泛在电力物联网实施策略研究王秀青

王秀青尹志成闫丽娟

（国网朔州供电公司山西朔州036000）

摘要：随着交直流输电规模的迅速扩大，分布式发电设备接入类型与数量快速增加，导致电网复杂程度不断提升，对传统电网形态提出了挑战。另一方面人工智能技术的发展也对电网功能和运行方式提出新的要求。因此，结合泛在物联技术将现有电力系统建设成泛在电力物联网是未来电力能源体系的发展趋势，也是当前阶段国家电网最紧迫、最重要的任务。

关键词：电力；物联网；实施策略

1智能电网

智能电网以物理电网为基础（中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架，各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础），将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性和经济性，满足环保约束，保证电能质量，适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。智能电网贯穿发、输、配、用全过程，建设智能电网，需要电力系统各领域的积极合作。智能电网主要具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特性。智能电网主要体现在：1）科学经济的配网规划；2）自适应的故障处理能力；3）迅速的故障反应；4）可靠的电力供给；5）更高的电能质量；6）可靠经济的设备管理；7）支持分布式能源和储能元件；8）与用户的更多交互；9）允许用户向电网提供多余的电力；10）根据用户的信用控制电力的供给。

2泛在电力物联网的特点

2.1信息感知全面、组网快速灵活

泛在电力物联网中的传感器可以十分方便地根据电力行业的具体应用需求部署在电力系统的各个角落或直接封装于电力设备内部，实现无处不在的全面感知。随着无线通信技术的不断进步与发展，无线传感设备甚至无须架设固定的网络基础设施即可进行灵活部署，并通过自组织协作的方式迅速建立通信连接、快速组网，从而实现对电力系统中各个关键环节、部件及周围环境状态信息的实时感知、采集和处理。这对于涉及范围广泛、结构错综复杂的电力系统来说尤为重要。例如：将传感器部署于处于恶劣环境、可进入性差的海上风电场中对风电机组进行状态监控，可以大幅度降低风电机组的故障率，提高风电场的经济效益。

2.2拓扑变化频繁、具有自愈能力

泛在电力物联网网络拓扑变化频繁主要有3个方面的原因：一是为了满足实际需要，追加部署新的传感设备或调整传感器的位置；二是为了节约传感设备的能量，各个传感设备在工作状态和休眠状态之间切换；三是有些传感设备因环境影响或硬件损坏等原因失效而退出网络拓扑连接。泛在电力物联网网络拓扑结构的频繁变化要求所部署的传感设备具有较强的自愈能力，即能够实时获得周围传感设备状态变化的信息（如新的传感设备加入、转为休眠状态或失效等信息），以便及时调整自身的信息感知范围消除覆盖盲区或调整通信距离重新建立通信链路。电力系统结构复杂，有些应用环境甚至十分恶劣，因此必须考虑增强传感设备的自组织能力，以减少失效传感设备的修复或更换对电网运行监控带来的不利影响。有些情况下还需要通过部署冗余传感设备来提高调度监控的可靠性。

3泛在电力物联网实施策略

3.1电动汽车的充放电控制

电动汽车（EV）是一种非常特殊的负荷，因为电动汽车不仅可以作为负载，还可以作为发电机，对应充电（G2V）和放电（V2G）模式。适用条件如下：1）电动汽车属于可控负荷，对其充电进行控制可以达到在时间上移动负荷，调整负荷曲线和响应新能源发电的目的。对于允许充电控制的汽车，给予电价优惠。2）使用上达不到最佳充放电周期的电动汽车或者长时间闲置不用时，也会减少电池的使用寿命，适当的V2G有助于维护电池的寿命，同时车主可以获得收益。但是频繁的V2G模式会降低电池寿命，技术和经济上都是不可行的。3）在紧急情况下，电动汽车可以作为分布式储能，保证就近的1级负荷供电，车主可以获得应急支援的高额补偿。因此，对电动汽车进行聚类分析，分类适当使用，将给电力系统和车主带来双赢。汽车的无线通信和网络功能已经成熟并得到广泛应用，基本具备控制条件。

