张鹏
国网吉林省电力有限公司长春供电公司 吉林长春 130012
摘要: 构建泛在电力物联网作为支撑建设坚强智能电网以及能源互联网的重要内容，对保障电网弹性安全运行、实现异质能源友好接入、服务用户精细化用能具有重要意义。配电网作为电力系统连接产销两端关键中间环节，依靠泛在电力物联网技术将全面提升其深度感知与精细控制能力，促使配电网由传统的源荷单向供能模式向源荷双向能量流动模式转变，并赋予配电网能源数据共享、服务提供的新型角色。文章从泛在电力物联网基本概念体系架构典型功能关键技术，以及泛在电力物联网在配电系统中的典型应用等方面进行综述，并对泛在电力物联网未来的发展和挑战进行讨论。
关键词: 泛在电力物联网; 配电网; 智能电网
0 引 言
配电网作为连接输电与用户的关键环节，其安全可靠运行对电力系统稳定以及用户体验的重要性不言而喻。随着“坚强智能电网”[1]、“能源互联网”[2]等战略部署和建设的稳步推进，配电网需要承载的功能正在发生改变。尤其是高比例分布式可再生能源集群效应凸显、电动汽车普及、异质能源系统融合、用户侧多样性用能需求增长，配电网的角色已由传统单向电能提供商向双向能量流动与高级服务转变。现行配电网存在量测覆盖率低、网架结构不灵活、配网设备规模庞大但标准化程度低、间歇性能源与可变新型负荷接纳能力不足、用户多样化需求服务能力不足等诸多问题。因此，全面提升配电网的信息化与自动化水平，实现对配网运行状态的实时感知与精细化控制，并在此基础上向用户提供多样化差异性的用能服务成为当前配电网改造升级的当务之急。
本文基于当前研究成果，对泛在电力物联网的概念、体系架构、关键技术进行梳理和综述，并分析讨论其在配电系统中的典型应用，为后续深入研究提供有益参考。
1 泛在电力物联网概念
电力系统为迄今为止世界上最复杂的人造系统。电网安全、经济、可靠运行的需求与日俱增。推进电网信息化智能化的升级已成为世界各国共识。
美国能源部发布的“Grid 2030”远景规划明确提出在电力装置等基础级集成传感器与控制装置，实现“源 － 网 － 荷”通信网络无缝连接，进而实现信息共享与互操作，全面提升电力系统的安全运行能力和资产管理、供电服务水平[3]。
我国国家电网有限公司在 2019 年 1 月 17 日明确提出建设“三型两网”世界一流能源互联网企业的战略目标，打造“枢纽型、平台型、共享型”企业，建设“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。同年 3 月 8日，该公司又专门召开泛在电力物联网建设部署会议，加快推进“三型两网、世界一流”战略落地实施，提出到 2024 年全面建成泛在电力物联网。国家电网有限公司对“泛在电力物联网”的定义: 将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务。以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。泛在电力物联网将通过泛在感知、可靠通信和高性能信息处理与高级电力应用实现电网各环节、全电压等级的“能量流、信息流、业务流”一体化融合，提升系统安全性和运行效率。
2 泛在电力物联网体系架构与功能
作为物联网技术、大数据技术、优化运行调控技术深度融合的复杂大系统，泛在电力物联网呈现出能量流、信息流与业务流交互耦合的特征，将深刻影响未来电网的运营模式，其总体体系架构分为感知层、网络层、平台层和应用层。
3 面向配用电系统的泛在电力物联网关键技术
泛在电力物联网包含了从感知、通信、信息处理到决策控制诸多关键技术。而配电网作为连接电网与用户的桥梁，相较于电力系统其他环节更具有面向社会服务的特性。按照感知层、网络层、平台层与应用层的体系结构，并结合近年来相关研究成果对泛在电力物联网关键技术进行梳理、归类和分析。
