UPIoT探索|“泛在电力物联网探索”专栏序言

自国家电网公司3月8日召开泛在电力物联网（Ubiquitous Power Internet of Things，本文简称为UPIoT）建设动员会之后，引起业内广泛关注。从全球角度来看，中国将进一步引领新一轮电网以及相关信息化投资。由于西方发达国家的电力工业属于“夕阳产业”，电网在部分硬件设备方面目前相对于中国电网比较落后。电力物联网在欧美国家也未成为建设重点。在欧洲有一些与泛在电力物联网相似的构想，但目前仅仅是示范性的项目，只是在电网的基础上再加上一层ICT（信息通信技术）网络，以实现可再生能源与负荷、储能的互动以及其他功能。

泛在电力物联网的建设是一项艰巨任务和宏伟工程，涉及技术、体制、商业模式等方方面面，而且属于电力系统、信息通信和经济管理的跨专业问题，难度比较大。从本文起，“博慎能源智库”（UPThinkTank）微信公众号将开设“泛在电力物联网探索”（“UPIoT探索”）专栏，除本团队外，还邀请国内外专家对此问题进行系统探讨。

在能源互联网概念热起来之前，有一个智能电网（Smart Grid）的概念，11月13日我写了一篇短文（ 能源互联网——能源电力领域的共享经济模式 ）。我提出，实现能源互联网的关键是，在现有的可再生能源发电与智能电网技术的基础上，进一步建立物理互联、信息互联与商业互联。

现有基础技术包括可再生能源发电和智能电网技术。未来的电网（能源）网的发展趋势，我认为是加强三个互联：首先是加强物理互联，即在现有电网的基础上，实现多种能源形式（电、冷、热、气等）的互联和综合利用，这就是我们说的综合能源系统；第二个是加强信息互联，也就是基于更先进的信息通信技术实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信，物联网就属于信息互联的一部分；第三个是加强商业互联，就是建立市场机制以及更高层次的共享经济模式。

在2017年、2018年的中国智能电网学术研讨会上，我又两次提出了这三个互联以及更具体的实施方案和前沿问题，就是关于怎样建立多能互补综合能源系统、能源物联网技术的具体内涵，以及我国当前电力体制改革的进展（参见： 能源互联网的若干关键问题 ， 复杂电力（能源）系统的 分布式感知与协同估计 ）。当时称为“电力泛在物联网”，与现在国家电网公司叫做“泛在电力物联网”，只有两个词的顺序不一样。2018年9月我在《电力系统保护与控制》上发表论文，进一步介绍了相关的基础理论及前沿问题（ 复杂电力(能源)系统的分布式感知与协同估计/检测研究综述 ）。

从能源互联网的设想过渡到泛在电力物联网的具体方案应该是一个比较自然的阶段，即建立能源互联网信息互联的基础。

“泛在”就是无处不在。其实电网本身就是一个泛在网，它的“泛在”体现在电能上，因为家家户户都要用电，已经遍布全社会各个角落。但是电网的“泛在”仅体现在电能上，没有体现到数据方面或者是信息方面。泛在电力物理网也要实现信息和数据的“泛在”，我们现在看到的国家电网公司泛在电力物联网发展纲要是一个很宏大的计划，涉及整个系统。

介绍这个之前，先说一下物联网（Internet of Things，缩写为IoT）的概念。它核心概念实际上是实现基础数据连接的下沉。在此之前，很多数据连接的“最后一公里”问题没有解决，物联网就是解决这个问题。比如说摩拜单车、OFO的智能锁实际上就是物联网的概念。它是一个小数据，实现低成本、低功耗、低速率、低频次、广覆盖场景。海量小数据智能连接就能实现泛在感知。

现在物联网有两类主流技术：一类是非授权频谱的技术，这个以中兴主推的LoRa技术为代表，它是自己有基站和有终端，不需要运营商的网络；第二个是授权频谱的技术，就是蜂窝物联网，例如华为主推的以NB-IoT为代表的技术。非频谱技术是没有人管的，容易受干扰。而授权频谱是被管理的，是要国家无线电监测中心授权的，受干扰比较小，实际上是过去的2G、3G、4G演进过来的。最后理论上是5G一统天下。

电力物联网包括感知层、网络层、平台层、应用层。感知层是各类的传感器，电表也属于感知层。对于感知层的数据要到网络层其实有两个步骤，最核心的是从感知层终端通信模组到物联网基站，这一块就是通过狭义的物联网技术解决。终端要求功耗小，因为希望不要经常更换电池，但同时又需要传输的距离比较远，这两方面存在一定的矛盾，这个问题需要通过一些先进的技术来解决。基站收集到数据以后，回传到平台系统。因此网络层其实包括两个部分，一个是从终端通信模组到基站，即狭义物联网的核心技术；第二个就是从模组到后台信息系统，属于常规的网络技术，这两个部分都属于物联网的网络层。

2015年是新一轮电改元年，中共中央、国务院联合下发了9号文（2015年3月15号）。新电改的核心思想是“管住中间，放开两头”，实际上是让供需两侧直接见面，电网就变成通道、高速公路的角色。

因为中共中央9号文要求“管住中间，放开两头”，其实就是把电网变成通道，实现供需两侧的自主选择。电网存在“管道化”的风险，国网需要利用公司的电网基础设施和独特的数据资源优势大力培育先进的业务，在新的更高层次形成核心的竞争力。对内，国网要实现数据一个源，电网一张图，业务一条线。对外要广泛连接上下游资源，打造能源互联网的生态圈。

