基于泛在电力物联网技术的智慧城市建设研究
时间：2023-05-28 09:20:30 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
高 波，李兆泽，王兵锐，郗纪开，王希平，左仲善，李文才*
（1.河北水利电力学院，河北 沧州 061001；
2.河北省高校水利自动化与信息化应用技术研发中心，河北 沧州 061001；
3.河北省高校交通基础设施数智化应用技术研发中心，河北 沧州 061001；
4.内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014010）
面对社会可持续发展要求，我国多个城市践行绿色低碳循环发展模式，主动加入双智、双碳智慧城市建设队列。沧州市能源消费结构近年来呈现出了清洁能源取代部分化石能源的发展趋势，取得了十分显著的绿色、低碳和节能发展化发展效益。因此，沧州市的智慧城市建设需要以泛在电力物联网技术为支撑，进而实现智慧社区、智慧园区及智慧城市安全建设的目标。
1.1 泛在电力物联网是智慧城市建设的重要技术
智慧城市建设中，泛在电力物联网是重要的结构组成，智慧城市所涵盖的公共服务领域众多，涉及能源、交通及行政等多个方面，除了需要坚强智能电网以外，同时还需要结合应用泛在电力物联网进而实现智慧城市的科学构建。
1.2 泛在电力物联网是智慧城市建设的物质基础
物质基础支持是智慧城市建设必不可少的条件之一。而泛在电力物联网便是这一重要的物质条件。泛在电力物联网涵盖4个层次，一是感知层，二是网络层，三是平台层，四是应用层，每一个网络层次均与智慧城市能源服务相对应，是各项服务的承载主体。
1.3 泛在电力物联网是智慧城市建设的关键枢纽平台
智慧城市构建中，还需要以泛在电力物联网作为关键枢纽平台。其可与坚强智能电网相结合，建立1个能源整合利用及信息共享的平台，从而为智慧城市的感知能力增强、资源共享水平强化及应用能力提升提供有力支持。
在能源领域结合应用物联网是泛在电力物联网的基本内涵，是指基于电力行业，通过新型信息技术应用，有效连接电力用户、电网企业、发电企业、电工装备企业及相关设备，在大范围的信息交互及信息共享基础上，利用数字化方式实施管理，通过提升能源生产、消费及相应设备制造过程的安全性与高效性，进而基于电网企业平台、有效利用资源优势，驱动城市建设及经济发展。在沧州市的智慧城市建设中，泛在电力物联网的应用主要体现在共享、供能、用能、家居、出行和服务6个方面的智能化发展。
2.1 实现智慧共享，融合共用能源设备及城市基础设施
沧州市的智慧城市建设中，要通过智慧共享实现，丰富路灯杆的功能作用，增加输电塔的用途，需要扩大城市监控范围，强化城市环境检测水平，并使无线热点覆盖范围进一步扩大。智慧共享实现过程中，需要应用到光伏技术等新型能源技术，将之结合应用于公交站、公共垃圾箱、城市路面或是公共座椅等基础性公共设施建设之中，还可打造集变电、充换电及数据收集处理于一体的集成化站场。
2.2 实现智慧供能，构建低碳化与高效化供能体系
为解决当前沧州市能源短缺的现状，沧州市逐步接入了多种新型能源发电网络，如分布式发电、集中式发电等，并且需要通过可行性策略进一步提高城市能源利用效率。因而，需要以电网为支持，构建一个具备多个能源主体协同控制的网络，实现电源、储能及电网等各能源主体的合理协调与有效控制，并构建一个能源交换平台，实现风能、光能、水资源、热能和天然气等多种能源的有效互换，进而通过多种能源优势的互补利用，为智慧城市的构建提供充足化且多样化的能源。
2.3 实现智慧用能，打造集智能化感知及多种能源整合利用的用能系统
