泛在电力物联网发展前景分析，5G、云计算等数字化技术的发展为电网赋能
泛在电力物联网的架构设计包括感知层、网络层、平台层、应用层四层结构。感知层，主要是通过各类终端数据统一标准化接入，解决数据的采集问题；网络层，主要是通过广覆盖、大连接、低时延、高可靠的信息通信网络，解决数据的传输问题；
平台层，主要是通过超大规模终端统一物联管理、云计算和边缘计算协同，解决数据的管理问题；
应用层，主要是通过数据融通提供标准化数据服务，支撑各类应用的快速构建、随需迭代，解决数据的价值创造问题。
图：泛在电力物联网的数字化架构
资料来源：公开资料整理
因此从技术上看，泛在电力物联网是一系列先进数字技术在能源电力领域的应用，包括物联网、移动互联、区块链等互联技术，大数据、云计算、人工智能、边缘计算等智能技术，以及5G等通信技术。目前相较于通信、银行等产业，电力的数字化水平仍处于较为落后的阶段，处于需求爆发期。
图：不同行业的数字化水平比较
2016年我国三部委发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，文件指出在全球新一轮科技革命和产业变革中，互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合，正在推动能源互联网新技术、新模式和新业态的兴起。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。
图：互联网影响电力行业的特点
1、各类技术与电网的融合如下：
大数据与泛在电力物联网
大数据容量大、类型多、存取速度快、应用价值高，国家电网各类终端采集数据日增量超过60TB
大数据提升运营管理水平。对电网实时数据和历史数据进行深层挖掘分析，全局掌控电网运行状态和资源优化控制。提高电网经济性、安全性和可靠性。
大数据提高用户服务水平。将行业用户、供电服务、发电企业、设备厂商融合，依据数据辅助服务调度、资源配置。
大数据为政府提供决策支持。分析用户用电数据和新能源发电数据，帮助政府了解社会发展状况，产业结构，预测经济发展趋势，提供城市发展规划建议，推广电能替代和电动汽车。实现绿色、可持续发展。
电网可提供行业复工率、产能利用率、行业景气指数、城市符合热点及潮汐流动、住房空置率、行业用电量占比走势、用户用电行为等数据分析产品。
大数据支撑未来电网发展。未来电力系统电源多样性、分布区域广泛、负荷时间移动、负荷具有互动性。需要高水平的负荷预测，高密度的数据支撑。云计算与泛在电力物联网云计算指可以拿来作为服务提供使用的云计算产品。包括云主机、云空间、云开发、云测试和综合类产品等。
国网云：将国家电网公司系统内的服务器等硬件进行统一管理、维护与调配，按需索取，弹性服务。国网云不面向系统外用户，但电力用户会间接感受基于国网云带来的便捷服务。
国网云包括：生产控制云、企业管理云和公共服务云，服务生产控制、企业管理及对外服务。
物联网与泛在电力物联网物联网指通过各类传感器、射频识别、光线传感、区域定位、智能测量等感知设备、按约定协议将物体连接到互联网，实现万物的识别、定位、跟踪、监控和控制。
物联网增强电网企业内部感知能力：进一步增强电网企业对生产运营的感知度、增强企业内在活力、增强服务经济社会能力。构建低碳清洁、安全高效的能源体系。
物联网提升电网企业外部服务能力：进一步提升电网企业与外部用户的交互能力，使客户从单一使用者向能源供应和服务的参与者转变，提升客户的感知能力、交互能力和参与感。
探索变电站、充换电站、数据中心三站合一
研究新一代智能电表，推进智能家居普及率，及时响应用户需求、环境变化，提供优质服务。
移动互联网与泛在电力物联网基于移动通信和互联网技术，在手机、掌上电脑、智能终端上实现自动采集、业务服务和信息交互。
开展通信光纤网络、无线专网、电力+通信杆塔研究人工智能与泛在电力物联网与传统电网相比、能源互联网不再是源、网、荷构成的工业系统，而是开放共享的，包含社会因素和人的意愿的互联系统，具有广泛互联，平等接入的特点和互联网的特征与效应。
采用数据驱动的人工智能技术，是支撑新一代电力系统的重要手段。
泛在电力物联网带动电网公司的商业模式转型创新泛在电力物联网为国网公司的数字化转型提供基础。首先，电网公司的经营模式将从企业运营向平台运营转型，在电网提供的平台上，发电企业、电网、电力消费者和服务商聚集在同一平台，深度合作。
2、智能终端是泛在电力物联网最先落子环节
国家电网在2019年初提出，要紧紧抓住2019年到2021年这一战略突破期，通过三年攻坚，到2021年初步建成泛在电力物联网；通过三年提升，到2024年建成泛在电力物联网。
电力物联网感知层关键技术泛在电力物联网建设，在感知层需要铺设大量的传感设备（如智能电表、温度传感等），还需要其他终端产品用于实现数据采集、边缘计算和通信服务的功能。这些终端产品分别用于最后一公里通信网、客户侧数据采集、有用于线路侧数据采集、台区边缘服务、变电站数据采集、有用于末端移动服务等。
