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摘要：随着可持续发展理念的不断深入，未来的电力系统必然将为可持续的全球经济增长提供高渗透率的清洁分布式能源。泛在电力物联网是以电力系统为核心，结合智能终端传感器、通信网、人工智能和云平台技术构成的复杂多网流系统，其具有全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的特点。建设泛在电力物联网是实现能源转型目标的必要手段。本文就泛在电力物联网的关键技术与应用前景展开探讨。
关键词：物联网；电力物联网；技术
“泛在电力物联网”被视为是与电网融合发展的“第二张网络”，成为该公司与“坚强智能电网”相提并论的重点工作，其将综合应用物联网技术、大数据技术、人工智能技术等各项新技术，与新一代电力能源系统相互深度渗透和融合，实现能源电力生产与消费各环节中涉及到的人和物的最大程度地实时在线互联，进而发展成为全面承载并贯通电网生产运行、企业经营管理和对外客户服务等业务的新一代信息通信系统。作为有力支撑我国能源互联网高效、经济、安全运行的基础设施，泛在电力物联网俨然已经成为电力能源领域战略性的新兴科研和产业发展方向。
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
随着电力系统的不断发展，越来越多的计量、保护、变换、控制、监测、用电等设备接入电力系统，各种电力设备的运行产生了大量数据，目前多数现场数据采集设备仍然基于传动的工业采集装置，数据可靠性差，精度低，也使得终端设备的智能化程度低，而基于智能芯片的微型智能传感及智能终端可以充分解决这一问题，其具备高精度、低功耗、微型化、智能计算的特点，一方面可以完成设备信息的采集、提取及传递；另一方面通过本地边缘计算，实现终端智能化，完成本地自控，从而无需像传统设备一样只具备遥测摇信功能而不具备遥控功能。近年来，谷歌开发的EdgeTPU芯片、中科院开发的“寒武纪”芯片都具备海量数据处理与边缘计算的能力，这些智能芯片的出现将快速促进终端的全息感知与智能化。
2.2新一代人工智能技术
专家系统、神经网络、模糊集合及启发式搜索算法等这些传统的人工智能技术在电力系统中早已得到了广泛应用。近年来，随着深度学习在图像领域的突破性进展掀起了人工智能新一轮的研究热潮。自2016年以来，美国、英国、法国等发达国家先后提出了推动人工智能发展的工作报告。我国也于2017年7月颁布了《新一代人工智能发展规划》，提出将新一代人工智能(newgenerationartificialintelligence，NGAI)作为国家发展战略之一。以高级机器学习理论、大数据、云计算为主要代表的NGAI技术，具有应对高维、时变、非线性问题的强优化处理能力和强大学习能力，为突破因分布式电源、分布式储能、电动汽车等多种新型能源高比例接入引起的电网复杂非线性、不确定性、时空差异性等挑战提供了有效的解决途径。如前所述，泛在电力物联网最大的价值在于服务终端用户，这要求物联网具有高度的智能性，能够满足不同用户的个性化、多样化的服务需求。如果说传感设备为电力设备提供了“耳、鼻、口”等“感觉器官”，使其能够实时感受到外界环境的变化并及时和人类沟通，那么人工智能则赋予了电力设备会思考的“大脑”，使其能够对感知到的信息进行计算和融合进而得出相应的结论上报给用户，甚至可以通过对实时信息和历史数据进行分析，提出长期的决策建议为用户服务提供参考。很多学者已经对NGAI在电力系统各个领域中的应用进行了深入地分析和探讨，如电力系统暂态问题、电力系统及综合能源系统中的应用等。
2.35G与LPWA
海量电力数据的传递需要一体化的通信网络。电力系统地域分布广泛，往往涉及高山、森林、冰原等复杂环境，致使通信网络难以覆盖全部，现场数据难以传输。现在物联网有2类主流技术：一类是工业以太网和电力载波为主的有线网络技术，另一类是以5G和低功耗广域网(LPMA)为主的无线网络技术。泛在电力物联网中数据分布广，分散性强，部分不易供电，连接难，采集频次低，传统的有线网络通信技术难以适用，因此以无线网络为主的现代通信技术是实现泛在电力物联网网络通信的主要手段。5G被视为物联网发展的基础。基于不同场景的5G切片网络通信技术被认为是解决电力系统全息感知、泛在连接的关键所在。对于智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制等控制类业务，可以选择具有超低时延的URLLC切片；对于海量用电信息采集、智能汽车充电站/桩、分布式电源接入等信息采集类业务可以选择mMTC海量机器类通信接入切片；对于需要高清视频回传的输变电线路状态监控、无人机远程巡检、变电站机器人巡检等现场业务，可以选择eMBB增强移动带宽切片；对于需要语音信息的调度电话、管理电话、应急通信等，可以选择具有高安全、高可靠、高接通率和高清通话质量保障的为Voice语音切片。针对不同的应用场景，5G切片网络技术可以选择不同的切片，在5G网络通道上实现数据的传输，并接入同样的5G数据平台。另一方面，以NB-IoT、LoRa为代表的低功耗广域网技术由于其广覆盖、大连接、低功耗、低成本的特点而成为工信部《物联网发展规划(2016—2020年)》中明确要发展的网络技术。目前5G网络与低功耗广域网技术在电力系统中的应用并不广泛，随着其与电力系统的不断结合，必将成为实现泛在电力物联网通信的主要手段。
3风险防范
（1）泛在电力物联必须保证电力系统的安全稳定运行和对用户的安全可靠供电，尤其是网络安全风险的防范。泛在电力物联网是信息物理系统(CPS)，但其职能是在实现能源转型目标的过程中提供安全可靠的电能。泛在电力物联的同时必须考虑安全防范措施，做到安全措施与泛在电力物联同时设计、同时施工、同时投入运行。（2）提高效率和使用方便是泛在电力物联网获得社会认可和积极使用的基础。泛在电力物联应该为用户带来便利。不是根据实际需要的大规模建设和不成熟技术的广泛推广，都可能造成巨大的浪费。
结语
泛在电力物联网是以电力系统为核心，结合智能终端传感器、通信网、人工智能、云平台技术，构成的复杂多网流系统。泛在电力物联网通过电力系统设备信息交互、人物信息交互，实现能源生产与消耗的实时平衡，保障电网的经济安全运行；另一方面也可以促进电力市场的开放，实现供需交易的快速响应，以及清晰明了的电网资产评估。泛在物联技术与电力系统的结合，最终将会构建多方参与的能源生态体系。作为第三次能源革命的核心技术，泛在电力物联网是未来能源产业的发展方向。
参考文献
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