泛在电力物联网释义与研究展望

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　　摘 要：物联网是现代技术发展下的衍生物，在多个领域具有适用性，可有效提升电力系统工作能力，推动社会发展。基于此，本文以泛在电力物联网释义作为切入点，予以简述，再以此为基础，结合国内外泛在电力物联网的建设经验，就其当前技术瓶颈以及研究进展等内容进行分析，给出感知精度、运维成本方面的问题，论述自适应技术、容错机制、能源的储备和复用等研究热点，服务后续工作。
　　关键词：泛在电力物联网;感知精度;自适应技术;容错机制
　　中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）22-0141-02
　　0 引言
　　电力物联网是智能电网发展的主要成果之一，强调借助现代化的信息技术和互联网技术，提升电网功能效率、精度、稳定性和安全性。泛在电力物联网概念的提出、技术应用进一步优化了现有电力系统工作水平，着眼于社会发展对电能的持续需求，需要在现有基础上对泛在电力物联网进行优化。因影响泛在电力物联网工作的因素多样，其发展瓶颈明显，加以分析有助于技术的持续突破。
　　1 泛在电力物联网释义
　　1.1 泛在电力物联网释义的基本释义
　　泛在电力物联网，是借助技术将电力系统内的各个环节和要求进行整合、连接，使其能够围绕电力系统工作需求，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征。本质上看，泛在电力物联网属于一种智慧服务系统。2019年，国家电网公司明确提出推进“三型两网”建设的规划，尝试打造具有全球竞争力的世界一流能源互联网企业，以契合网络强国战略、加强理论在国家电网公司的实践，适应内外部形势和挑战。从该层面进行解读，泛在电力物联网又可视作我国电力系统发展战略的一环[1]。
　　1.2 泛在电力物联网释义的技术优势
　　建设泛在电力物联网，实际上为电力网络运行更安全、管理更精益、投资更精准、服务更优质开辟了一条新路，同时也可以充分发挥电网独特优势，开拓数字经济这一巨大市场。上述目标主要一开泛在电力物联网的技术特点，包括自动化作业、远程管理等等。如在传统管理模式下，用户在进行业扩报装时，需要到电力部门提出申请、等待批复和工作安排，工作效率不高。泛在电力物联网模式下，用户的服务请求可在网络环境下得到响应，电力部门的内部工作也均借助物联网完成，信息交互的效率高，大大减少了工作时间。从规划目标上看，建设泛在电力物联网，是国家电网公司以及我国电力系统落实“三型两网、世界一流”战略目标的核心任务之一，突出的技术优势，则为泛在电力物联网建设、发展和应用提供了良好空间。
　　2 国内外泛在电力物联网的建设经验
　　2.1 国内经验
　　我国泛在电力物联网建设时间尚短，技术上也不完全成熟，在当前国家电网公司的规划中，到2021年初步建成泛在电力物联网，基本实现业务协同和数据贯通，初步实现统一物联管理，各级智慧能源综合服务平台具备基本功能，支撑电网业务与新兴业务发展。到2024年建成泛在电力物联网，全面实现业务协同、数据贯通和统一物联管理，公司级智慧能源综合服务平台具备强大功能，全面形成共建共治共享的能源互联网生态圈[2]。目前来看，我国泛在電力物联网建设的主要经验集中于管理规划、数据积累、细节问题处理三个方面。具体而言，泛在电力物联网基本形成为以需求为核心的建设模式，优先向电力工作负荷较大、业务量较多的区域进行资源倾斜，之后以既有泛在电力物联网为基础，逐步进行扇面扩散，辐射周边地区。该模式下，资源运用效率高，也可积累工作经验，使各类细节问题得到早期呈现和处理。
　　2.2 国外经验
