ELECTRONICS WORLD・技术交流在信息及通信技术高速发展的背景下，电力生产和消费变革带来的可再生能源、分布式能源、电动汽车和储能等新问题的推动下，泛在系统架构和物联网得到蓬勃发展。传统的能源供应系统将演变到基于互联网上的优化能源的交互式发南展上，使该系统具有在能原应用中各种场京泛景下的广泛应用。目前，中国现有的电力国在云“发、输、变、配、用”系统已经实现了电电电力生产和关键数据的有效连接，但是，力力有物现有的数据连接不会收集或分析大规模用限联户端数据、电力系统状态数据和新的智能公网能源技术及其新的业务数据，而互联网技司
体术的应用可实现各种电力系统的大规模韩 数据间连接。因此，创建和发展能源互贤系联网与电力生产的有效连接，创新一种俊架构新模式是当前热点话题。
及实1.泛在电力物联网基本概念
施“泛”是能源互联网中的演变形态，方“泛在”即为“无时无刻，广泛存在”，它案
将物联网的传统概念扩展为两个维度：数据源和数据类型。无所不在的物联网将物联网数据源从电网侧部署到发电端和电力用户，广泛分布终端监测节点，并比较温度和湿度等环境数据，将环境数据与电能市场交易数据一起进行汇总利用。泛在电力物联网收集各种类型的生产数据，和发电、输电、用电等环节的共享数据，一并集成在所有环境图1 泛在电力物联网基本架构• 148 •
内部和外部的智能能源生态系统中。泛在电力物联网可以定义如下：使用现代流行的信息技术和先进的通信技术，有效连接到电力生产和消费环节中的人或物，通过电网的生产和运营，充分了解和感知公司的管理和数据流，以服务于外部客户和商业流程，实现万物互通，有效的信息处理和实用灵活应用的智慧电力服务系统。
2.泛在电力物联网体系架构
泛在电力物联网是用于电网的工业级物联网（IoT）。该架构包括感知延伸层、边缘计算层、网络传输层和平台应用层四层（见图1）。2.1 感知延伸层
随着工业集成芯片技术的提升以及传感器技术的普及，电力物联的终端认知水平越来越高。感知延伸层就是由末端状态感知和执行控制终端组成。传感器和芯片技术用于提供基本数据，例如电力系统运行数据，用户能源消耗数据，能源交易数据和外部环境数据等。当监控设备通过因特网下载监控数据时，设备的末端执行单元，用于调度，检测操作命令，还可以获得接收的操作命令信息，并实现终端的自动应答。2.2 边缘计算层
边缘计算层是通过分布式传感器，智能设备及终端以及网络边缘处检测端节点附近的其他设备构成。设备间使用短距离通信方式连接，例如：传感器网络，红外线，现场总线等。在计算层的边缘，处理和分析捕获的数据，并且将关键数据上载到云平台以进行集中处理。边缘计算通过在泛在物联网中进行配置，并由具有分布式计算功能的物联网智能网关执行，同时，智能终端也可以执行边界计算的任务。2.3 网络传输层
网络传输层是感知延伸层，平台应用层之间的通信通道，可以无延迟地传输和识别信息数据，其具有高可靠性和高安全性，提供更广泛的互连功能。网络传输层由局域通信网络传输和广域通信网络传输两部分组成，局域通信网络传输，使用局域网通信技术，在大量检测节点和外围计算节点之间灵活地实现沟通；广域通信网络使用大规模广域网通信技术（如移动网络，卫星通信和电力LTE无线网络）在外围计算节点和泛在物联网云平台之间，通过多种通信手段，提供传输可靠性高，延迟低的网络传输，保证良好的沟通。2.4 平台应用层
平台应用层是基于统一数据及管理中心和一体化云平台基础上，由各种应用云平台构成，是数据集成、处理和应用程序开发平台。平台应用层使用云计算，大数据和人工智能等先进技术，并能根据业务需求构建业务应用平台，用于集成、分析和管理数据。例如：基于云的系统运行管理平台，云集成综合能源服务平台，企业管理和经营管理子平台等云平台，支持智能能源管理和分布式能源交易的服务平台等，通过海量数据及应用技术实现在线业务。另外，能源公司，用户和其他企业可以通过物联网的云交换数据并进行业务交互。ELECTRONICS WORLD・技术交流3.泛在电力物联网实施方案
3.1 实施总体框架
