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淺談泛在電力物聯(lián)網在電力系統(tǒng)中的研究

更新時間：2022-09-08

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：進入21世紀，網絡信息技術實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，由此衍生出的物聯(lián)網技術經過近20年的不斷探索和實踐，已經形成一個獨立的全新技術體系，為社會各行各業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展提供了強大的技術支撐。而以物聯(lián)網為技術核心的泛在電力物聯(lián)網借助大數(shù)據(jù)、云計算、移動通信、人工智能等先進技術，實現(xiàn)了萬物互聯(lián)與人機交互的美好愿景，將所有與電網相關的人、事、物和設備串連到一起，建立了電網一張圖、數(shù)據(jù)一個源、業(yè)務一條線的電力系統(tǒng)共享平臺�；诖耍塾诜涸陔娏ξ锫�(lián)網的主要特征，針對泛在電力物聯(lián)網技術的實際效果展開了論述。

關鍵詞：泛在電力物聯(lián)網；關鍵技術；特征；效果

0 引言

泛在電力物聯(lián)網技術與智能電網技術的深度融合實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的高速傳遞、電力系統(tǒng)故障的快速應急響應以及電力能源的穩(wěn)定、可持續(xù)供給，不僅建立了標準化、智能化、規(guī)范化的電力系統(tǒng)，同時也為電力企業(yè)創(chuàng)造了新的經濟增長點。

1泛在電力物聯(lián)網的主要特征

1.1實現(xiàn)了電力能源的全過程管理

借助于泛在電力物聯(lián)網智能終端的深度感知系統(tǒng)，能夠同時獲取火、光、風等多類型能源，使新能源布局發(fā)生了根本變化，實現(xiàn)對新能源的利用。泛在電力物聯(lián)網中的多參量傳感集成技術能夠感知電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，監(jiān)測系統(tǒng)的運行環(huán)境，當系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障時，故障數(shù)據(jù)信息能夠及時傳遞到系統(tǒng)終端，為排除故障隱患爭取了大量寶貴時間。泛在電力物聯(lián)網技術與人工智能技術的融合，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了一個運行環(huán)境，保障了電力能源的穩(wěn)定輸送。

廣泛在電力物聯(lián)網采用邊緣計算、軟件定義終端、站端協(xié)同等關鍵技術，在配用電側方面，實現(xiàn)了配電網設備的靈活接入，保證互聯(lián)互通的網絡能夠做出各項決策。結合大數(shù)據(jù)技術海量數(shù)據(jù)的存儲優(yōu)勢，能夠收集和存儲大量的用戶側數(shù)據(jù)信息，并且在電網側與用戶側之間構建了一個數(shù)據(jù)互動平臺，為用戶側提供用電數(shù)據(jù)信息。

1.2信息子系統(tǒng)與電力物理子系統(tǒng)的深度融合

據(jù)調查統(tǒng)計表明，目前的電力系統(tǒng)信息平臺，日采集數(shù)據(jù)信息量已經達到60 TB，如此巨量的數(shù)據(jù)*依托于大數(shù)據(jù)技術。但是，這些數(shù)據(jù)信息并未體現(xiàn)出實用價值，信息共享渠道并未開啟，這主要是由于電力通信協(xié)議缺乏一套完備的數(shù)據(jù)描述模型。而借助于泛在電力物聯(lián)網技術構建的感知數(shù)據(jù)模型，能夠對這些海量數(shù)據(jù)實現(xiàn)智能化處理，對電力系統(tǒng)運行過程中產生的實時數(shù)據(jù)信息進行動態(tài)跟蹤監(jiān)測，并將信息子系統(tǒng)與電力物理子系統(tǒng)融合到一起，使數(shù)據(jù)信息得到利用，進而為用戶側提供增值服務。

2 泛在電力物聯(lián)網的關鍵技術

2.1 系統(tǒng)終端智能技術

通過感知數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型和基于邊緣的數(shù)據(jù)聚合方法，能夠建立設備狀態(tài)參量模型，并且對傳感數(shù)據(jù)進行及時調整，準確定位故障位置。在系統(tǒng)終端中，數(shù)據(jù)與應用分離往往借助物聯(lián)代理的方法實現(xiàn)，這種方法能夠增強終端硬件的靈活性，支持軟件的加載與卸載。而邊緣計算智能技術，具有較強的數(shù)據(jù)分析能力，能夠有效處理泛在電力物聯(lián)網邊緣側產生的數(shù)據(jù)，緩解主站以及云端的信息處理壓力，使系統(tǒng)終端實現(xiàn)智能自治控制。

2.2 高精度傳感技術

應用泛在電力物聯(lián)網技術，對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，不僅監(jiān)測數(shù)據(jù)準確，而且監(jiān)測范圍廣、輻射面積大。這正是泛在電力物聯(lián)網中的高精度傳感技術發(fā)揮了重要作用，即便在特殊使用場景當中，高精度傳感技術*可以適應該環(huán)境，為電力系統(tǒng)決策與協(xié)同調控提供大數(shù)據(jù)支持。