　　国外泛在电力物联网建设时间较长，技术条件上，上以欧美、日本等发达国家较为突出。如德国在泛在电力物联网建设上，重视区域效应，即以一项工程建设为地区经济、社会发展、就业、消费等提供综合助力。在慕尼黑、汉堡等核心城市，州政府、城市议会会对项目进行反复评估，一般采用社会机构（主要是建设方）或行政部门提出议案，立法部门进行审核的方式进行项目评估，核准泛在电力物联网建设可在经济、社会发展、就业、消费等方面提供助力，再批准进行建设。建设过程中，由司法部门进行监督。德国在泛在电力物联网建设上技术条件理想、人才资源丰富，这是其主要优势。美国在泛在电力物联网建设时，则相对重视进行经济效益的分析，多采用招投标的方式，反复衡量不同投标方是否具备资质、技术条件的优劣以及工期长短、社会效益等也分别进行独立分析，确保泛在电力物联网建成后技术可靠，回报较高[3]。
　　3 泛在电力物联网技术瓶颈
　　3.1 感知精度
　　当前我国以及其他国家的泛在电力物联网技术，普遍存在感知精度不足的问题。该问题体现在传感器能力、传输过程中的误差、老化影响等多个方面。如在低等级的配电系统中，传感器收集了变压器工作参数，计算获取其负载水平为85%，但变压器的工作负载存在波动，85%不能精准反应其工作负载水平，可能与实际值存在1%-4%的误差，当该数据进入到高级别输电系统中时，可能导致误差累积，达到5%以上。此时泛在电力物联网的感知精度已经下降明显，对实际工作、自动化作业影响不容忽视[4]。
　　3.2 抗干扰问题
　　影响泛在电力物联网建设的另一个突出问题是干扰破坏。电力系统中，谐波问题、电磁干扰问题十分多见，电力物联网中的通信活动会受到上述问题影响，导致数据精度下降、通信中断情况。目前各地的泛在电力物联网建设，均以有线通信模式为主，接收一端的信号可读性，可出现5%-30%左右的下降，一般通信距离越远，信号可读性下降越明显。此外，通信线路金属内芯、绝缘皮的老化也会降低其应对干扰的能力，影响通信效果。当传感器传输的信息、智能终端下达的指令信息被严重破坏时，泛在电力物联网的工作质量会严重下降。 　　3.3 运维成本
　　运维成本较高的情况广泛存在于我国各地，国外也面临相似问题。统计表明，日本东京以及周边地区完成泛在电力物联网建设后，电网管理工作的成本，较以往增加了6.7%，去除传统人力成本、管理成本后，可发现相关支出大部分投入到了设备运维与更换、建设消耗方面。我国沿海地区、东部地区经济发展状况较理想的地区，也不同程度完成了智能电网、泛在电力物联网建设，运维成本增加的问题，集中于技术人才培育、早期工程和设备支出两个方面，因我国人力资源成本低于日本等发达国家，后期运维上，成本负担相对较轻。
　　4 泛在电力物联网研究展望
　　4.1 自适应技术
　　尝试加强泛在电力物联网建设和应用效果，应针对其技术瓶颈进行突破，目前各国研究的重点之一，是泛在电力物联网工作中的自适应能力。德国科学家提出了误差控制理念，强调引入新式合金材料，以新材料较为理想的使用寿命和理化性质，控制感知精度不高的问题。相关学者的研究仍处于实验室阶段，因不同材料的理化性质差异显著，目前仍无可靠的实践结果。美国学者认为，自适应技术的进步更多依赖信息技术，现有材料的研究实验进展缓慢，可强化计算机的工作能力，敏锐感知可能泛在电力物联网工作中的异常，予以实时调整，提升其自适应能力。因泛在电力物联网工作环境的差异无法通过计算机技术完全弥补，该研究目前尚未取得实质性进展。我国学者认为，自适应技术的优化需要加强对目标对象的研究，结合其工作特点寻求处理方法，如室外工作的线路，对其进行参数收集时，应重视自动化设备的保温;室内变压器的参数收集，则应考虑工作设备的精度和参数范围，以保证所获信息精准有效。从技术突破的角度上看，我国学者的研究进展相对理想，但在实际应用中，各地工作需求、环境带有动态变化的特点，技术适用性上存在一定不足。