1、非介入式负荷辨识技术
非介入式负荷辨识是一种在用户电力负荷输入总线端获取负荷数据（电压、电流），并通过模式识别算法分解用户用电负荷成分，实现分项计量功能的高级量
测技术。该技术利用智能电能表的感知量测数据和本地分析处理，依托主站测的负荷模型库和人工智能、机器学习算法，完成用户用电负荷类型和用电量的量测。具备非接入式负荷便是功能的电能表在江苏、天津和浙江等地开展了小规模试点验证工作，相关运行数据已经应用于知道用户科学用电、支撑居民增值服务，电网建设运行和政府建设运行和政府宏观决策。典型的应用场景包括负荷预测、安全用电、智能家居等。
图：非介入式负荷辨识功能模块（负荷辨识专用芯）
2、随器计量技术
随器计量技术是一种面向居民用电设备应用的新型感知技术，具有电参量量测、环境参量感知和控制策略输出等功能。一般采用嵌入家用电器内部和随气计量智能插座两种技术实现方案。该技术与非介入式符合便是技术相辅相乘，一般通过定制用电设备和随器计量智能插座实现。定制用电设备是指设备自带计量模块，国内家电巨头都在做相应产品的规划和开发；而随器计量智能插座是在插座上加入计量功能。通过数据共享实现模型修正，共同实现对用户符合的精确感知，满足家用电器级的深入感知和精准控制需求，为用电设备的精准运行监测、智能控制和源网荷协同运行提供了技术方案。
图：随器计量技术应用场景（智能家电）
3、传感芯片技术应用
三相智能电能表用磁传感芯片能够实时监测环境磁场干扰、记录、上报磁场窃电事件。已经取得市场广泛认可;单相电能表用微控制器芯片已完成研发,目前处于验证测试阶段。
4、基于HPLC的用采高级应用技术基于高速电力线载波通信（HPLC）技术的深化应用主要包括:高频数据采集、停电主动上报、时钟精准管理、相位拓扑识别、台区自动识别、ID统一标识管理、档案自动同步以及通信性能检测和网络优化八大高级应用功能。这些功能支撑了多维的分布式能源接入、电动车充电桩的采集监控、台区线损精细分析、营配贯通档案校核等。
5、基于HPLC的双模通信技术
基于HPLC的双模通信技术可应用于载波通信盲点场景、无线通信盲点场景以及双模融合通信场景,并可在低压配电网最后“一公里”接入场景,实现智能家居、智慧城市、电动车充电桩远程监控计费、分布式可再生能源接入及监控、楼宇控制系统、工业配电及远程监控,利用HPLC与无线互补特性,提高接入网通信的覆盖率,提高智能电网新业务支撑能力。
6、电表智能化监测技术
电能表在长时间运行中,可能因为窃电、故障、老化或失效造成幅值和相位误差变化,或者由于长时间过电流运行造成电能表端子座温度过高而烧毁的情况。新代智能电能表设计方案中增加了误差自监测功能和端子座测温功能：通过误差自监测功能可及时发现计量异常情况并上报,形成监测时间记录与冻结;端子座测温功能通过对电能表端子座进行测温,实时感知异常现象,对现场情况进行准确报警、拉闸保护、事件记录、主动上报。
7、综合能源测量感知技术
综合能源测量感知技术充分利用用电信息采集系统、设备、通信资源，构建开放、共享的数据平台。设备感知层涵盖各种类型的能源计量表计、环境监测设备、测量感知传感器；网络通信层可支持采用HPLC、RF、蓝牙、Zigbee、WiFi、M-BUS、RS-485等各种通信技术，并构建支持面向对象通信协议，以及各类能源计量表计、测量感知设备的互联互通协议栈，实现设备的即插即用。
平台应用层可基于公有云和私有云进行构建,打破内外网边界,实现与政府、企业、用户数据的安全交互。目前已累计接入电、水、气、热“多表合一”信息采集用户533万户,建成14个国网级示范区,共享数据超过5000余万条。
8、电动车有序充电技术
国网电动汽车公司在泛在电力物联网中处于新兴业务市场化的战略前沿。充电桩作为连接电动汽车、用户和电网的数据端口，是电动汽车数据、用户数据、能源数据交互的关键枢纽，具有典型的物联网终端特征，是国家电网泛在电力物联网在用户侧的重要入口。
电动汽车有序充电是指用户通过APP提出充放电业务申请,主站按照指定的充电计划,在指定时间点给充电桩下达指令,实现对电动汽车充电启停控制和实时功率限值调节。
2019年，国网公司开展电动汽车有序充电方案设计和样机研制。截止目前，电动汽车有序充电桩已经在北京、上海、浙江等地区开展试点应用。具体为：北京33台，上海30台，杭州30台，宁波30台。
9、电力互感器在线监测技术
互感器又称为仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的统称。能将高电压变成低电压、大电流变成小电流，用于量测或保护系统。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。电力互感器在线监测装置根据电力互感器运行误差评价方法及模型,规范电力互感器的型式评价、现场检定及运行管理模式，提高电力互感器的检验、运维、管理水平，直接服务电能贸易结算，开展精细化线损分析。
