淺析智能電網(wǎng)與電力物聯(lián)網(wǎng)及其之間的聯(lián)系

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

０ 引言

人工智能時代，弱電領(lǐng)域的信息革命與數(shù)字化革命沿 著信息互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)，以及外部信息感知與控制的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展。至今，互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)相互融合誕生了物聯(lián)網(wǎng)，并沿著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算勇猛前行。而在強電領(lǐng)域，國家電網(wǎng)沿著堅強電網(wǎng)、堅強智能電網(wǎng)建設(shè)，直到與互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)相互融合，誕生出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，從而使人工智能進(jìn)入到一個強電、弱電統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用新時代。在這個新時代里，一方面是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、供電的智能化；另一方面是以用、供電形式將強電（電源系統(tǒng)）與弱電（互聯(lián)網(wǎng)及嵌入式等用電系統(tǒng)）統(tǒng)一起來，實現(xiàn)全局性的人工智能時代。

１ 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新時代

眾多物聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)都是一個用電系統(tǒng)，眾多的應(yīng)用場景集中在弱電系統(tǒng)信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)終端的智能控制應(yīng)用。通常，智能系統(tǒng)不涉及供電部分，只負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的智能信息交互、管理，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制。進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時代后，應(yīng)用系統(tǒng)逐漸融合成為一個龐大的網(wǎng)絡(luò)體系。以電動汽車為例，電動汽車整車系統(tǒng)以及相應(yīng)的充電樁就是一個強電的電力驅(qū)動與弱電的智能控制的綜合系統(tǒng)。這充分顯示，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深入發(fā)展，用電與供電、弱電與強電逐漸融合，系統(tǒng)用、供電的智能化管理成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的重要部分。隨著智能電網(wǎng)的不斷完善以及互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的相互融合，物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入到一個用、供電管理與信息系統(tǒng)智能化兩翼齊飛的新時代。

２ 智能電網(wǎng)的國家戰(zhàn)略工程

國家電網(wǎng)關(guān)系到重大國計民生，世界主權(quán)大國都有嚴(yán)密管控的國家電網(wǎng)體系，以保證電網(wǎng)安全。２１世紀(jì)初，隨著人工智能發(fā)展，國家電網(wǎng)的智能化成為世界各國的國家戰(zhàn)略工程，從傳統(tǒng)電網(wǎng)到智能電網(wǎng)，經(jīng)歷了堅強電網(wǎng)建設(shè)與堅強智能電網(wǎng)建設(shè)兩個階段。

２００９年，中國國家電網(wǎng)公司公布了“智能電網(wǎng)"發(fā)展計劃，以建設(shè)“統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)"為目標(biāo)，預(yù)計在２０２０年前完成智能電網(wǎng)改造，計劃總投資超過４萬億。統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)是國家電網(wǎng)業(yè)界人士提出的概念，指的是以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)為原則，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的國家智能電網(wǎng)。

智能電網(wǎng)建設(shè)的首要任務(wù)是信息系統(tǒng)建設(shè)，即在堅強電網(wǎng)基礎(chǔ)上的建設(shè)全網(wǎng)通達(dá)的信息傳輸體系。早先，電網(wǎng)內(nèi)部采用的是微波中繼通信，后來被光纖通信所替代。目前，各種規(guī)格的光纖復(fù)合電纜（電力光纜）已覆蓋了全部電力網(wǎng)，形成了光纖通信基礎(chǔ)上的智能電網(wǎng)。低壓電力光纜已經(jīng)成為光纖入戶的主要形式，完成智能電網(wǎng)的最后一公里建設(shè)。２０１０年，國家啟動電力光纖到戶工程，在提供電能的同時，可與電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)相連，以滿足智能電網(wǎng)用電側(cè)的信息化、自動化、互動化需求。

３ 什么是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的萬物互聯(lián)網(wǎng)；電力物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)內(nèi)部的萬物互聯(lián)網(wǎng)；泛在物聯(lián)網(wǎng)則是物聯(lián)網(wǎng)向智能電網(wǎng)的延伸，相互延伸的界面是智能變電站與智能電表。

（1）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上的一個泛在物聯(lián)網(wǎng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來自智能電網(wǎng)，首先應(yīng)用在電力系統(tǒng)內(nèi)部，包括電力系統(tǒng)內(nèi)部傳統(tǒng)的發(fā)電、變電、輸電、供電、電力調(diào)度，以及新能源領(lǐng)域并網(wǎng)、用／供電系統(tǒng)的智能化管控等，稱為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)網(wǎng)。隨著用電設(shè)備的智能化電源管理技術(shù)發(fā)展，電力物聯(lián)網(wǎng)不可避免地會向用電端外溢，使現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入到智能用電管理時代，外溢到現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的部分稱為外網(wǎng)。這種內(nèi)外網(wǎng)的劃分是有道理的，因為這兩部分性質(zhì)不同、差異明顯。內(nèi)網(wǎng)是強電領(lǐng)域，也是國家嚴(yán)格管控的國家電網(wǎng)；外網(wǎng)依托的是弱電領(lǐng)域，自由、開放的互聯(lián)網(wǎng)。