泛在电力物联网是一个将外部业务流、能源流集成为内部数据流和服务的平台，用于内部能源系统的能源互联网企业的能源生产、企业运营及管理等业务和外部能源客户、供应商、行业组织等的综合能源服务、大数据运营、能源金融、虚拟电厂等业务。实施计划应考虑到发电，输电，变电，配电、用电、经营等维度业务场景的要求，例如公司对现有能源系统的业务支持和新业务开发。因此，泛在电力物联网云平台可以分为四个子平台：系统运行管理平台，综合能源服务平台，能源交易服务平台和企业管理经营平台。如图2所示，系统运行管理云平台监控网络状况，实现最佳规划，智能运营和维护，以及配合发电、输电、变电和配电等主要领域的应用。综合能源服务平台可以收集和分析电力用户用电信息，通过能源交易服务平台分析和实施智能能源管理，提供基于市场的的决策服务，并分析电力行业发展的前景。企业管理经营平台使用用电设备信息收集的数据，来支持用能企业的物资、财务、技术、人员等业务管理。图2 泛在电力物联网实施总体框架目前，经过十几年智能电网的建设，电网已经完成了智能网络的配置，实现了连接到主节点的数据采集，实现了电力物联。因此，构建泛在电力物联网，利用大量的感知终端收集整个网络各种信息，实现对电力系统所有信息的全面监控，为电力系统的发展提供需求，为电力生产提供信息，为用户收集信息，电力系统的运行信息进行管理，解决电力系统障碍。下面，重点介绍泛在电力物联网云平台中的系统运行管理云平台和综合能源服务云平台的实施方案。3.2 系统运行管理云平台
随着能源改革的不断深入和推动，随机、不稳定性的可再生新能源（如风能和光伏等）的出现和大量接入，保证电力系统安全稳定运行是摆在我们面前的一大挑战。目前，业内正在通过不断提高监测的全面覆盖以及精准预测的能力，来解决在发电、输电、变电和配电四个重要的业务场景中出现的以上问题。如实时监测环境、气象等数据需要使用风速仪、风向仪、热量仪和光传感器等传感设备，通过对这些设备采集的数据，进行智能学习与分析来实现精准预测新能源的出力情况。与此同时，通过对智能电网本身准确实时监测及计算，形成动态在线能源流计算对网络信息的实时分析，从而做出对整个系统安全评估及能源消耗预测，实现可再生能源供应系统智能协同合作的定量估算和管理。监测手段除了传感设备以外，还有无人机、机器人等智能设备。通过对电力系统安全性、经济性要求，以及发、输、变、配系统的智能运行和维护要求，站点和网络，系统的智能自动运维，也是建设实施方向。泛在电力物联网可以通过应用复杂数据运算结果来捕获和监控系统故障，快速显示错误警告，从而智能地诊断故障原因及定位故障点，通过智能优化模型算法创建修复计划。找出的故障点信息与网络拓扑信息相结合，可以快速切换备用网络或设备，为识别错误并执行自动修复赢得时间，以减少经济损失。3.3 综合能源服务云平台
用电信息采集及分析，是泛在电力物联网建设的第一阶段。通过智能终端（如智能电表、智能监测仪、智能传感器等）收集用户的用电量、电能质量、环境、气象等信息，以分析用户生产、生活等用电行为，并通过用电行为特征，分析能源消耗，进行能效评估等应用。用户可以通过移动应用实时了解能源使用情况和能效，从而根据各种策略，进行科学的用能管理。在广泛用电信息采集的基础上，第二阶段进行需求响应，电动汽车和基于能源信息研究的综合区域能源管理实施。
需求响应是基于大数据分析技术，根据用户习惯和对电价敏感度，结合市场价格信号分析能耗特征，并根据用户对电力市场化交易等敏感程度，智能地将用户的能源需求与优化算法相结合，制定能源优化策略，并根据优化策略，使用在用户侧安装好的智能终端进行自动响应，需求响应可以有效节省用户的能源消耗成本，缓解能源供给不足的矛盾。需求响应功能的实施，也为制定需求响应奖励提供支撑。
综合能源服务云平台通过在电动汽车、电池、充电站、充电桩、储电装置中加装计量装置、传感器及RFID设备，可以实时检测系统运行情况，感知车辆及电池的运动、使用等状态，获取充电站、充电桩位置、营业状态，记录开始充电时间与预计时长。云平台针对以上信息，结合电价，道路交通状况，为车主指定最优充电方案及调度方案，为充电站提供合理收费策略。基于能源信息研究的综合区域能源管理通过对分布式电源和储能装
置的集成能源管理，结合物联网技术，网络及分布式计算技术，收集用户用电信息，分布式电源发电信息，储能设备存储及放电信息，以快速制定综合区域能源系统的最佳调度方案，确保区域内能源系统中多种能源互补，以及与区域外大型电力网络系统之间的协调运转。
4.结语
本文分析了在电力生产和关键数据的有效连接的基础上，应用物联网、人工智能、大数据、移动互联网、云计算平台等技术，收集和分析用户侧与发电侧的能源和数据资源，实现功能强大，无处不在的互联网设备连接、云协作、云服务、云平台及数据共享等相关功能。文中首先阐述了泛在电力物联网的概念及其体系架构，通过对感知层、计算层、网络层、平台层等核心架构的综合分析与研究，结合电力能源业务与新能源的发展，从功能设计模块和建设阶段两个方面提出了在电力系统中引入泛在电力物联网的实施建议和措施。泛在电力物联网的实施，可以连接电力系统内外部及产业资源需求，打造“源网荷储”能源互联网平台，推进“互联网+”业务发展新业态。作者简介：韩贤俊（1978—），男，工程师，工学学士、经济学学士，近20年的电力行业信息技术从业经验，研究方向为信息技术在电力系统中的应用、泛在电力物联网、电力市场需求响应等。
• 149 •