浅谈基于泛在电力物联网的电力能耗管理系统研究
2022-09-28
上海嘉定
摘要：随着当今时代互联网的飞速发展，传统电网已经不再能满足人民日益增长的电力需求。为实现感知、可靠传输、智能处理、互交互联的新一代电力系统，国家电网提出发展泛在电力物联网的战略目标。首先以清洁能源、能源需求为背景，对泛在电力物联网的概念、基本构架进行详细阐述。然后对电力能耗监测管理系统构架的主要关键技术进行说明。以华北电力大学扬中智能电气研究的电力能耗监测管理系统为实例，阐述泛在电力物联网基本应用情况，为其它相关研究提供参考。关键词：物联网；泛在电力物联网；电力能耗；监测管理
0引言
未来的全球经济实现可持续发展，离不开可提供高渗透率分布式清洁能源的电力系统的支持。在中国能源生产以及高质量消费革命背景下，可再生能源的高比例接入、电动汽车与充电基础设施的推广应用以及分布式电源的发展等使得原先以单向潮流为主电网的发展形态逐渐演变成互联互通、优化互动、平衡共享的新型电力互联网，进一步推动着能源生产消费变革。当今时代是“互联网+”的时代建筑能耗管理系统，关键特征之一便是以现代信息和通信技术为创新基础，以“大云物移智”为代表，通过物与物、人与物之间的物联网信息交互，实现感知更多面化、传输更可靠化、处理更智能化的新型互联网技术。因此，对于处在电网形态转变关键节点的中国，亟需开展物联网技术与智能电网的深度融合。2019 年，提出“三型两网”战略目标，将建设泛在电力物联网规划为近 3 年国家电网的任务，并提出到2024年建成泛在电力物联网这一宏伟目标。 基于泛在电力物联网的发展背景，本文从泛在电力物联网的定义和基本构架入手，首先介绍电力能耗监测管理的主要关键技术，然后以华北电力大学扬中智能电气研究为应用实例，对泛在电力物联网进行分析研究，为谋划和建设未来的新型电力系统提供参考。
1泛在电力物联网概念
1.1 定义
1999年，及美国麻省理工学院分别提出泛在网及物联网的概念。泛在物联是指信息可在不限制时间、地点、人和物这四要素的情况下实现无阻碍的连接和交互。“泛在电力物联网”的本质在于电力行业“能源数据”的收集、交换、融合及扩展应用，具有全息感知、泛在连接、开放共享、业务创新基本特点。
1.2 基本构架
为了实现电力泛在物联，需要进一步构建开放、分层、可扩展的网络体系结构，因此在物联网的感知延伸层、网络传输层及平台应用层的基础上，增加了边缘计算层，实现能量流、信息流与业务流的交互耦合。感知延伸层是泛在电力物联网的基础，相当于人体的“神经末梢”，由状态感知和执行控制主体终端构成。网络传输层是感知延伸层与平台应用层之间的数据传输通道，为泛在电力物联网的各类型业务提供可靠的通信信息服务。电力物联网通信方式包括近距离有线/无线传输、传统互联网、移动空中网等。
相比于传统物联网，泛在电力物联网增加了边缘计算层，即靠近末端感知节点处于网络边缘的分布式智能代理。其将感知层的一些设备通过总线、无线自组织传感网等通信方式接入边缘计算层，在处理分析感知层的海量数据后，传送至云平台集中处理。平台应用层基于电网运行数据，结合现代先进技术手段，将数据进行融合分析，解决传统能源生产运行方式下的存储问题，从而实现信息互联共享。以本文的能耗管理系统为例，泛在电力物联网的4个基本构架在整个系统中的表现为：在感知延伸层上，系统的末端感知节点可现场实时采集园区的所有电力能耗总数据，以GPRS、3G、4G及以太网的网络通信技术应用至平台应用层，在能耗管理平台上呈现系统的电力能耗概览、电力能耗占比、电力能耗统计等主要情况。
2电力能耗管理系统关键技术
本文在泛在电力物联网基础上，运用数据分析技术、网络信息技术、智能平台管理技术等多种技术完成自动化人工智能，实现新一代电力能耗管理，以下简要介绍系统所涉及到的3种关键技术。
2.1 数据分析技术
电力能耗监测管理系统在运行过程中将产生大量数据，这些数据具有来源多、格式多、信息冗余度高、数据量大、隐含信息价值高但不直观等特性。为了降低数据的冗余度及分析难度，需先采用数据融合技术，在海量数据中对有效数据进行深入挖掘和实时存储。
2.2 网络信息技术
网络信息技术在泛在物联网网络传输层中尤为重要。构建电力能耗监测管理系统的体系方面需要考虑到两个方面：（1） 终端设施稳定。从物理层角度研究芯片级防护关键技术；研究设备的嵌入式操作系统，提供密码服务框架及轻量级密码应用技术；发展终端层防护组件适配技术，实现物联网现场设备的接入身份验证。（2） 数据加密。研究支持跨域共享的数据访问控制模型及数据保护关键技术，保证数据在传输过程中不被监听和篡改；对传统加密算法进行改进，研究面向多种复杂型业务的加密算法；研究数据动态脱敏、追踪溯源等关键技术。
2.3 智能平台管理技术
为完成“三型两网”战略指标，需大力发展泛在电力物联网平台。该智能平台管理技术首先将海量电网运行数据、用户侧用能数据以及其它能源系统数据经过数据分析技术处理后，进行统一存储与管理；然后在此基础上，根据用户所需求的智能运维、个性化电力能耗分析对比等用户用能业务，搭建各类针对性应用平台、智慧能源综合服务平台与新型业务培育发展平台。
3电力能耗监测管理系统平台
本文以华北电力大学扬中智能电气研究的电力能耗监测管理系统为主要研究对象，并以此作为应用实例进行分析。
3.1 系统整体概述
电力能耗监测管理系统主要包括用电信息的收集、实时监测以及分析发布。其主要功能是对所有与电能有关的数据进行采集，并在电能管理部门进行数据的发布，应用系统架构对应了泛在电力物联网的框架，如图1所示。
