泛在电力物联网的关键技术与应用前景连玉伟

泛在电力物联网的关键技术与应用前景连玉伟

连玉伟

泉州供电服务有限公司石狮分公司福建泉州362700

摘要：随着交直流输电规模的迅速扩大，分布式发电设备接入类型与数量快速增加，导致电网复杂程度不断提升，对传统电网形态提出了挑战。另一方面人工智能技术的发展也对电网功能和运行方式提出新的要求。因此，结合泛在物联技术将现有电力系统建设成泛在电力物联网是未来电力能源体系的发展趋势，也是当前阶段国家电网最紧迫、最重要的任务。

关键词：泛在电力物联网；关键技术；应用前景

1泛在电力物联网建设的意义

一是将有力支撑国家经济战略转型。建设泛在电力物联网就是为了实现能源互联网。在新一轮工业革命的背景下，工业互联网建设是我国经济发展战略转型的重要抓手。能源互联网是工业互联网的重要组成，是能源电力体系和互联网体系深度融合而形成的全面感知、全程在线、全要素互联的能源电力新业态，它体量大、覆盖广、动能强，将成为工业互联网在行业落地的典范，成为经济转型的动能和支撑。二是以感知智能的科学方法，提高可再生清洁的发电占比，实现我国能源结构变革，提高能源的安全和绿色水平，技术特性表明，实现源网荷储智能优化与协同，泛在电力物联网是一个必然路径。三是将通过能源体系各环节的全面感知，能源供给和消费的全面在线，实现优化配置，降低全社会的能耗。四是它将是一张巨大的物联网，把所有与电相关的物全面连接起来，将助力国家互联网与实体物联网的建设，驱动新一轮的互联网经济。五是基础规模大，覆盖范围广，渗透能力强，将带动的不仅是电工电气产业发展，还能够以互联网效应来带动众多产业和社会经济发展，同时成为我国数字化建设的重要基础设施，为经济高质量发展提供新动能。

2泛在电力物联网的关键技术

2.1新型物联网设备的设计与研发

由于数量多、应用环境复杂，传感器设备的电池不便频繁更换，因此高效的电源管理技术也必须纳入到未来的物联网设备设计和研发中来。为了有效地管理电源，目前已经提出了一些解决方案，例如使用低精度传感器模块阵列和后续的数据融合来生成高精度信息，使用数字电路来设计低功率传感器节点等。值得特别关注的是，考虑通过在物联网设备中集成能量收集系统，对周围的光、热、射频、振动甚至是人体的运动等环境能源进行合理利用，来延长物联网设备的寿命以减少其对电网或电池的依赖性，被视为是一种很有应用前景的替代方案。这样做可以使物联网设备真正实现便携式和自我维持，进一步为实现无处不在的感知、通信和服务提供条件。

2.2海量数据的处理技术和计算技术

通过电力能源系统连接的成千上万个物联网设备将会生成大量数据，这些数据具有高速生成、类型多样、时效性要求高、准确性不一致等显著特点，使得数据的存储、共享和管理的过程都变得更加困难。如何通过有效的处理和计算方法将众多数量的数据转化为有价值的信息是一个严峻的挑战。大数据的处理和计算技术将赋予物联网类似于生物神经系统对信息的认知和分析能力，这使得物联网从最初的仅以传递信息为主要目的的连接型网络，向通过处理信息以达成特定的服务为主要目的的智能型网络转变。很多学者针对具体的电力应用领域提出了相应的数据驱动方法来解决数据的处理、分析和计算的问题。

2.3电力市场交易云平台

随着分布式能源的发展，能源电力交易模式正在由集中式向分布式演化，泛在电力物联网可融合物联网技术与区块链技术，构建分布式能源灵活交易平台，推动能源灵活自主微平衡交易。交易数据采用分布式、不对称加密的方式保存在区块链上，不可篡改、实时共享，保证交易透明可信，可有效解决电力市场的交易信任问题，同时应用智能合约将烦琐、耗时、繁杂的业务清算以数字形式保存在区块链上，通过计算机系统自动执行，也可使结算过程变得更加简单与结构化，实现分布式能源、分布式储能主体与工业大用户及个人、家庭级微小用能主体间的点对点实时自主交易。此外，碳交易、可再生能源配额交易、绿色证书交易、绿色货币交易等支撑平台也是泛在电力物联网在市场交易领域的建设重点。

