胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要:構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為支撐建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的重要內(nèi)容，對(duì)保障電網(wǎng)彈性安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)異質(zhì)能源友好接入、服務(wù)用戶精細(xì)化用能具有重要意義。文章對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)應(yīng)用綜述及展望進(jìn)行了研究分析，以供參考。

關(guān)鍵詞:電力物聯(lián)網(wǎng):智能配電系統(tǒng):綜述及展望

1、感知層關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)海量智能終端的監(jiān)測(cè)與控制是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)控的前提，這要求未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的全覆蓋。與輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)到含有的電氣設(shè)備都更加復(fù)雜多樣，如大量分布式電源并網(wǎng)以及用戶側(cè)的智能家居、電動(dòng)汽車等新型用電設(shè)備等，從而配電網(wǎng)中的監(jiān)測(cè)對(duì)象更加多樣，物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類型都更為復(fù)雜。

1.1新型電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)

為使現(xiàn)有配電系統(tǒng)向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)升級(jí)，新型配電終端的研發(fā)必須考慮全電力行業(yè)背景兼容，如設(shè)備尺寸、部署環(huán)境、電磁兼容等。

1.2底層傳感器部署技術(shù)

由于配電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景工況復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層海量配用電設(shè)備的全覆蓋監(jiān)測(cè)是保證泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可感知、可控制的首要前提。部分學(xué)者已經(jīng)針對(duì)該問題進(jìn)行了探索研究。

2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

2.1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義

泛在物聯(lián)是指任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物之間的信息互聯(lián)和交互。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是指電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、以及人和物的信息互聯(lián)和交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)各種信息傳感設(shè)備與通信信息資源的共享，從而形成具有自我標(biāo)識(shí)、感知和智能處理的物理實(shí)體。實(shí)體之間的協(xié)同和互動(dòng)，使得有關(guān)物體相互感知和反饋控制，形成一個(gè)更加智能的電力生產(chǎn)、生活體系。

2.2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

(1)信息感知全面、組網(wǎng)快速靈活

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器可以十分方便地根據(jù)電力行業(yè)的具體應(yīng)用需求部署在電力系統(tǒng)的各個(gè)角落或直接封裝于電力設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)無處不在的全面感知。隨著無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，無線傳感設(shè)備甚至無須架設(shè)固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施即可進(jìn)行靈活部署，并通過自組織協(xié)作的方式迅速建立通信連接、快速組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、部件及周圍環(huán)境狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)感知、采集和處理。這對(duì)于涉及范圍廣泛、結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜的電力系統(tǒng)來說尤為重要。例如:將傳感器部署于處于惡劣環(huán)境、可進(jìn)入性差的海上風(fēng)電場(chǎng)中對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，可以大幅度降低風(fēng)電機(jī)組的故障率，提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)拓?fù)渥兓l繁、具有自愈能力

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁主要有3個(gè)方面的原因:一是為了滿足實(shí)際需要，追加部署新的傳感設(shè)備或調(diào)整傳感器的位置;二是為了節(jié)約傳感設(shè)備的能量，各個(gè)傳感設(shè)備在工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)之間切換;三是有些傳感設(shè)備因環(huán)境影響或硬件損壞等原因失效而退出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的頻繁變化要求所部署的傳感設(shè)備具有較強(qiáng)的自愈能力，即能夠?qū)崟r(shí)獲得周圍傳感設(shè)備狀態(tài)變化的信息(如新的傳感設(shè)備加入、轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài)或失效等信息)，以便及時(shí)調(diào)整自身的信息感知范圍消除覆蓋盲區(qū)或調(diào)整通信距離重新建立通信鏈路。電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些應(yīng)用環(huán)境甚至十分惡劣，因此必須考慮增強(qiáng)傳感設(shè)備的自組織能力，以減少失效傳感設(shè)備的修復(fù)或更換對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控帶來的不利影響。有些情況下還需要通過部署冗余傳感設(shè)備來提高調(diào)度監(jiān)控的可靠性。

3、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景

3.1提高電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平

目前我國電網(wǎng)存在能源分布不均，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理，電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力不足等問題。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以很好解決這些問題，促進(jìn)電力系統(tǒng)“發(fā) -輸-變-配-用"各個(gè)環(huán)節(jié)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)風(fēng)能、太陽能、負(fù)荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，建立以發(fā)電機(jī)組為底層支撐的能源統(tǒng)一調(diào)控系統(tǒng)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高輸電環(huán)節(jié)可靠性、設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)診斷技術(shù)，利用智能傳感及智能終端提升保護(hù)、通信等二次設(shè)備的感知能力，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合處理、數(shù)據(jù)傳輸、綜合判斷等功能，提高電網(wǎng)的智能化水平和可靠性程度。結(jié)合電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立智能配電管理系統(tǒng)(IDMS)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能巡檢、快速故障診斷恢復(fù)、優(yōu)化運(yùn)行控制與在線管理:通過電子身份認(rèn)證、電子工作票，在線監(jiān)督，可以降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率。

