能源物联网及其关键技术

能源物联网及其关键技术

郭晓艳

国网天津信通公司 天津市 300140

摘要：在能源转型的大背景下，物联网技术的不断发展使得物联网与传统行业的融合越来越密切，如“物联网+农业”催生的智慧农业、“物联网+电网”形成的智能电网、能源物联网等。物联网技术正促使能源网络迈向万物智联的新阶段，面向能源互联网快速发展，利用信息化、数字化、现代化手段为传统能源领域赋能，实现能源生产、传输、存储、交易、消费各环节设备及客户的状态全面感知、信息交互和数据共享、需求快速响应。

关键词：能源物联网；能源转型；物联网；可再生能源

引言

在全球新能源发电快速增长的背景下，近年来我国风力与光伏发电得到了迅速发展，容量急剧增加。面对分散且数量众多的风力发电机和光伏发电设备，降低设备故障发生率成为各能源集团风电、光伏场站日常运维的主要目标。然而，在新能源发电过程中，没有信息化的数据支持和科学的度量指标体系，无法准确量化资产发电效率损失水平，进而无法有效识别出提升资产发电效率的重点，也难以对生产运维体系团队进行正确的考评与有效的激励。

1物联网与能源物联网

1.1物联网

物联网一词最早由麻省理工学院的KevinAshton提出。从狭义上看，物联网即为实现物与物连接的局域网络；从广义上讲，物联网可实现人、物、系统和信息资源在任何时间和任何地点的连接，具备泛在网络的特点。物联网是通过感知设备，按照约定协议连接人、物、系统和信息资源，实现对物理世界和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务系统。

1.2能源物联网含义

能源物联网是以传感量测、边缘计算与云计算、区块链等先进技术为手段，以智能感知、智能计算、智能处理、智能决策、智能控制为目标，在能源生产、存储、配送、消费环节实现在电力、热力、燃气、新能源、电气化交通等能源领域的数据共享、高效协同、供需平衡的一种信息—物理—社会系统。

2相关标准现状

世界各主要国家、国际和地区合作机构及各国际标准组织等已在物联网、智能电网、可再生能源、电网互联以及电力信息通信等领域开展了大量的研究工作，形成了相应的标准体系或标准系列，为PIoT标准体系的研究和制定奠定了良好的基础。

2005年11月27日，国际电信联盟（ITU）在突尼斯召开信息社会峰会，发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念。随后，这一新兴的技术革命在工业发展和民生改善等领域的优势迅速突显，直接引导了产学研各界为创造一个充满活力的物联网发展环境，在理论储备、科研立项、技术创新、标准制定等方面开展了集中探索。在2018年1月召开的ITU远程通信标准化组织（ITU-T）物联网和智慧城市研究组（SG20）WP1全会上，中国信通院与中国联通共同主导的《物联网边缘计算》国际标准成功立项，这是ITU-T在物联网领域的首个边缘计算项目。另外，我国全国信息技术标准化技术委员会（ChinaNationalInformationTechnologyStandardizationNetwork）承担了“物联网标准体系建设及关键技术标准研制”国家物联网应用示范工程建设，提出了我国物联网标准体系架构，开展了47项物联网标准、16项传感网标准的研制工作；建立了射频识别（RFID）标准体系，制定了40余项国家标准、16项行业标准；发起成立了传感器网络工作组（ISO／IECJTC1／WG7），提出并立项1项国际标准。这些工作都为物联网应用示范工程的顺利实施和物联网产业的健康发展提供了有力保障。特别地，我国主导的《ISO／IEC30141物联网参考架构标准》于2018年7月被国际标准化组织（ISO）采纳，成为全球物联网发展的重要指针。

2019年5月21日，美国电气和电子工程师协会标准协会（IEEE-SA）获批出台了最新的IEEEStd2413—2019《物联网结构体系标准草案》，该草案定义了符合国际标准ISO／IEC／IEEE42010—2011的物联网体系结构框架，全面描述了全社会共同关注的输变电设备物联、智能电网物联等领域的焦点问题，不仅定义了物联网组成要素的概念基础和不同网域间的纵向关系，还对关于物联网主体结构的共性观点集进行了详细阐述，促进了技术的跨域交互，提升了系统的互操作性和功能兼容性，进一步推动了物联网市场的发展。

3能源物联网关键技术

3.1通信网络技术

通信是能源物联网中必不可少的部分，它可以互联每个设备并确保可靠的信息交换。由于能源物联网的开放性，用户可以通过各地的客户端应用程序获取系统操作数据并与机器设备进行交互。通信网络分为有线通信网络和无线通信网络。

在实际情况下，能源物联网中的信息具有分布广、分散性强的特点，传统的有线网络通信技术难以适用于大规模应用，因此能源物联网通信的主要手段是无线通信技术。其中，5G的高带宽、低时延、低功耗等优势可为能源物联网发展提供强大助力，5G可应用于万物互联、海量量测、宽带通信、高效计算等方面。此外，以NB-IoT和LoRa技术为代表的低功耗广域网络（LPWAN,lowpowerwideareanetwork）技术以其远距离、低功耗、海量接入、低运行维护成本等优点逐步在物联网领域得到应用，LPWAN在功耗、覆盖范围、接入量、传输速率等方面比广域通信网（如通用分组无线业务）更有优势，其远距离、强覆盖、海量接入等特性为能源物联网的普及应用提供了重要的网络链路保障。为构建LPWAN能源物联网云平台有效解决了多协议中间件、多源异构数据接入等问题。

3.2数据分析处理和智能决策技术

物联网以数据联网为本质核心，而能源物联网有海量的用户与设备，其量测与感知采集的数据是非常有价值的。一方面，利用海量数据使得能源行业可以充分认识自身特性，为能源行业的低碳绿色发展、提高能效、节能降耗、经济运行、系统规划等提供新的技术支撑手段；另一方面，基于深度学习、人工智能等技术分析处理数据，可以为能源系统提高生产效率，为用户提供更好的消费服务，为系统运营者提供更高效的决策支撑。但是，目前这些数据的价值还未得到充分挖掘，主要原因是数据分析智能化程度低。只有对能源生产、配送、消费各环节的数据进行多方面的深入挖掘，才能释放数据价值，实现物理互联、信息互通等目标，为各行业发展规划与决策提供重要支撑。

3.3人工智能技术

对于人工智能技术来讲，其不属于传统的5G技术。然而，5G技术的“万物互联”能为人工智能技术提供更多数据及运算资源，同样人工智能技术也能够促进5G智能化的应用与落地，两者相辅相成，也是自下而上的天然融合，故有很多文献将两类技术放在一起研究，因此，我们在本文中将人工智能技术归为5G关键技术之一。

结语

在未来，能源物联网不断发展，将释放更多的能量推动能源转型，为实现更好的绿色环境和可持续发展带来了巨大的可能性。

参考文献

[1]张晶，李彬，戴朝波.全球能源互联网标准体系研究[J].电网技术，2017，41（7）：2055-2063.

[2]冯庆东.能源物联网关键技术与发展愿景[J].能源,2018(10):25.

[3]舒印彪,薛禹胜,蔡斌,等.关于能源转型分析的评述：(一)转型要素及研究范式[J].电力系统自动化,2018,42(9):1-15.