智慧城市构建的过程中，需要在泛在电力物联网支持下，在热能、电能及天然气等能源标准有效收集的基础上，基于传感设备利用，构建智慧能源建筑，并打造直流楼宇等具有代表性的智能用能形态，以此为低碳运输、无煤生产及电气生活等低碳节能环保目标的实现奠定基础。同时需要加快沧州市全流域岸电设备建设步伐，为港口污染物排放量降低提供支持。还需要加快虚拟化电厂建设速度，基于市场机制制定与实施的背景下，层次化利用不同种类的能源，并发挥出能源互补效用，进而实现智慧用能。
2.4 实现智慧家居，营造绿色节能、舒适便捷的家居生活环境
沧州市应加快识别负荷类智能电表的研发推广速度，将智慧管理系统引入到居民家中，通过用能系统应用实时监测分析与合理调控能效利用情况，以便于降低建筑耗能总量，从而减少家庭能源应用成本。同时，需要加强电能、水能、天然气及热能资源计量表数据查询及缴费功能的优化方式，可在家庭中安装能源路由器，进而打造绿色、节能的家居生活环境。
2.5 实现智慧出行，开展灵活与全覆盖的电动汽车充电服务
打造智能车联网平台，在城市内广泛建设电动汽车充电设备，通过电动汽车充电服务优化，提高居民的充电感受，增强充电服务的高效性与便利性。深入开发大功率无线充电技术、电动汽车及电网双向互动技术，在这些新技术支持下，提升电动汽车能源供应及需求之间的平衡性，进而实现智慧出行。
2.6 实现智慧服务，建设智慧能源综合服务平台
在电力能源数据的基础上，拓展能效诊断业务，为用户提供节能改造及运行托管等服务，确保企业及个人用户能效提升需求的有效满足。还应设置新型服务业务，如能源审计等，以便强化城市能源资源合理配置的水平。沧州市还应积极推进电能、水资源及天然气资源计量表的整合，基于多表合一工程推进集中采集不同的能源利用数据，进而创建集数据采集、运行维护和抄表缴费于一体的新型服务模式。
3.1 科学打造智慧城市社区
智慧社区是指基于现代化科技信息技术，利用综合管理平台全面收集、有效整合与统一管理区域内所有地理环境、人或物的信息，进而为社区居民提供丰富的公共服务及商业服务资源。智慧城市社区的打造，充分体现了泛在电力物联网的技术优势，其包含多个方面的建设内容，在多方协作之下，构建一个立体化的智慧社区形式（如图1所示）。
图1 基于泛在电力物联网的立体化智慧社区形式
3.1.1 引入“社区大脑”构建模式
沧州市智慧城市构建过程中，可借鉴其他城市目前所应用的“社区大脑”模式，在社区精细化管理模式中融合应用大数据，打造一个综合性的社区管理平台，利用此平台实施非机动车停放管理，针对独居老人开展生命体征监测，也可用于巡查社区街道，基于多项社区管理职能整合增强社区管理的智能性与集中性。
3.1.2 安装配网储能装置
基于配网储能装置的安装与应用，实现错峰用电，即在社区用电量较低时储备电能资源，进而在用电高峰时将储备电能释放出来，通过智能化用电方式引入提高社区电能资源供应能力。
3.1.3 打造智慧社区管理平台
可打造一个集政务管理、居民信息管理和街道治理于一体的智慧社区管理平台，在一个端口录入居民信息后，可在整个平台上随时查询与利用相关信息。同时，居民还可基于此平台完成在线购物或缴纳水费、电费和煤气费等，通过家庭综合服务整合增强智慧社区服务体验。
3.1.4 推行大数据行动计划
在智慧城市构建时，还可基于大数据技术及云存储技术支持智能化管理公租房，或是应用门禁或智能终端APP软件，实现智能安防，从而增强智慧社区的安全性。
3.2 合理建设智慧城市园区
城市智慧园区建设的过程中，需要以目前所掌握的信息技术及通信技术为支持，在智能终端传感器的应用下感知园区场所，基于数据平台分析与调控数据参数，进而实现园区内部资源有效整合，结合园区内部应用需求自动响应实现智能化管理，进而增强园区管理的科技性与现代性，确保高效与优质管理目标实现，进而构建协调管理、长效发展的立体化智慧园区。智慧园区的构建如图2所示。
