【解決方案】泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展形態(tài)與挑戰(zhàn)

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要作用

    UPIoT以信息獲取為基礎，注重用戶之間以及用戶與電網(wǎng)之間進行實時連接和互動，并對海量數(shù)據(jù)信息進行收集分析和實時高速傳輸，從而加強電網(wǎng)智能處理和決策支持功能。

    UPIoT的主要特征表現(xiàn)在：

①無時不在、無處不在：除了電力設備外，成千上萬的電器，甚至是用戶的穿戴設備，都將通過傳感器連接到物聯(lián)網(wǎng)中，支持終端即插即用，用戶本身也是物聯(lián)網(wǎng)連接的對象之一；

②多種業(yè)務數(shù)據(jù)貫通：電網(wǎng)多種業(yè)務打破數(shù)據(jù)壁壘，各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)統(tǒng)一在大數(shù)據(jù)平臺進行管理，為應用提供強大的數(shù)據(jù)平臺支撐；

③應用功能完善：隨著人工智能算法、大數(shù)據(jù)分析方法的成熟，應用層將會逐漸完善功能，及時處理多種數(shù)據(jù)形成分析結(jié)果和優(yōu)化方案反饋回電網(wǎng)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定可靠經(jīng)濟運行；

④數(shù)據(jù)呈現(xiàn)巨大效益：電網(wǎng)數(shù)據(jù)價值得到充分挖掘，既能實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)業(yè)務轉(zhuǎn)型升級和盈利模式創(chuàng)新，又能為各種創(chuàng)新型機構(gòu)提供共享數(shù)據(jù)，促進社會經(jīng)濟發(fā)展。

   UPIoT的作用主要體現(xiàn)在以下4個方面：

1）支撐電網(wǎng)運行性能提升

2）促進與用戶互動化的智能用電

3）提升分布式可再*能源消納能力

4）挖掘用電大數(shù)據(jù)的增量價值

2 物聯(lián)網(wǎng)技術在電網(wǎng)中的已有基礎

   UPIoT的概念是基于目前電力系統(tǒng)信息化、智能化的技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢提出來的。本節(jié)從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電5個方面，闡述電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術的研究和應用基礎。

2.1發(fā)電領域

   “互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的任務之一就是推動能源生產(chǎn)智慧化，提升大規(guī)模新能源的消納能力。作為實現(xiàn)這一目標的技術基礎，物聯(lián)網(wǎng)技術在發(fā)電領域的應用主要體現(xiàn)在傳感器應用及對發(fā)電機實時狀態(tài)監(jiān)測。文獻基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，構(gòu)建了發(fā)電機組遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了機組狀態(tài)遠程在線專家診斷、故障預報、科學維護，保障機組安全運行；文獻設計了基于視頻監(jiān)控、RFID、GPRS等技術的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)各類動態(tài)數(shù)據(jù)的可視化。文獻利用ZigBee和嵌入式系統(tǒng)搭建微網(wǎng)分布式電源的控制系統(tǒng)，其中，ZigBee用于短距離通信，嵌入式系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)格式處理和通信協(xié)議轉(zhuǎn)化，控制命令由遠程服務器生成并下達。

2.2輸電領域

   物聯(lián)網(wǎng)技術在輸電領域的應用主要體現(xiàn)在對輸電線路狀態(tài)的監(jiān)測及線路安全檢修管控。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)應用場合的不同，數(shù)據(jù)采集的方式或傳輸層的通信方式也可能不一樣?，F(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)往往存在運行維護費用高、數(shù)據(jù)傳輸率低等問題。文獻組建了基于級聯(lián)拓撲無線Mesh與光纖復合架空地線光傳輸耦合網(wǎng)絡，滿足輸電線路設備物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡帶寬、時延、可靠性和安全性要求。文獻則采用接入網(wǎng)和匯聚網(wǎng)兩級通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行變電站和輸電線路的通信網(wǎng)絡設計，從而實現(xiàn)遠距離傳輸。

2.3變電領域

   物聯(lián)網(wǎng)在變電領域的應用包括了變電站電氣信息，設備溫度等狀態(tài)信息和運行操作信息的監(jiān)控預警與故障診斷等方面，著力于解決變電設備狀態(tài)實時監(jiān)測、監(jiān)測裝置孤島運行、故障診斷功能不足等問題。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)變電站監(jiān)控數(shù)據(jù)實時采集、通信和處理的有*手段。文獻設計了變電設備智能監(jiān)測傳感網(wǎng)絡，并基于一*化智能監(jiān)測裝置實現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)、分布式計算以及設備故障診斷和預警功能。

