论文部分内容阅读
摘要：电力事业创新发挥下，电力系统运行所面临的风险因素也逐渐增多，传统电网模式已经不能满足电力系统的稳定需求。积极应用泛在物联网能够在一定程度上提高我国电网建设的整体水平，基于此文章对泛在电力物联网在电力系统中的应用展开探讨。
关键词：電力系统;物联网;泛在物联网;电力物联网
引言
伴随电网规模的不断扩大，发电装机容量的持续增加以及分布式新能源的大量涌现，电网的连接主体日益增多并成为能源革命的中心环节和能源输送和转换利用的枢纽，对其灵活调节能力和智能化、数字化发展提出了新的更高要求。建设泛在电力物联网是解决电网技术问题、突破电网发展瓶颈的有效途径，是电网公司的全面创新和深刻变革，泛在电力物联网将带动电网企业产业链上下游协同创新发展，引领国家能源互联网高质量建设。 1泛在电力物联网的使命
智能电网和泛在电力物联网相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。从三代电力系统发展历程可见，能源转型是必须的。发展风电和光电是实现能源转型目标的必要手段。风电光电比例增加导致了弃风弃光，为了实现能源转型目标，必须减少弃风弃光。泛在电力物联网要解决的主要问题就是如何减少弃风弃光，提高新能源利用率，实现能源转型目标。风电场、光电站、火电厂、水电厂和大型用户等已经和调度连接了，泛在电力物联网主要是连接用户和分散发电，尤其是可控负荷用户。把可控负荷和分散发电有效控制起来，以实现源网荷协同，减少弃风弃光。
2泛在电力物联网的关键技术
2.1智能芯片
泛在电力物联网的技术应用包括三大因素，即对电力数据进行采集、传递，电力数据分析和管理以及电力信息的综合应用。泛在电力物联网的核心技术是智能芯片，当前越来越多的计量设备接入电力系统，且电力设备的运行会产生大量的数据。而目前大多数的电力数据采集设备仍然依赖于传统的工业采集设备，数据的有效性较低下、不够精确，也使得终端的智能设备程度化降低，无法实现智能判断与自适应调节能力的统一，进而影响入网和分散式管理智能化网络系统。泛在电力物联网的发展是基于电力信息的有效整合，通过对电力资源利用、电力数据的传递以及数据分析，促进终端智能化发展。
2.25G与LPWA
电力数据的大量传输，需要通讯设备实现一体化发展。当前我国的电力设备分布较广，遍布几千个城市，因此存在供电分散范围广、供电连接难的问题，在无线网络条件下的技术，很难满足当前的发展需求。而泛在电力物联网对于LPWA和5G技术的运用，将会成为重要的通信手段。第五代移动通信技术，即5G，是4G通讯设备之后的延伸，正在研究中。5G网络的运行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25Gb/s）。5G作为物联网发展的必要条件，很大程度上在于5G网络功能能够解决电力传输、地域等方面限制网络的问题。当前4G的人均速率为5～10Mb/s，5G的速度将提升十倍，5G网络峰值速率能达到1.2Gb/s，下载一个2GB高清电影，最快20s就可以完成，这样的带宽和网速能满足包括智能服务机器人在内的大量物联网设备的接入。因此对于电力的输送方面，泛在电力物联网的运用具有一定的实效性和效率。5G网络的主要目标是让终端用户随时随地能够实现联网状态，5G网络将来支持的设备远远不止基本的智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等。
2.3物联网平台
当前物联网平台已经大范围普及，通过对电力系统的数据进行合理分析，可以有效地实现电力信息的高效利用。一体化信息数据平台，需要具备当前大数据处理的能力，实现电力系统故障诊断的人工智能水平，对相关的信息进行预算。以此实现大小城市各个项目内容的在线操作，实现云计算、云数据和人工智能的一体化。
3泛在电力物联网在电力系统中应用
3.1利用数据打下服务基础
建设泛在电力物联网首先需要充分挖掘利用电力系统中的数据。采集变电站、输电线路、用电信息等各个方面的数据，并利用好能源互联网的信息通信理论，结合通信原理与图论等处理办法，对数据进行归一化、降维、重建等处理，从而为电力系统的优化运行和协调规划打下坚实基础。
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。
3.2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。泛在电力互联网將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。
3.3促进新能源消纳
能源的产生、消费、传输环节都在由于社会的进步而发生转变，近年来，大量的分布式电源接入电网，但由于风能和太阳能资源的间歇性、波动性、随机性，使得电网的安全稳定运行面临巨大挑战，同时也造成了大量的弃风弃光。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，2010，26（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.
[3]泛在电力物联网建设大纲（节选）[J].华北电业，2019（03）：20-29.