图2 基于泛在电力物联网的立体化智慧园区
3.2.1 构建立体能源网
在当前园区内设置的配电网基础上融合泛在电力物联网，并运用分布式思想设置电站，结合建设数据中心，构建一个结构更加立体的能源网络，从而实现用电结构的合理优化，增强电网的智能化控制效果，构建一个绿色节能的智慧园区。
3.2.2 打造综合性园区管理云平台
在多层应用的基础之上，围绕智能中枢这一核心，构建一个契合园区管理的覆盖范围更广的综合性管理云平台，在传感器支持下全面收集与整合利用火灾、安保及照明等各方面信息，24 h不间断监控园区内部办公区、仓储区，进而实现高质效的园区管理。可在平台建立下，统筹规划与管理园区活动，并实现活动信息存储与管理，提升园区内部信息沟通交流顺畅性，增强园内管理的智能性。
3.2.3 优化管理系统功能
综合性管理云平台应涵盖智慧办公管理系统，以便于有效统一各企业的应用软件，可顺畅接入手机、Ⅰ－PAD和PC等多个智能终端。同时，物业管理系统可实时收集与监控园区出入人员及车辆的信息，实现各个企业物流信息的集中汇总与存储，基于智能化系统强大的分析功能，对物流配送流程进行合理优化，进而节约物流成本，并实现物流配送效率的有效提升。
3.3 积极推进智慧城市安全建设
3.3.1 加强实体安全
实体安全建设方面，需要强化公共安全、加强安全及应急管理，并针对交通安全、医疗卫生安全等各个领域展开安全建设。例如，公共安全建设方面，需要在数据收集与汇总的基础上展开智能化管理，实时、动态化地的监控交通运营状况，监测公共卫生状况。而应急管理过程中，则需要在终端监测措施的应用下，同步结合大数据技术，通过高效与精准的数据分析与处理，精准分析出突发性问题，并实现这些问题的自动化应对与处理。城市配电网管理过程中，也可基于无线网络传感技术的科学应用，在智能感知模块支持下，全面化检测配电网的应用安全，同时，还可实时化与全面化监测各个建筑及工业企业的用电状况，进而通过覆盖范围广泛、监督内容全面的配电服务开展，为城市居民的安全生活提供保障。基于泛在电力物联网的城市配电网建设如图3所示。
图3 基于泛在电力物联网的城市配电网建设
3.3.2 强化信息安全
除了实体安全强化之外，还需要注重于泛在电力物联网的信息安全，要确保所有泛在电力物联网信息收集传送与利用所应用基础设施的运行安全，这是由于智慧城市建设中所应用的泛在电力物联网具有信息密度大、数据体量大且数据种类多的特征，因而数据传送过程是否安全决定着智慧管理的最终效果。泛在电力物联网的信息涵盖城市信息、个人用户信息2大类别，其中部分信息具有较高的保密要求，为防止用户个人隐私信息或城市重要信息泄露，需要在泛在电力物联网建设、智慧城市构建的整个过程中采取可行性的信息安全防护措施。
在智慧城市构建过程中，泛在电力物联网发挥了关键作用，特别是在5G无线移动通信网络诞生以后，其应用空间更为广泛。基于泛在电力物联网技术构建智慧城市，应从智慧共享、智能供能、智慧用能、智慧家居、智慧出行和智慧服务6个方面着手，要积极构建智慧社区、智慧园区，并加强智慧城市安全建设，通过智慧社区智能化服务优化、智慧园区企业效率提升及智慧城市建设安全提高3个方面，驱动智慧城市的优质打造。在此过程中，建设单位应与政府部门及相关企业展开顺畅沟通与交流，通过建设经验分享、行业信息交流，防止出现试验建设重复问题。与此同时，还要将实用性提升作为建设重点，应灵活应用新技术，且要以安全建设作为重点，以便于保障泛在电力物联网信息的传送与利用安全，从而为安全、高效的智慧城市建设提供可靠保障。
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