2.4配電領域

   物聯(lián)網(wǎng)技術在配電領域的應用包括對配電設備及其運行狀態(tài)的監(jiān)測、故障定位、資產(chǎn)管理。文獻采用無線傳感器反應網(wǎng)絡（WSANs）構(gòu)建了智能電網(wǎng)的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的可視可控。文獻采用無線傳感網(wǎng)絡建立了配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)故障定位系統(tǒng)，故障定位更準確，性價比更高。文獻將RFID應用到資產(chǎn)管理工作中，提高資產(chǎn)管理水平和效率。主動地對并網(wǎng)分布式發(fā)電（DG）、儲能、充電樁、有載調(diào)壓變壓器、無功補償?shù)扰潆娋W(wǎng)設備的運行進行優(yōu)化與控制是主動配電網(wǎng)的主要功能，而這些功能的實現(xiàn)往往依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術。兩者的*度融*將形成配電物聯(lián)網(wǎng)，成為能源轉(zhuǎn)型“再電氣化”發(fā)展的新思路、新模式、新焦點。文獻論述了配電物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵構(gòu)想和應用特征，提出由“云、管、邊、端”構(gòu)成的配電物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。

2.5用電領域

   物聯(lián)網(wǎng)在用電領域的應用主要涉及低壓抄表、用電安全、工廠智能用電、智能家居、智能充電、智能樓宇等。智能用電服務系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設在用戶側(cè)的重要組成部分，文獻分別從組成架構(gòu)和信息架構(gòu)兩方面介紹了用電設備智聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)，并分析了用電設備智聯(lián)網(wǎng)這個“電力物聯(lián)網(wǎng)”的功能，異構(gòu)了電力光纖、雙絞線、現(xiàn)場總線和無線網(wǎng)絡等大容量傳輸技術，可以支撐DG、電動汽車和智能家居的應用。中國已經(jīng)推廣應用了智能電表，結(jié)合UPIoT的建設推進，智能電表的超計量功能價值凸顯，智能用電的各種場景都將變得清晰。

   總體上看，UPIoT是電力網(wǎng)-信息網(wǎng)-社會網(wǎng)的融*。在此階段，需要加強4個方面的研究：大范圍多設備感知能力強化；多業(yè)務異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理平臺建設，包括數(shù)據(jù)標準與模型統(tǒng)一、系統(tǒng)技術架構(gòu)統(tǒng)一、平臺入口統(tǒng)一等；電力大數(shù)據(jù)快速分析與應用；用電大數(shù)據(jù)安全與隱私保護及分級授權(quán)方法。

3 發(fā)展形態(tài)

   隨著傳感器技術、通信技術與云/邊緣計算技術等物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術在智能電網(wǎng)中的應用深化，UPIoT的形態(tài)也會逐漸演化。

階段，UPIoT基本實現(xiàn)電網(wǎng)的信息化和自動化，建成一系列通信信息平臺和自動化系統(tǒng)，對應當前智能電網(wǎng)的發(fā)展水平；

第2階段：UPIoT連接對象更加豐富，數(shù)據(jù)的應用水平明顯提高，數(shù)據(jù)采集、通信與計算處理分析的效率與質(zhì)量提升，提高電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的可觀可測性，通過貫通不同業(yè)務數(shù)據(jù)，逐漸實現(xiàn)電網(wǎng)透明化運行；

第3階段：UPIoT加強用戶與電網(wǎng)交互，萬千主體在開放式平臺上參與電力生產(chǎn)與消費，促*電力供應的邊際成本趨近于零，從而可能形成零邊際成本電網(wǎng)形態(tài)。

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術挑戰(zhàn)

   為達到透明電網(wǎng)乃至零邊際成本電網(wǎng)形態(tài)，UPIoT的建設還需要克服多項技術難題。本節(jié)從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理3個方面，提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術挑戰(zhàn)。

1）傳感器的覆蓋不充分，電網(wǎng)仍存在監(jiān)測盲區(qū)

2）數(shù)據(jù)模型和通信標準沒有統(tǒng)一，信息孤島難以*除

3）數(shù)據(jù)分析智能化程度低，用電數(shù)據(jù)價值尚未被有*挖掘

5 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）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)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。

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、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應用場所

    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、電力運維等領域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)

（4）平臺功能

   電力集抄；變壓器監(jiān)控；配電圖；能耗分析；能耗概況；預付費看板；充電樁管理；充電樁看板；智能照明；監(jiān)控頁面；安全用電；智慧消防

   預付費管理

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、儀表及默認參數(shù)進行配置；

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

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

（5）系統(tǒng)硬件配置

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為微電網(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。