[4]曾鸣，王雨晴，李明珠，等.泛在电力物联网体系架构及实施方案初探[J].智慧电力，2019（04）：1-7+58.
关键词：電力系统;物联网;泛在物联网;电力物联网
引言
伴随电网规模的不断扩大，发电装机容量的持续增加以及分布式新能源的大量涌现，电网的连接主体日益增多并成为能源革命的中心环节和能源输送和转换利用的枢纽，对其灵活调节能力和智能化、数字化发展提出了新的更高要求。建设泛在电力物联网是解决电网技术问题、突破电网发展瓶颈的有效途径，是电网公司的全面创新和深刻变革，泛在电力物联网将带动电网企业产业链上下游协同创新发展，引领国家能源互联网高质量建设。 1泛在电力物联网的使命
智能电网和泛在电力物联网相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。从三代电力系统发展历程可见，能源转型是必须的。发展风电和光电是实现能源转型目标的必要手段。风电光电比例增加导致了弃风弃光，为了实现能源转型目标，必须减少弃风弃光。泛在电力物联网要解决的主要问题就是如何减少弃风弃光，提高新能源利用率，实现能源转型目标。风电场、光电站、火电厂、水电厂和大型用户等已经和调度连接了，泛在电力物联网主要是连接用户和分散发电，尤其是可控负荷用户。把可控负荷和分散发电有效控制起来，以实现源网荷协同，减少弃风弃光。
2泛在电力物联网的关键技术
2.1智能芯片
泛在电力物联网的技术应用包括三大因素，即对电力数据进行采集、传递，电力数据分析和管理以及电力信息的综合应用。泛在电力物联网的核心技术是智能芯片，当前越来越多的计量设备接入电力系统，且电力设备的运行会产生大量的数据。而目前大多数的电力数据采集设备仍然依赖于传统的工业采集设备，数据的有效性较低下、不够精确，也使得终端的智能设备程度化降低，无法实现智能判断与自适应调节能力的统一，进而影响入网和分散式管理智能化网络系统。泛在电力物联网的发展是基于电力信息的有效整合，通过对电力资源利用、电力数据的传递以及数据分析，促进终端智能化发展。
2.25G与LPWA
电力数据的大量传输，需要通讯设备实现一体化发展。当前我国的电力设备分布较广，遍布几千个城市，因此存在供电分散范围广、供电连接难的问题，在无线网络条件下的技术，很难满足当前的发展需求。而泛在电力物联网对于LPWA和5G技术的运用，将会成为重要的通信手段。第五代移动通信技术，即5G，是4G通讯设备之后的延伸，正在研究中。5G网络的运行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25Gb/s）。5G作为物联网发展的必要条件，很大程度上在于5G网络功能能够解决电力传输、地域等方面限制网络的问题。当前4G的人均速率为5～10Mb/s，5G的速度将提升十倍，5G网络峰值速率能达到1.2Gb/s，下载一个2GB高清电影，最快20s就可以完成，这样的带宽和网速能满足包括智能服务机器人在内的大量物联网设备的接入。因此对于电力的输送方面，泛在电力物联网的运用具有一定的实效性和效率。5G网络的主要目标是让终端用户随时随地能够实现联网状态，5G网络将来支持的设备远远不止基本的智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等。
2.3物联网平台
当前物联网平台已经大范围普及，通过对电力系统的数据进行合理分析，可以有效地实现电力信息的高效利用。一体化信息数据平台，需要具备当前大数据处理的能力，实现电力系统故障诊断的人工智能水平，对相关的信息进行预算。以此实现大小城市各个项目内容的在线操作，实现云计算、云数据和人工智能的一体化。
3泛在电力物联网在电力系统中应用
3.1利用数据打下服务基础
建设泛在电力物联网首先需要充分挖掘利用电力系统中的数据。采集变电站、输电线路、用电信息等各个方面的数据，并利用好能源互联网的信息通信理论，结合通信原理与图论等处理办法，对数据进行归一化、降维、重建等处理，从而为电力系统的优化运行和协调规划打下坚实基础。
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。
3.2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。泛在电力互联网將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。
3.3促进新能源消纳
能源的产生、消费、传输环节都在由于社会的进步而发生转变，近年来，大量的分布式电源接入电网，但由于风能和太阳能资源的间歇性、波动性、随机性，使得电网的安全稳定运行面临巨大挑战，同时也造成了大量的弃风弃光。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，2010，26（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.
[3]泛在电力物联网建设大纲（节选）[J].华北电业，2019（03）：20-29.
[4]曾鸣，王雨晴，李明珠，等.泛在电力物联网体系架构及实施方案初探[J].智慧电力，2019（04）：1-7+58.