4 泛在电力物联网在配网中的典型应用
配电网作为沟通输电网与用户的桥梁，在泛在电力物联网背景下，除对传统配电网业务进行智能化升级外，还将承载大量面向用户和综合能源系统的新型业务，因此需要深入研究泛在电力物联网与配电系统的融合和典型应用场景。
4. 1 配电网运行状态在线监测与风险评估
现阶段，配电网决策过程中信息化手段和技术支撑还不完备，电力设备存在随坏随修、随检随修的现状。然而高比例间歇性能源与新型负荷的快速增长对配电网供电可靠性与供电质量的要求越来越高。
泛在电力物联网技术的应用，能够使配网系统实时感知电力设备的运行状态，评估配电网运行风险，从而及时排除故障隐患，主要表现在:(1) 在线监测手段进一步丰富。依托于健壮通
信系统，使得原先仅能通过电气量甚至人工现场判定的故障类型能够通过多种方式辨识。(2) 安全风险评估。对配电网历史运行数据进行聚类分析和挖掘，并利用机器学习等人工智能方法开展配电网运行状态实时风险评估，及时发现系统薄弱环节，提高供电可靠性。
4. 2 主动配电系统规划与综合能源协调运行
对于高度信息化、异质能源混杂的未来配电系统，现有配网规划方法将不再完全适用。 就配电系统自身而言，电网与用户间的界限逐渐模糊，除了可再生能源与电动汽车等带来的诸如潮流双向流动、节点电压与频率波动等不确定性问题凸显以外，配电通信系统的健壮性同样是未来配电系统需要考虑的问题。
5 挑战及展望
综上分析，在未来泛在电力物联网中，数据的重要性将和能量同等重。我国泛在电力物联网的实施正处于起步阶段，在配电系统中引入泛在物联网技术并开发高级应用服务仍缺乏可借鉴经验，在此梳理当前亟需深入研究的问题，为后续研究提供参考:
( 1) 对于感知层，配电系统对底层设备的监测覆盖范围仍然不足，制约了配电系统调控精细化程度。因此，亟需提升配电网通信系统的覆盖广度以及通信网络的健壮性。可以考虑通过底层传感器的选型、物联网终端的硬件开发及部署等加以改善。
( 2) 对于网络层，用户侧数据以及其他能源系统的数据如何与配电网数据实现互联共享仍存在通信技术难点与安全风险。未来泛在物联网技术引入配电系统，必须考虑到多类型通信系统的无缝连接和信息安全交互的问题。
( 3) 对于平台层，泛在电力物联网包含电网内部数据、用户侧用能数据以及其他能源系统数据，存在更新时间、数据类型、数据量、数据来源等差异特性。未来泛在电力物联网平台层的构建，必须考虑到多源异构数据的统一管理问题。可以从大数据存储策略设计、大数据跨平台迁移策略设计等方面来提升电力系统大数据管理水平。
( 4) 对于应用层，基于大数据的配电系统高级应用目前尚未真正部署实施。泛在电力物联网下，不同类型与来源的配电系统数据如何适配未来配电系统的各项高级应用仍需深入研究。通过研究数据融合技术、大数据分析挖掘技术、边缘计算技术与特定电力应用场景的适配问题来促进配电系统向泛在物联化、信息化、智能化方向过渡升级。
此外，当前电力系统与其他能源系统的信息壁垒仍然存在，诸如综合能源协同优化、能源市场交易、车联网等新兴产业尚处于理论论证阶段。总之，泛在电力物联网的建设需要社会各方的广泛共同参与，协力开展技术攻关，以促进我国能源产业升级。
6 参考文献
[1]彭小圣,邓迪元,程时杰,文劲宇,李朝晖,牛林.面向智能电网应用的电力大数据关键技术[J].中国电机工程学报,2015,35(03):503-511.
[2]张小平,李佳宁,付灏.全球能源互联网对话工业4.0[J].电网技术,2016,40(06):1607-1611.
[3]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.