3泛在电力物联网的应用前景

3.1提高电网安全经济运行水平

结合物联网技术，研发风能、太阳能、负荷实时监测和功率预测系统，建立以火电机组为底层支撑的能源统一调控系统。结合物联网技术提高输电环节可靠性、设备状态自动诊断技术，利用智能传感及智能终端提升保护、通信等二次设备的感知能力和终端智能，实现联合处理、数据传输、综合判断等功能，提高电网的智能化水平和可靠性程度。结合电力物联网技术，建立智能配电管理系统(IDMS)，实现配网状态监测、智能巡检、快速故障诊断恢复、优化运行控制与管理全部在线；对于难以线上工作的现场作业环节，通过电子身份认证、电子工作票，在线监督，可以降低人员冗余，提高工作效率。

3.2减少弃风弃光

目前，风电和光电装机容量分别占总装机容量的10.6%和7.3%，发电量分别是3057kW·h和1182亿kW·h，占总发电量的4.8%和1.8%。而我国弃风弃光现象频发，2016年我国弃风率达到17%，弃光率达到了11%，2018年由于我国省间交易壁垒消融，弃风弃光都有所减少，分别为277亿kW·h和54.9亿kW·h，各占发电量的7%和3%，但当新能源占比达到一定的时候，弃风现象仍将存在。预计到2030年，风电和光电装机分别达到4.78亿kW和5.73亿kW，分别占总装机容量的17%和20%，发电量各占10%，此时，新能源的装机容量接近电力系统的平均负荷。除非大规模储能技术及废旧电池处理在经济上与技术上有实质性的突破，否则，弃风和弃光将难以避免。实现能源转型目标，是泛在电力物联网主要解决的一大问题。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，通过智能电网的优化协同运行技术，让大规模能源间协调互补平抑随机能源波动，改善电能质量。泛在电力物联网连接用户和分散发电，尤其是可控负荷用户。把可控负荷和分布式发电有效控制起来，以实现源网荷协同，减少弃风弃光。当弃风弃光出现时，调动可控负荷吸纳新能源，当新能源功率出现缺口时，紧急情况下可短时间暂停慢充电动汽车的充电，暂停一些可停机的可控负荷，同时调动参与V2G的电动汽车与分布式储能向电网输送电能。

3.3数据增值服务

数据增值服务是对海量数据的有效利用，泛在电力物联网的数据增值服务主要分为以下3个方面：1）数据促进行业融合。电力大数据可以广泛应用于冷、热、气等不同工商行业；利用电力数据的特点，冷热气等行业可以进行生产活动的调节优化，制定个性化的生产流程，用户服务流程，促进与电力行业的合作，实现更好的社会服务和更高企业盈利。2）数据衍生新型业务。大数据海量优质的数据可以应用于互联网金融等领域，泛在电力物联网依托其庞大的用户基数和积累的用户数据，可以开拓互联网金融流量入口方面的业务。3）数据租售。金融行业、高校、科研机构等对电力原始数据或处理数据有着巨大的需求。泛在电力物联网在其强大网络安全的保障下，无需将数据作为行业壁垒，通过数据租售，可以实现相关行业的快速发展，也能促进泛在电力物联网的不断完善。

4结束语

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

[1]本刊编辑部.打造世界一流能源互联网企业[J].农村电气化,2019,03:1.

[2]能源评论.打造“泛在电力物联网”应规划先行[J].物联网技术,2019,903:5-7.

[3]刘建明,赵子岩,季翔.物联网技术在电力输配电系统中的研究与应用[J].物联网学报,2018,201:88-102.