　　4.2 容错机制
　　泛在电力物联网的工作中，干扰问题对其工作精度影响显著，当前研究的热点方向之一，是尝试控制物联网内各类设备、通信系统的工作精度，应对普遍存在的通信干扰问题。日本学者提出了自校对工作方法，该方法的基本原理是：不考虑物联网内是否意境出现干扰问题，以可能存在的干扰破坏为解决对象，设定固定间隔，物联网内的设备每完成一段时间的工作，可自动进行一次参数校对和调整。该模式提升了系统的智能化水平，具有广泛适用性。如针对变压器进行的安全监测，默认变压器的安全工作参数标准为V，变压器实际工作中的参数可能围绕V出现波动，表现为一个带有模糊线性特点的非对称数集：
　　V=[V-n……V-2;V-1;V;V1;V2……Vn]
　　当变压器的工作参数超过[V-n、Vn]范围时，表明存在安全风险。在日本学者的“自校对工作”模式下，以2小时（或其他间隔）为间隔，智能系统每隔2小时进行一次变压器负荷调整，使其工作参数稳定处于V周围、[V-n、Vn]之间，应对干扰，实现容错。我国学者提出了预防性检修和逐次更换的工作方法，与日本不同，我国尚未完全实现电力系统、泛在电力物联网的完全自动化作业，相关学者认为，可在进行泛在电力物联网个环节和设备检修时，对重点设备、结构进行功能评估，将其中已经出现故障的部分、可能发生问题的构件予以更换，并记录其他部分的工作情况，分批次完成泛在电力物联网内设备的更新，使其保持工作能力、完成通信容错。该方式可降低系统作业成本，但只能作为过渡方法，从技术研究的角度上看缺乏实际价值。
　　4.3 能源的储备和复用
　　泛在电力物联网的发展，还强调服务对象的能耗控制，这与节约型社会建设以及可持续发展观念相契合。如在大型物联网中，电力系统可能出现输送电量过多、过少的问题。可在泛在电力物联网中建设附属结构，该结构负责存储物联网中的多余电能，也可进行太阳能的收集，利用大型蓄电池组成的蓄电系统进行能量储备。泛在电力物联网内供电正常，储备能源不予调用;当泛在电力物联网存在用电紧张、供电量不足等情况时，将储备能源连接站启动，投入储备能源进行复用，实现物聯网内的持续稳定供电。以保证储备能源保存效果为着眼点，使用的蓄电池应保存于干燥避光处，且应与低压配电线路一端进行连接，或单独设立变压设备，避免电能自电网进入蓄电池中。此外，应周期进行蓄电池工作态势的评估，所有蓄电池储能达到90%左右时，可投入使用，释放50%-60%的存储空间，避免电能浪费问题。
　　5 结语
　　综上，泛在电力物联网在电力系统中作用突出，且发展进步也能进一步改善电力系统工作能力。结合国内外建设经验，可发现当前泛在电力物联网技术瓶颈涵盖感知精度、抗干扰和运维成本控制等。未来研究则着眼于自适应技术、容错机制的优化，同时物联网内能源的储备和复用也得到更多重视，具有一定的可行性。总体而言，泛在电力物联网的技术研究进展理想，可继续服务社会发展。
　　参考文献
　　[1] 王毅，陈启鑫，张宁，等.5G通信与泛在电力物联网的融合：应用分析与研究展望[J].电网技术，2019，43（05）：1575-1585.
　　[2] 侯兴哲，刘型志，郑可，等.泛在电力物联网环境下新一代智能电能表技术展望[J/OL].电测与仪表：1-4.
　　[3] 杨挺，翟峰，赵英杰，等.泛在电力物联网释义与研究展望[J].电力系统自动化，2019，43（13）：9-20+53.
　　[4] 张亚健，杨挺，孟广雨.泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望[J].电力建设，2019，40（06）：1-12.
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