繼4G技術后，第五代移動通信網絡技術橫空出世，由于該技術具有通信能力與網絡連接能力，目前已經迅速占領了移動通信陣營，并成為信息通信網絡轉型期的一項關鍵技術。5G技術支持10 Gbit/s級下行傳輸帶寬，支持千億數(shù)量級的設備超低延時連接，因此，5G技術也對泛在電力物聯(lián)網產生了深遠影響，使終端用戶與各種電力設備之間能夠接觸。

2.4 低功耗無線接入技術

無線接入技術具有低功耗特性，是無線傳感器網絡與物聯(lián)網的主要應用類型，為了確保低功耗無線接入技術具有良好的互換性與兼容性，目前電力系統(tǒng)常用的技術執(zhí)行標準包括3GPP Rel.13LTE Cat-NB1（NB-IoTs）以及Cat-M1（eMTC），其中NB-IoTs是低功耗低頻率技術標準，eMTC是低速率通信技術標準，這兩項標準可應用于智能抄表以及移動作業(yè)當中，能夠有效減少技術與安裝維護成本，間接為電力企業(yè)創(chuàng)造了經濟效益。

2.5 密碼技術

為了維護電力系統(tǒng)網絡，泛在電力物聯(lián)網采用了終端身份鑒別、數(shù)據(jù)加密以及可信傳遞等技術措施，給電力系統(tǒng)中的用戶數(shù)據(jù)信息罩上了一層防護網。泛在電力物聯(lián)網的密碼技術基于通信協(xié)議標準、接口標準，建立了完善的控制機制、密鑰管理機制、認證機制以及加解密機制，避免了數(shù)據(jù)信息的泄露風險。其中，在基礎層，結合芯片級物理信息泄露機理，將密碼技術、數(shù)據(jù)審計、態(tài)勢感知、區(qū)塊鏈等技術結合到一起，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的泛在可控，為全景數(shù)據(jù)信息構建了一個傳輸、存儲空間。

3 泛在電力物聯(lián)網技術的實際應用效果

3.1 增加業(yè)務辦理透明度，提供個性化定制服務

泛在電力物聯(lián)網的構建理念是“以客戶為出發(fā)點，以提升客戶滿意率為發(fā)展目標"，進一步完善了線上應用平臺，廣大用戶可以利用共享平臺，隨時隨地查詢個人或單位的用電數(shù)據(jù)信息，同時，業(yè)務流程得到進一步優(yōu)化，并且新增了多種服務功能。比如，客戶在購置電動環(huán)保汽車時，可以直接在泛在電力物聯(lián)網平臺上進行一鍵操作，就可以完成所有相關手續(xù)的辦理，業(yè)務辦理全程公允透明。此外，該系統(tǒng)的個性化定制服務能夠滿足不同人群的多種不同需求，人們足不出戶就可以進行線上實時操控，大幅提升了業(yè)務辦理效率。

3.2 提升電網運行水平

泛在電力物聯(lián)網技術具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，可以直觀清晰地描述出站-線-變-戶的關系，提升了調度能力。當電力系統(tǒng)中的輸配電設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠迅速發(fā)出維護信號，而且系統(tǒng)的自治控制技術可以及時排除故障隱患，使電網始終保持穩(wěn)定運行。

3.3 構建綜合能源生態(tài)環(huán)境

泛在電力物聯(lián)網技術為制定一系列電力系統(tǒng)的應用標準提供了技術保障，這些標準能夠得到全產業(yè)鏈的普遍認同，并且滿足了廣大客戶的基本需求。在一系列應用標準的基礎上，整合上下游產業(yè)鏈、重構外部生態(tài)大環(huán)境，進而拉動產業(yè)聚合成長，構建一個能源互聯(lián)網產業(yè)生態(tài)圈，既符合電力系統(tǒng)的生態(tài)保護標準要求，同時促進了電力系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展。

3.4 構建數(shù)據(jù)共享服務體系

泛在電力物聯(lián)網技術統(tǒng)一了數(shù)據(jù)接口以及數(shù)據(jù)傳輸標準，建立了一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型與業(yè)務內容全、共享范圍廣的數(shù)據(jù)，整個電力系統(tǒng)服務鏈條上的所有客戶均可以享有定制化服務，提升了數(shù)據(jù)應用水平。泛在電力物聯(lián)網技術對全生命周期產生的數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)測，針對社會各個領域電力能源的消耗情況，制定一個科學的用能方案，為各行各業(yè)提供確鑿的數(shù)據(jù)參考。

4 安科瑞電網2021泛在電力物聯(lián)網建設提供解決方案

安科瑞電氣深耕用戶側能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯(lián)網云平臺到終端傳感器的生態(tài)體系，在“源（電源）-網（電網）-荷（負荷）-儲（儲能）"各個環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，已經形成“云（云平臺）-管（有線/無線物聯(lián)）-邊（邊緣計算）-端（終端設備）"的生態(tài)系統(tǒng)，參與泛在電力物聯(lián)網建設，為電網建設“三型兩網"提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現(xiàn)信息連接和交互，產生共享數(shù)據(jù)，從而為電網、發(fā)電、供應商、用戶服務。