3.2促進(jìn)清潔能源消納

目前我國電網(wǎng)中風(fēng)電、光伏等清潔能源占比低，目三北地區(qū)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象嚴(yán)重，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將極大促進(jìn)清潔能源消納。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的全息感知，可以實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)的靈活互動(dòng):利用人工智能等技術(shù)，對(duì)風(fēng)電、光伏進(jìn)行超短期發(fā)電預(yù)測(cè)，結(jié)合負(fù)荷情況，通過市場(chǎng)激勵(lì)用戶主動(dòng)參與清潔能源消納;將分布式新能源聚合成實(shí)體，形成虛擬電廠，以多能互補(bǔ)的形式提高分布式新能源的友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)控容量占比，并且優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域協(xié)調(diào)控制，促進(jìn)集中式新能源交易和分布式新能源交易。

3.3打造智慧能源服務(wù)平臺(tái)

智慧能源服務(wù)平臺(tái)為電網(wǎng)、用戶提供了互動(dòng)平臺(tái)。利用合理的商業(yè)模式與激勵(lì)政策提升用戶參與電力互動(dòng)的積極性，通過電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻對(duì)用戶進(jìn)行電價(jià)優(yōu)惠補(bǔ)償，通過智慧能源服務(wù)平臺(tái)將傳統(tǒng)能源企業(yè)、園區(qū)工業(yè)、智慧城市、新興企業(yè)全部納入服務(wù)范圍，通過電動(dòng)汽車聯(lián)網(wǎng)、光伏云網(wǎng)、終端邊緣計(jì)算等技術(shù)，提供基礎(chǔ)供電服務(wù)以外的互聯(lián)網(wǎng)金融、大數(shù)據(jù)運(yùn)營、線上供應(yīng)鏈金融等新型能源服務(wù)，從而建成涵蓋發(fā)電運(yùn)營、電網(wǎng)、政府、金融機(jī)構(gòu)、第三方投資、用戶、裝置制造等在內(nèi)的能源生態(tài)體系。

3.4提升電網(wǎng)資產(chǎn)管理水平

開展資產(chǎn)全壽命周期管理工作，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的物資流、信息流、價(jià)值流合一，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的集約化、精益化和全過程管理。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，輸、變、配電設(shè)備數(shù)量及異動(dòng)量迅速增多且運(yùn)行情況更加復(fù)雜，設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期管理工作也愈發(fā)艱難。傳統(tǒng)的設(shè)備巡檢工作主要依靠人力或電子設(shè)備進(jìn)行巡視，面對(duì)龐大的巡檢任務(wù)，一方面對(duì)于人員巡檢監(jiān)督機(jī)制提出了更高的要求，另一方面設(shè)備巡檢、管理、分析、評(píng)估的高度集中也迫切需要一種新的智能化手段。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，利用實(shí)物ID 數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)規(guī)劃、采購、建設(shè)、運(yùn)行等Q方位在線評(píng)估，線下操作:與此同時(shí)，營銷員、物資人員和建設(shè)人員也可以利用實(shí)物ID的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)帳、卡、物數(shù)據(jù)更新的惟一性、完整性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，提高設(shè)備賬、卡、物的管理水平。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)物ID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)管理的標(biāo)識(shí)、感知和信息傳送，提升電網(wǎng)資產(chǎn)管理水平。

3.5開放電力市場(chǎng)

根據(jù)2018年第1季度大型發(fā)電集團(tuán)各類電源交易情況匯總，總交易電量2428億kWh，其中火電核電交易電量1986億kWh，而相對(duì)靈活的風(fēng)力、光伏電源交易電量僅有199億kWh，占比8.2%，這一現(xiàn)象不利于我國快速發(fā)展的清潔能源并網(wǎng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將打破現(xiàn)有電力市場(chǎng)的格局，促進(jìn)全面的電力市場(chǎng)開放。通過“大云物智移"的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)獲取風(fēng)力、光伏、負(fù)荷功率預(yù)測(cè)信息，由此可以將區(qū)域分布式新能源和負(fù)荷聚合成一個(gè)整體，作為電力交易現(xiàn)貨。通過完善電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)基于電力現(xiàn)貨價(jià)格和增量配網(wǎng)、局域電網(wǎng)乃至微電網(wǎng)的多種交易模式，如虛擬電廠參與現(xiàn)貨和輔助服務(wù)交易。

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái)，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺(tái)。 用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺(tái)、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

5、應(yīng)用場(chǎng)所

本平臺(tái)適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

6、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

7、平臺(tái)功能

7.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據(jù)客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過培訓(xùn)的工程或調(diào)試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙，內(nèi)容有：預(yù)付費(fèi)、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計(jì)、收益統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維情況等。其中B度地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報(bào)警時(shí)可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

7.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)'、遙信、遙控控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測(cè)和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè) 備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

7.3 能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動(dòng) 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析 與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

7.4預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對(duì)建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對(duì)商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報(bào)表中心：提供售電、售水財(cái)務(wù)報(bào)表、用能報(bào)表、報(bào)警報(bào)表等查詢，本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費(fèi)看板

7.5 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括城市級(jí)大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

7.6 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，也可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)策略配置及后臺(tái)遠(yuǎn)程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

照明實(shí)時(shí)監(jiān)控

7.7 安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測(cè)器，對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速時(shí)間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然"的目的。

7.8 智慧消防

通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。T補(bǔ)了原先針對(duì)“九小場(chǎng)所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實(shí)際需求。

智慧消防看板

8、系統(tǒng)硬件配置

結(jié)束語

總之，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要社會(huì)各方的廣泛共同參與，協(xié)力開展技術(shù)攻關(guān)，以促進(jìn)我國能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

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2. B度文庫，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版。