安科瑞 陳聰

摘要：建設(shè)泛在物聯(lián)網(wǎng)的真正含義是為智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)提供便利，同時(shí)也是配電網(wǎng)的核心內(nèi)容，為電網(wǎng)彈性可靠平穩(wěn)運(yùn)行提供保障，更好的接收異質(zhì)能源，為用戶提供精細(xì)化電能服務(wù)。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)貫穿產(chǎn)端的核心步驟，利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)深度感知力和精細(xì)操控力，轉(zhuǎn)變配電網(wǎng)運(yùn)行模式，從之前的“源荷”單向供能到如今的“源荷”雙向供能靠近，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)資源共享的目的。

關(guān)鍵詞：泛在物聯(lián)網(wǎng)，配電網(wǎng)，應(yīng)用

1、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和性能

1.1感知層

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的底端為感知層，其主要作用是選擇不同種類的傳感器植入設(shè)備中，從而達(dá)到感知的效果。感知層包含的設(shè)施有電壓電流互感器、電能表、集中器、智能電器等，利用泛在感知所收集的不同數(shù)據(jù)來操控決策單元，可以更好的了解電網(wǎng)的運(yùn)行情況。當(dāng)電網(wǎng)面臨不同能源時(shí)，例如隨機(jī)負(fù)荷投切、間歇性新能源并網(wǎng)以及電動汽車時(shí)空集群效應(yīng)，可以具體控制系統(tǒng)狀態(tài)，快速找到故障問題，減輕電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高運(yùn)行安全性。另一方面，合理的調(diào)節(jié)電網(wǎng)拓?fù)?，及時(shí)掌控電源，完善用戶用電模式，增強(qiáng)電網(wǎng)高比例分布式技能和新負(fù)荷采納技能，提高電網(wǎng)在解決突發(fā)事件的順利性。

1.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)重要位置，其功效是針對不同種類業(yè)務(wù)來明確通信服務(wù)質(zhì)量和安全信息交互渠道。依照安全級別和數(shù)據(jù)種類加以區(qū)分，網(wǎng)絡(luò)層主要分為兩部分：內(nèi)部專網(wǎng)與互聯(lián)外網(wǎng)。詳細(xì)通信手段是按照實(shí)際情況、輸送間距、經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行選定，涉及近距離無線傳輸、有線傳輸、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、移動空中網(wǎng)等。其中電力通信系統(tǒng)的特殊通信手段是電力線載波和230MHz無線通信，5G技術(shù)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)新的通信手段。

1.3平臺層

平臺層所掌握的數(shù)據(jù)量非常多，例如用戶側(cè)用能數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、其他能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而合并保存和管制這些資源。平臺層的功效是處理傳統(tǒng)能源在生產(chǎn)過程中遺留的信息碎片保存問題，粉碎了信息孤島情況，一同享用這些信息。利用建造數(shù)據(jù)中心和云平臺的方法，平臺層很快實(shí)現(xiàn)采集和革新了大量數(shù)據(jù)從而完成輸送。針對大數(shù)據(jù)保存和技術(shù)分析而言，將不同種類的數(shù)據(jù)資源傳輸至高級應(yīng)用區(qū)，從而完成電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型任務(wù)。

1.4應(yīng)用層

應(yīng)用層是泛在電力物理網(wǎng)的首層，實(shí)現(xiàn)樞紐型、共享型、平臺型的革新任務(wù)。主要功效有，對電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和用戶側(cè)用能大數(shù)據(jù)而言，組建不同類型的應(yīng)用平臺，為用戶用能業(yè)務(wù)、綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營業(yè)務(wù)、電網(wǎng)運(yùn)營業(yè)務(wù)提供服務(wù)，從而達(dá)成電網(wǎng)、用戶、其他能源系統(tǒng)的感知互動目標(biāo)。

2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)

泛在電力物聯(lián)所涉及到的技術(shù)類型非常多，常見的有感知技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、決策控制技術(shù)等。配電網(wǎng)是方便電網(wǎng)和用戶溝通的重要渠道，對于電力系統(tǒng)個(gè)別樞紐來講其面向社會服務(wù)的特點(diǎn)相對明顯。

2.1感知層技術(shù)

完成電力系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)節(jié)和控制的基礎(chǔ)條件是對海量智能終端實(shí)施監(jiān)控和管制，促使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)覆蓋電力系統(tǒng)。相較于輸電網(wǎng)而言，配電網(wǎng)從拓?fù)錁?gòu)造到電力設(shè)備都非常繁瑣，例如分布式能源居多，配網(wǎng)監(jiān)視對象多種多樣，終端數(shù)量和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)雜亂。所以針對配用電雙方來講，為了減少成本，抬高收益，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)共享，后期傳感設(shè)備應(yīng)向著高度集成化目標(biāo)前進(jìn)。

2.2網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)

堅(jiān)實(shí)、牢靠的通信渠道是確保泛在電力物聯(lián)網(wǎng)具體感知大數(shù)據(jù)聚集、操控指示精準(zhǔn)下達(dá)的重要樞紐。面對大范圍城市群體和區(qū)域城鎮(zhèn)，配電網(wǎng)計(jì)劃場景越發(fā)復(fù)雜，以往的“點(diǎn)對點(diǎn)”有線通信手段因?yàn)椴季€資金多、實(shí)際工程近況繁瑣，在應(yīng)用期間有一些缺陷，無線自組織網(wǎng)絡(luò)的損耗低、安頓靈巧、網(wǎng)絡(luò)抗毀性能高，所以“有線+無線”互補(bǔ)模式加快了網(wǎng)絡(luò)層通信速度。除此之外，為了避免受到網(wǎng)絡(luò)襲擊的影響，還需加強(qiáng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的安全性能。