泛在电力物联网将收集海量的数据，由于可再生能源的接入，电力市场化改革，还有能源互联网或者是“互联网+智慧能源”的背景，产生了大量的数据。这些数据实际上是有巨大价值的，但目前没有利用起来，而且它确实是泛在的，因为涉及到家家户户。

这有几类的数据，涉及居民家庭、各种建筑、农工商企业、公共基础设施的数据。比如说居民家庭小数据有各种家用电器，用户电箱及各种型号开关，还有家庭用户内部的线路，还有一些表计等。工厂车间小数据有电动机械和工具、电动设备，还有电气的一些检测、智能管道等。另外还有建筑的小数据，比如说各类的中央空调、消防设施、电梯；另外城市基础设施也有一些小数据，比如说公共汽车、地铁、燃气、通信、交通信号灯等。

以上属于对外业务，对于电力系统本身来说，在发电环节和输变配电各个环节也有一些小数据，比如说环境数据，比如温湿度、盐碱度、设备状态数据（比如设备的温度等）。还有一些附属设施的数据，比如电缆隧道的环境数据，安全防范数据，还有电气建筑物状态数据。还有一些电气设施的微气象数据，比如风速、温速度、降水等。

电力系统是世界上最庞大的工程系统，本身由许许多多的设备组成，每个设备从出厂一直到报废，这种全寿命周期都可以用实物ID 来管理。基于物联网技术才能实现电网设备全寿命周期的供应链管理，这也是物联网存在的价值之一。

国家电网提出泛在电力物联网两个阶段的目标，一个是2019年到2021年，战略突破期，经过这3年的时间初步建成泛在电力物联网；再通过3年提升，到2024年建成泛在电力物联网。建设内容包括对内业务、对外业务、数据共享、基础支撑、技术攻关和安全防护6个方面、11个重点方向，创新商业模式、提高客户服务体验。实现全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新，需要把没有连接的设备和客户连接起来，把没有贯通的业务贯通起来，没有共享的数据共享起来，形成跨专业数据共享的生态，并且把过去没有用好的数据价值挖掘起来。

对内业务就是提升客户服务的水平，提升企业经营绩效，提升电网安全经济水平，实现清洁能源的消纳。举个例子，比如电动汽车接入，可能要到不同的部门跑不同的业务，以后物联网实现以后，他只要申请一次所有环节就打通了。对外的业务，第一个是打造智慧能源综合服务平台，第二个是培育发展新业务，第三个是构建能源生态体系。另外，还将实现数据共享和基础支撑，开展技术攻关（包括芯片研发），提升网络安全。所以泛在电力物联网是一个很大的产业链，所以应该说是各个投资方面都会带来很多的机会。

在对外业务方面，有了物联网数据以后，以数据为中心就可以建立一些服务。例如，现在基于合同能源管理的节能服务，目前采用的管理系统是个比较笨的黑盒子，在电力（能源）需求数据的基础上就可以对节能服务进一步优化，第三方也可以获得更多的利润。泛在电力物联网是一个基础平台，数据收集起来以后，可以存储在公共的云平台里面，在这个基础上可以开展多种创新性的增值服务，比如智能配电、智能用电、智慧园区，以及其他的综合能源的服务，并和用户建立友好的互动。更高层次的应用包括互联网金融、大数据运营、大数据征信、光伏云网、线上供应链金融、虚拟电厂、基于区块链的新型能源服务、智能制造，甚至还可以做一些芯片。

泛在电力物联网是属于基础设施，我认为一开始是国网自己来投资，后面在这个基础上可以开展一些增值服务。

物联网架构一个是前端智能的感知层终端到通信模组，通信模组到基站，这部分就是物联网无线通信核心技术。基站收集数据后，可以上传到云服务器平台，这可以通过传统的运营商3G、4G网络，也可以通过电力有线/无线专网，在这个平台的基础上可以建立各种各样的业务应用，这就是从感知层到网络层、到平台层、最终到应用层的完整环节。

物联网是一步一步发展起来的，当前泛在电力物联网还处在初步布局的阶段，所以一开始重点应该还是在感知层和网络层这两层的发展，因为这两层的基础建好以后，后面才可以建平台层，慢慢到后面才到应用层。一开始是国家电网公司的投入阶段，它有足够的资金来做感知层和网络层，所以说我认为一开始投资应该是在这个方面。

在泛在电力物联网早期建设，目前市场上从事物联网设备研发的制造企业可能会有很多的机遇，比如模组、终端，物联网设备一开始由国网投资，应该对这些企业是有利的。

除了现在配电终端，包括用电信息采集、智能电表等，未来为了实现泛在电力物联网，还需要新增一些设备和装置，比如各式各样的传感器。从电力设备的角度，包括测温、电气设施环境监测等；从用户侧，包括智能电表、智能电器、智能充电桩、漏电监测装置等，以及能效管理、智能建筑、智能消防设施等；物联网功能实现所需要的各式各样不同的传感器是由不同的厂家研发、生产的。

从产业受益先后顺序看，物联网发展有内在的逻辑顺序，没有感知层和网络层就没有办法做其他的东西，所以在物联网发展早期，感知层和网络层是关键，这两层的架构如果基本完善以后，平台层肯定是关键的。平台层的功能第一是进行物联网本身的网络管理（包括物联网操作系统等），第二是提供对外的应用接口，也属于基础设施。但最后要产生价值还是要到应用层，所以说它是有一定的逻辑顺序，一步一步发展的。