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

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

０ 引言 

        人工智能時(shí)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(jì)算勇猛前行。而在強(qiáng)電領(lǐng)域，國家電網(wǎng)沿著堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)、堅(jiān)強(qiáng)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(gè)強(qiáng)電、弱電統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用新時(shí)代。在這個(gè)新時(shí)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)全局性的人工智能時(shí)代。

１ 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新時(shí)代

        眾多物聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)都是一個(gè)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制。進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代后，應(yīng)用系統(tǒng)逐漸融合成為一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)體系。以電動(dòng)汽車為例，電動(dòng)汽車整車系統(tǒng)以及相應(yīng)的充電樁就是一個(gè)強(qiáng)電的電力驅(qū)動(dòng)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(qiáng)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)用中不/可/或/缺的重要部分。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(gè)用、供電管理與信息系統(tǒng)智能化兩翼齊飛的新時(shí)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(jì)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(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)與堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)兩個(gè)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(jì)劃，以建設(shè)“統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)"為目標(biāo)，預(yù)計(jì)在２０２０年前完成智能電網(wǎng)改造，計(jì)劃總投資超過４萬億。統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)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(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)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(jiān)強(qiáng)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(dòng)電力光纖到戶工程，在提供電能的同時(shí)，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(dòng)化、互動(dòng)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(gè)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(huì)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(shí)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?yàn)檫@兩部分性質(zhì)不同、差異明顯。內(nèi)網(wǎng)是強(qiáng)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(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)中的萬物互聯(lián)，實(shí)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(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)終端體系強(qiáng)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(tái)

         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(tái)，它們是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)及其云平臺(tái)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(gè)用電系統(tǒng)，智能電網(wǎng)則是一個(gè)供電系統(tǒng)，連接兩者的是智能電表，智能電表的后臺(tái)是智能變電站。

         早期智能電表以電量計(jì)量為中心，實(shí)現(xiàn)電量計(jì)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(gè)連接內(nèi)外網(wǎng)的信息樞紐、信息共享平臺(tái)。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(jì)，除了電量計(jì)量管理的計(jì)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(jī)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(tái)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(qiáng)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(shí)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(shí)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?yàn)楣收稀⒗匣瘜?dǎo)致的溫度過高而出現(xiàn)的安全隱患；報(bào)警上傳功能，支持各項(xiàng)電參量的報(bào)警設(shè)定，及時(shí)的上傳報(bào)警數(shù)據(jù)，再通過平臺(tái)短信預(yù)警等措施及時(shí)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(tái)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(chǔ)（儲(chǔ)能）"，以及外網(wǎng)“云（云平臺(tái)）—管（有線／無線物聯(lián)）—邊（邊緣計(jì)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(tái)就是將：變電所運(yùn)維云平臺(tái)、能源管理云平臺(tái)、智慧用電云平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)、充電樁（電動(dòng)汽車／自行車）運(yùn)營管理云平臺(tái)、預(yù)付費(fèi)管理云平臺(tái)等平臺(tái)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(shí)際需求，同時(shí)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(tái)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(bào)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(tái)我們可以結(jié)合曲線圖樹狀圖等直觀的了解到符合的運(yùn)行情況。

5 結(jié)語

         一個(gè)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(shí)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)