2.3平臺層技術(shù)

電網(wǎng)狀況信息、用戶側(cè)用能信息、個(gè)別關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)為配電自動化運(yùn)維、個(gè)性化用能舉薦、全景狀態(tài)感知等應(yīng)用提供依據(jù)。形式多樣化、信息較為繁瑣、數(shù)據(jù)偏多、隱蔽信息的價(jià)值性高是此類數(shù)據(jù)明顯的特點(diǎn)。另外，唯有整合、管理、采集數(shù)據(jù)，才可收獲大量數(shù)據(jù)并且充分展現(xiàn)其內(nèi)在價(jià)值。

2.4應(yīng)用層技術(shù)

隨著間歇性分布式能源、電動汽車負(fù)荷的推行在某種程度上使配用電系統(tǒng)問題加重，比如諧波注入、頻率/電壓波動和潮流雙向流動等。以往電網(wǎng)因?yàn)楦兄畔⒉煌暾率棺詣踊狡停谥卫矸矫嫱ǔ＿x擇增加備用容量等方法，使彈性承載力低、新能源利用率差、投入資金較多等。隨著應(yīng)用層技術(shù)的引入，將感知電網(wǎng)運(yùn)營情況，完成精細(xì)化調(diào)控等工作。

3、泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力配電網(wǎng)的應(yīng)用

3.1在線監(jiān)視與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

目前，配電決策環(huán)節(jié)的信息化方法與技術(shù)支持不太完善和健全，電力實(shí)施時(shí)常多發(fā)損壞和檢修情況。由于間歇性能源和新型負(fù)荷處于持續(xù)上漲狀態(tài)，在配電網(wǎng)供電安全性和質(zhì)量方面的要求更加嚴(yán)格。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用和推廣，可以讓怕配電系統(tǒng)隨時(shí)知曉電力設(shè)備運(yùn)營情況，針對運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)做出評價(jià)和估計(jì)，減少故障發(fā)生率。

首先，在線監(jiān)測方法。依附完整的通信系統(tǒng)，打破以往只能利用人工直接對故障種類加以判斷的場景，如今可以利用多樣化手段進(jìn)行辨認(rèn)。比如，紅外熱成像技術(shù)在線監(jiān)視配電網(wǎng)設(shè)備溫度，加快維修人員的搜尋速度和檢修程度，減少設(shè)備故障率和停電次數(shù)。

其次，安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。歸納分析與整理歷屆配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在通過機(jī)器學(xué)習(xí)法和人工智能法來監(jiān)測評估配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，盡快找到系統(tǒng)問題，增強(qiáng)供電平穩(wěn)性。比如，結(jié)合配電網(wǎng)以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)，推出關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則的聚類區(qū)分法，按照現(xiàn)階段數(shù)據(jù)估測情況，針對智能配電網(wǎng)全景風(fēng)險(xiǎn)加以掌控與自愈。

3.2配電系統(tǒng)合理規(guī)劃及綜合能源平穩(wěn)運(yùn)行

首先，對于配電系統(tǒng)來講，電網(wǎng)和用戶的差距越發(fā)籠統(tǒng)，不管可再生能源和電動汽車造成的問題，配電通信系統(tǒng)牢固性依舊是配電系統(tǒng)要解決的重點(diǎn)問題。

其次，電力、交通、燃?xì)舛际仟?dú)自存在的，各自有各自的運(yùn)行方案，并且和住戶的關(guān)系十分密切。配電網(wǎng)是地區(qū)能源系統(tǒng)的中心和橋梁，肩負(fù)水、電、氣的使用。

3.3用戶個(gè)性化用能服務(wù)

供電是以往配電系統(tǒng)的主要目的，住戶只視為受電端被迫加入配電運(yùn)營行列。盡管現(xiàn)階段推行了分時(shí)電價(jià)機(jī)制來激勵(lì)電力住戶降低負(fù)荷高峰，填補(bǔ)負(fù)荷低谷，完善用電形式。但就目前情況來說，住戶參與積極性不高，需要結(jié)合當(dāng)?shù)鼗蛴秒姂魧?shí)際情況進(jìn)行解決。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)終端與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入到用戶側(cè)，電力住戶角色出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)變：首先，配備屋頂光伏電站和小型風(fēng)機(jī)，部分住戶的電動汽車配備V2G功效，從演變成電能供應(yīng)方。從廣義上來說，用戶側(cè)熱水器、室內(nèi)空氣都能被看做蓄能設(shè)備與配電網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行。其次，電力住戶智能終端，比如空調(diào)、熱水器、電動汽車均涉及用電行為消息，用戶成為信息供應(yīng)方。

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，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。 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)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、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、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

5、應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、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)對各種監(jiān)測數(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'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(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)行日報(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 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、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、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費(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，也可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，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)探測器，對引發(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

通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，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)。原先針對“九小場所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法監(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)語

綜上，電力系統(tǒng)和其他能源系統(tǒng)信息不完整，例如能源協(xié)同優(yōu)化和能源交易市場等，均處在理論論證環(huán)節(jié)。在構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時(shí)要求社會積極響應(yīng)，一同對技術(shù)實(shí)施，加快能源產(chǎn)業(yè)的升級速度，彰顯泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力配電網(wǎng)中的作用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

1. 林楚喬,佟輝,于溫方?；诜涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)智能化狀態(tài)監(jiān)測與故障處理平臺設(shè)計(jì)[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2019，(04):1-4。

2. 王守鵬,袁敬中,李紅。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下微網(wǎng)的發(fā)展方向[J].華北電業(yè),2019，(06):58-59。

3. 姚遠(yuǎn)，石巖。泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力配電網(wǎng)的應(yīng)用；國網(wǎng)昌吉供電公司。

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