3.2风险防范

1）泛在电力物联必须保证电力系统的安全稳定运行和对用户的安全可靠供电，尤其是网络安全风险的防范。泛在电力物联网是信息物理系统（CPS），但其职能是在实现能源转型目标的过程中提供安全可靠的电能。泛在电力物联的同时必须考虑安全防范措施，做到安全措施与泛在电力物联同时设计、同时施工、同时投入运行。2）提高效率和使用方便是泛在电力物联网获得社会认可和积极使用的基础。泛在电力物联应该为用户带来便利。不是根据实际需要的大规模建设和不成熟技术的广泛推广，都可能造成巨大的浪费。

3.3风电水电协同运行

风力发电等随机性可再生能源的接纳是当前电力系统面临的基本问题。风电的随机性导致部分时间系统内功率过剩，风电场被迫关机或降低出力；而在其他时间系统有功功率不足，频率降低或需要增加备用容量。风电场具有能量输出，水电厂具有容量保证，风电和水电具有互补性。在保证系统安全运行条件下，考虑水电厂的水能储备和风电场功率预测，根据风电场实时输出功率，发挥水电机组的快速调节作用，目标是保证协同运行的水电厂和风电场向电力系统提供的有功功率之和按计划输出。从而将随机电源转化成能够保证输出功率的按计划发电的电源，降低了含随机电源的电力系统调度和运行的难度，减少了弃风。这种运行方式叫做风电和水电的协同运行（coordinatedhydroandwindpowergeneration，CHWG）。风电水电协同运行机理及控制方法的理论研究，对揭示电力系统中随机电源的独立控制规律具有重要意义，为解决大规模风电并网运行提供了新的思路。

3.4网络安全与可靠性技术

物联网的安全和隐私应满足保密、授权、认证、可用性和完整性等基本标准。关于安全问题，当前的重点是开发机器对机器（machinetomachine，M2M）网络协议，而不是将现有的通用网络通信直接应用于泛在电力物联网复杂的通信环境中。针对隐私问题，在传感器设备的分布式网络中，采集的数据必须通过固定或移动通信进行中继。在整个无线通信场景中，即数据在传感器设备中、在存储通信过程中以及在服务终端处理过程中，都必须保留隐私。通过分析和研究电力物联网特征及感知层、网络层和应用层各个层次面临的安全威胁和攻击模式，提出了相应的安全防护措施，给出了电力物联网安全防护架构及其体系。重点从一般安全威胁和特有安全威胁这2个方面对电力物联网所面临的安全风险做了描述，并从加密技术、认证技术、入侵检测与保护技术这几个方面提出了电力物联网的安全防护技术。从电力物联网的安全需求出发，结合窄带物联网（narrowbandinternetofthings，NB-IoT）在组网特征和信息传输方面的特点，提出了基于NB-IoT的电力物联网安全防护体系架构和设计原则。则针对物联网在智能家居中的具体应用环境，对智能家居自动化系统中的物联网设备和软件的隐私与网络安全风险问题进行了分析，提出了采用基于聚合的数据隐私保护协议来保护物联网传感器数据的方法，并指出了探测技术在对抗物联网络攻击方面的应用前景。

结论

建设泛在电力物联网是实现能源转型目标的必要手段，发展风电和光电是实现能源转型的基础，减少弃风弃光是泛在电力物联网的一项主要任务。常规发电厂与新能源发电厂的协同运行可以减少弃风弃光，提高新能源利用率。

参考文献：

[1]周孝信，陈树勇，鲁宗相，等．能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]．中国电机工程学报，2018，38（7）：1893-1904，2205．

[2]周孝信，陈树勇，鲁宗相．电网和电网技术发展的回顾与展望[J]．中国电机工程学报，2016，33（22）：1-11，22.