更细粒度的数据采集成为可能，也为用电大数据分析、构建电力用户行为模型、促进广泛的用户互动提供了坚实的数据基础。在电网运行状态监测方面，目前对电网运行状态的监控主要是输电网络，例如PMU、SCADA系统的安装，但是对于配电网络的监测较少。5G通信较光纤通信成本较低，也能保证通信的可靠性和实时性，可以在配电网不同节点安装传感单元，实时感知配电网络的运行状态(电压幅值相角、注入有功无功等)，为配网拓扑辨识、潮流分析、参数估计等提供支撑。目前已有相关实践，在配电网某些关键区域安装微型同步相角量测单元(micro -PMU)，为配电系统中的各种故障监测提供支撑，这种情况下，海量的PMU数据传输也需要5G通信的支撑。此外，低时延的5G通信数据传输也为微型PMU的同步对时提供了新的机遇。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在电力设备状态监测方面，变压器、配电线路等电气设备的健康运行是整个配电系统运行的重要保障。传统电力系统主要对高压设备运行状态进行检测，而5G通信时代的泛在电力物联网中，配电网中海量电力设备也将实现信息互联互通，实时监测电力设备各项参数，也感知外界环境(如温度等)的变化，能够帮助调度决策者进行综合分析，评估电力设备运行状态，为电力设备检修安排等提供参考。在电动汽车管理方面，随着电动汽车普及率不断提高，交通网和电力网的耦合程度不断提升，如果海量电动汽车的出行规律、电池使用状态以及充电桩充放电等数据能够实时获取并交换，对于车主和配电网运营商的最优决策也能提供帮助。
三、宽带通信
海量量测数据采集主要面向结构化的电气量等数据，而在泛在电力物联网中，还需要采集语音、视频等海量的非结构化数据，以实现全方位的配电网感知和更优质的个性化服务。在视频远程监控方面，无人机巡检是一种高效的电力网络监测方式，通过无人机拍摄电力线路或者设备的视频，工作人员以此判断线路或者设备的健康状态。5G通信能够高速率传输相应的视频通信，优化决策者体验。除传统变压器、线路等需要巡视机器人或者无人机之外，分布式光伏板、储能等装置的有时也需要进行视频监测，获取对光伏板沾灰量、储能外部装置安全程度等信息，便于开展清洗、加固等工作。5G通信在未来物联网中一个典型应用就是远程医疗，通过对病人身体指标各方面的量测以及视频监测，医生能够开展远程诊断，极大方便患者就医治疗。配电系统也是如此，需要通过各方面海量量测以及视频监测，配电网运营商等实现配电系统的“健康诊断和治疗”。在电力虚拟现实方面，一般来说，虚拟现实就是通过视觉、通信、仿真等技术，给使用者提供全新的视觉体验，模拟真实环境，实现更好的服务。虚拟现实对网络环境要求较高，应为需要实时更新高清画质。而在5G通信时代，泛在电力物联网也可以打造电力虚拟现实。例如为配电网运营商打造虚拟现实，对量测到的海量数据以及视频进行处理，展现配电网络全景图，还能够根据运营商选择不同区域了解其细节，助力打造透明配电网。
四、高效计算
为了保证系统的安全可靠运行，系统需要进行大量运算，例如最优潮流计算、最优控制计算、稳定性计算等；除此之外，还有随着海量数据采集带来的大数据计算，例如海量曲线聚类分析等。这些计算可能存在较高的时空复杂度，需要高效的计算方法，泛在电力物联网时代，云计算和边缘计算将有广泛的“用武之地”。在云计算方面，小型售电商或者用户不拥有大量的计算资源，此时可以通过云计算开展运营决策、智能家庭能源管理等，把计算任务搬到云端，通过5G通信保障计算便捷条件与计算结果的高效传递，从而实现各种控制。不同配电网参与主体还能够对自己的数据进行云存储，打造相应的数据云平台。在边缘计算方面，由于数据本身就分布在不同节点，此时将所有数据集成到一个云端一方面必要性不大，另一方面也存在信息安全隐患。分布式的数据在边缘侧直接进行计算，通过不同边缘计算的协调获取全局结果。例如在多主体配电网中开展最优潮流分析或者电压控制时，可以设计相应的分布式优化算法，开展边缘计算，既提升效率，又保护隐私；又如海量用电数据存储在不同的数据中心，可以设计分布式聚类算法，通过边缘之间的通信迭代，获取全局聚类结果，实现海量用户用电模式的提取。
总而言之，5G通信将重塑未来生活方式，也将重塑“物理–信息–社会”深度耦合的电力与能源系统。
参考文献：
[1]张海霞，关于面向泛在电力物联网的5G通信．2017.
[2]刘东平，浅谈面向泛在电力物联网的5G通信.2017.
论文作者:岳石炼,叶 潇,王 攀,李 辰,张雪瑞
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
标签：通信论文; 互联论文; 电力论文; 海量论文; 数据论文; 信息论文; 互联网论文; 《当代电力文化》2019年第9期论文;