（2）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的安全保障

智能電網(wǎng)的內(nèi)外網(wǎng)的分割，使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)形成了“物聯(lián)網(wǎng)＋智能電網(wǎng)"的特殊結(jié)構(gòu)體系。兩網(wǎng)之間只有從智能電網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)輸出的單向信息交互通道。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)為智能電網(wǎng)內(nèi)部的萬物互聯(lián)，以及通過智能變電站、智能電表實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)中的萬物互聯(lián)，實現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)終端的用／供電的智能管理。這樣的體系結(jié)構(gòu)，既保證了國家電網(wǎng)的安全可靠，又實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)終端體系強電、弱電的統(tǒng)一智能化管控。

４ 電力物聯(lián)網(wǎng)的智能電表與信息交互平臺

智能變電站是電力物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)外網(wǎng)交互的網(wǎng)關(guān)，智能電表則是供、用端的信息交互平臺，它們是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)及其云平臺生態(tài)體系建設(shè)中的核心領(lǐng)域。

（1） 電力物聯(lián)網(wǎng)的智能電表

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，所有物聯(lián)網(wǎng)的智能終端都是一個用電系統(tǒng)，智能電網(wǎng)則是一個供電系統(tǒng)，連接兩者的是智能電表，智能電表的后臺是智能變電站。

早期智能電表以電量計量為中心，實現(xiàn)電量計量、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳等功能。電力物聯(lián)網(wǎng)中的智能電表則是一個連接內(nèi)外網(wǎng)的信息樞紐、信息共享平臺。為滿足這一要求，智能電表必然是多芯、多功能、模組化的設(shè)計，除了電量計量管理的計量模塊外，還有用電管理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、用于數(shù)據(jù)采集與處理的感知控制模塊，以及用于人機交互的交互模塊等。此外，智能電表還是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺生態(tài)體系建設(shè)的重要一環(huán)。

這里以安科瑞推出的ADW300物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測儀表為例具體說明一下智能電表相較于傳統(tǒng)電表的優(yōu)勢。

強大的互聯(lián)功能：相較于傳統(tǒng)電表的本地采集方式，通過與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，目前該款終端監(jiān)測設(shè)備除了可支持RS-485通訊，在網(wǎng)絡(luò)通信層也可支持采用GPRS、WiFi、NB-IoT等各種通訊技術(shù)，同時在通訊協(xié)議的適配方面也涵蓋了目前市面上的大部分通用協(xié)議。

智能化監(jiān)測：主要是通過附加功能來協(xié)助終端采集設(shè)備的智能交互，如：支持開關(guān)量輸入輸出，可結(jié)合具體現(xiàn)場實現(xiàn)開合閘的保護(hù)功能；支持多路的溫度測量和漏電監(jiān)測，防止因為故障、老化導(dǎo)致的溫度過高而出現(xiàn)的安全隱患；報警上傳功能，支持各項電參量的報警設(shè)定，及時的上傳報警數(shù)據(jù)，再通過平臺短信預(yù)警等措施及時的通知到用戶端進(jìn)行現(xiàn)場故障的處理。

（2）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的云平臺建設(shè)

智能變電站與智能電表是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，參與內(nèi)網(wǎng)“源（電源）—網(wǎng)（電網(wǎng)）—荷（負(fù)荷）—儲（儲能）"，以及外網(wǎng)“云（云平臺）—管（有線／無線物聯(lián)）—邊（邊緣計算）—端（終端設(shè)備）"的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。

安科瑞推出企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺就是將：變電所運維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺、充電樁（電動汽車／自行車）運營管理云平臺、預(yù)付費管理云平臺等平臺進(jìn)行系統(tǒng)的融合，以解決智慧城市、智慧社區(qū)、智慧醫(yī)院、智慧交通、智慧樓宇等重大場景應(yīng)用。結(jié)合用戶實際需求，同時也開發(fā)了各類有線、區(qū)域無線、廣域無線通信產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備，支持ＲＳ４８５、以太網(wǎng)、ＬｏＲＡ、ＺｉｇＢｅｅ、ＧＰＲＳ、４Ｇ、ＮＢ ＩｏＴ 等多種通信方式。在結(jié)合平臺的數(shù)據(jù)分析功能，給到用戶詳細(xì)、簡潔明了的數(shù)據(jù)報表。這也是萬物互聯(lián)，智慧電網(wǎng)的表現(xiàn)形態(tài)。

從云端平臺我們可以結(jié)合曲線圖樹狀圖等直觀的了解到符合的運行情況。

5 結(jié)語

一個完整的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系，應(yīng)該涵蓋用電體系、供電體系，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)誕生有利于實現(xiàn)這一目標(biāo)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是智能電網(wǎng)，國家電網(wǎng)*的安全屬性導(dǎo)致其封閉、壟斷的基本特征，以及內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的分割狀態(tài)。智能變電站與智能電表成為內(nèi)外網(wǎng)交互的通道。

參考文獻(xiàn)

[1]何立民.從智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)到泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

作者簡介

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，研發(fā)工程師，從事電力物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)解決方案研究工作。