泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施,旨在通過(guò)深度融合信息通信技術(shù)與電力系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)各環(huán)節(jié)的全面感知、實(shí)時(shí)分析和智能控制。其中,感知層作為物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”,負(fù)責(zé)采集和獲取物理世界的數(shù)據(jù),是保障整個(gè)系統(tǒng)高效、可靠、安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。因此,對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)感知關(guān)鍵技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)具有極其重要的戰(zhàn)略意義。
一、感知技術(shù)的內(nèi)涵與挑戰(zhàn)
電力物聯(lián)網(wǎng)的感知,是指利用各類傳感器、智能終端、嵌入式系統(tǒng)等,對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)(如變壓器油溫、線路弧垂、開(kāi)關(guān)位置)、電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)(如電壓、電流、功率、頻率)、用電負(fù)荷信息以及環(huán)境因素(如氣象、地質(zhì)災(zāi)害)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)與采集。與傳統(tǒng)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)相比,泛在感知面臨著更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):
- 環(huán)境復(fù)雜多樣:設(shè)備部署環(huán)境涵蓋高壓、強(qiáng)電磁干擾的變電站、空間狹小的配電臺(tái)區(qū)、人跡罕至的輸電走廊等,對(duì)傳感器的耐候性、抗干擾能力和微型化提出極高要求。
- 數(shù)據(jù)海量異構(gòu):感知對(duì)象多元,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在類型(狀態(tài)量、模擬量、圖像、視頻)、頻率和格式上差異巨大,對(duì)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和融合技術(shù)構(gòu)成挑戰(zhàn)。
- 供電與通信約束:大量感知節(jié)點(diǎn)位于野外或不易取電位置,依賴電池或能量收集技術(shù),要求超低功耗設(shè)計(jì)。通信需兼顧覆蓋范圍、實(shí)時(shí)性、可靠性與成本。
- 安全與可靠性:感知數(shù)據(jù)是電網(wǎng)控制與決策的依據(jù),必須保障其真實(shí)性、完整性和保密性,防止惡意攻擊與數(shù)據(jù)篡改。
二、核心關(guān)鍵技術(shù)研究
圍繞上述挑戰(zhàn),當(dāng)前的研究與開(kāi)發(fā)主要聚焦于以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方向:
- 新型智能傳感技術(shù):
- 微型化與集成化傳感器:研究基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))、光纖傳感、聲表面波等技術(shù)的微型傳感器,實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、局放等參數(shù)的小型化、低功耗、嵌入式監(jiān)測(cè)。
- 無(wú)源/自供能傳感技術(shù):開(kāi)發(fā)基于射頻能量采集、振動(dòng)能量收集、溫差發(fā)電等環(huán)境能量收集技術(shù)的傳感器,解決偏遠(yuǎn)地區(qū)節(jié)點(diǎn)的供電難題,實(shí)現(xiàn)“免維護(hù)”感知。
- 非侵入式感知技術(shù):利用無(wú)線射頻、超聲波、紅外成像等技術(shù),在不接觸或不影響設(shè)備正常運(yùn)行的前提下,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)和電氣參數(shù)的感知,提升安全性與便捷性。
- 低功耗廣域通信與組網(wǎng)技術(shù):
- 針對(duì)海量分布式感知節(jié)點(diǎn),深入研究并優(yōu)化適用于電力場(chǎng)景的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù),如HPLC(高速電力線載波)、RF(無(wú)線射頻)、LoRa、NB-IoT及其混合組網(wǎng)方案。重點(diǎn)解決在復(fù)雜電磁環(huán)境下的通信可靠性、實(shí)時(shí)性、抗干擾能力及網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈合問(wèn)題。
- 邊緣智能與協(xié)同感知技術(shù):
- 為減輕云端負(fù)荷、降低傳輸延遲、提升響應(yīng)速度,在感知層或靠近感知層的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)引入邊緣計(jì)算能力。研究輕量級(jí)AI算法、嵌入式AI芯片在終端設(shè)備上的部署,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在邊緣側(cè)的本地預(yù)處理、特征提取、異常檢測(cè)甚至初步分析決策,實(shí)現(xiàn)“感算一體”。研究多節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同感知與信息融合技術(shù),提升對(duì)復(fù)雜事件(如故障定位)的聯(lián)合判斷精度。
- 感知數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)技術(shù):
- 構(gòu)建涵蓋感知層的數(shù)據(jù)安全體系。研究適用于資源受限感知節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密算法、認(rèn)證協(xié)議和安全啟動(dòng)機(jī)制。利用區(qū)塊鏈等技術(shù)實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的防篡改、可追溯。在用戶側(cè)用電信息采集等場(chǎng)景,需研究數(shù)據(jù)脫敏、差分隱私等技術(shù),保護(hù)用戶隱私。
- 標(biāo)準(zhǔn)化與即插即用技術(shù):
- 推動(dòng)感知設(shè)備接口、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化,是實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)互通、降低集成成本的關(guān)鍵。研究感知節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、身份認(rèn)證、配置管理和即插即用技術(shù),提升網(wǎng)絡(luò)部署與運(yùn)維的自動(dòng)化水平。
三、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與展望
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)將朝著以下方向發(fā)展:
- 智能化與集成化:感知終端將集成更強(qiáng)大的處理能力和多種傳感單元,從單一參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)融合感知、自主智能判斷演進(jìn)。
- 空天地一體化感知:結(jié)合衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)巡檢、地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò),構(gòu)建立體化、全覆蓋的感知體系,實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)施和運(yùn)行環(huán)境的全景監(jiān)控。
- 數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)感知:與電網(wǎng)數(shù)字孿生模型深度結(jié)合,感知數(shù)據(jù)不僅用于反映現(xiàn)狀,更能通過(guò)模型預(yù)測(cè)設(shè)備健康狀態(tài)和電網(wǎng)運(yùn)行趨勢(shì),實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)監(jiān)測(cè)到主動(dòng)預(yù)警的轉(zhuǎn)變。
- 新材料與新原理傳感:探索基于新型敏感材料(如石墨烯、柔性材料)和新型物理原理的傳感器,開(kāi)拓更豐富的感知維度,提升感知性能。
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感知關(guān)鍵技術(shù)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石。持續(xù)深化在智能傳感、低功耗通信、邊緣智能、數(shù)據(jù)安全等領(lǐng)域的研發(fā),攻克技術(shù)瓶頸,推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一與產(chǎn)業(yè)協(xié)同,對(duì)于構(gòu)建狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活的泛在電力物聯(lián)網(wǎng),支撐能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn),具有至關(guān)重要的作用。