4.1云平臺

安科瑞電氣近年來已經陸續(xù)推出變電所運維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺、充電樁（電動汽車/自行車）運營管理云平臺、預付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案，并已經廣泛應用在多地網公司用戶端業(yè)務、環(huán)保部門、安監(jiān)部門等。

4.1.1變電所運維云平臺

據(jù)統(tǒng)計高供高計的工商業(yè)用戶數(shù)量達到200多萬戶，規(guī)模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風險預防薄弱等問題。公司和眾多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場，這是一個千億級別的市場。

AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網關及大數(shù)據(jù)分析技術，通過智能網關采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率、開關狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內通過短信和APP發(fā)出信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。

4.1.2能源管理云平臺

Acrelcloud-5000能耗管理云平臺可適用于各個行業(yè)，如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、建筑、商業(yè)綜合體等，可通過局域網、互聯(lián)網或者4G網絡采集不同區(qū)域多個建筑或單位的用能數(shù)據(jù)。

平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數(shù)據(jù)和光伏、風力、儲能等新能源數(shù)據(jù)，對用能數(shù)據(jù)進行分析，按照區(qū)域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數(shù)據(jù)和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。

4.1.3環(huán)保用電監(jiān)管云平臺

近年來我們的環(huán)境質量有了很大的改善，這都歸功于層面對環(huán)保的重視和環(huán)保部門的有力監(jiān)察。安科瑞針對環(huán)保監(jiān)察的痛點研發(fā)了環(huán)保用電監(jiān)管系統(tǒng)解決方案，助力環(huán)保部門堅決打贏藍天碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。

Acrelcloud-3000環(huán)保用電監(jiān)管平臺主要為產污排污企業(yè)服務，為環(huán)保部門提供在線監(jiān)管，為生產企業(yè)提供設備運行監(jiān)控和產污排污數(shù)據(jù)記錄。

平臺采集生產企業(yè)總用電量、生產用電和治污設備用電量，進行關聯(lián)分析，及時給出環(huán)保設備異常運行信號或企業(yè)異常生產信號，實現(xiàn)全過程防控。前端設備采用不停電免接線方案采集用電數(shù)據(jù)，經LORA無線上傳到環(huán)保數(shù)據(jù)網關，再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設施用電實時監(jiān)控，實現(xiàn)對排污企業(yè)生產運行*、全流程監(jiān)控，達到變人防為信息化技防，從事后處罰到介入，扭轉傳統(tǒng)依靠人力、經驗進行現(xiàn)場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實、有效的監(jiān)管方式。

4.1.4智慧用電云平臺

據(jù)應網站數(shù)據(jù)，2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數(shù)的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年共接報火災23.7萬起，因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災占總數(shù)的百分之三十四，較大和重大火災事故中，電氣火災的比例更高，紛紛出臺文件推廣智慧用電，從源頭上預防電氣火災的發(fā)生，現(xiàn)用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養(yǎng)老福利院、場所、學校、金融網點等人員密集場所廣泛開展。

安科瑞Acrelcloud-6000用電管理云平臺對電氣引發(fā)火災的主要因素（線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設備存在的隱患（如：線纜溫度異常、過載、過壓、欠壓及漏電等）并通過短信、APP推送、自動語音呼叫等方式及時，有效防止電氣火災的發(fā)生。系統(tǒng)可以顯示所有監(jiān)測點位的漏電電流等電氣參數(shù)和線纜溫度，并支持巡檢記錄和派單操作，提供隱患分析報告，實時評估企業(yè)用電狀態(tài)。

4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺

電動汽車現(xiàn)已成為廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運營管理云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。

電動自行車數(shù)量越來越多，解決了老百姓短距離出行問題，但是和電動自行車相關的和火災事故新聞也屢見不鮮，有逐年增長的趨勢，給社會帶來了很大的損失，成為人民生命和財產的一個隱患�；陔妱幼孕熊嚮馂牡奈：吞攸c，各級政府部門發(fā)文對電動自行車火災的整治都放在規(guī)范停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理云平臺，針對電動自行車火災治理提供充電管理、資產管理和交易管理的一攬子解決方案，解決充電難、管理難和收費難的問題，可應用于商業(yè)樓宇、小區(qū)、學校、醫(yī)院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。

4.1.6物業(yè)小區(qū)預付費管理云平臺

安科瑞遠程預付費系統(tǒng)可以針對各商業(yè)綜合體、小區(qū)、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業(yè)，學校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業(yè)分布式財務操作，在線支付，總部財務扎口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理系統(tǒng)已經成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經穩(wěn)定運行多年，適用于物業(yè)公司對小區(qū)、辦公和商鋪租戶的水電預付費管理，或者學校對學生宿舍的用電預付費和用電管控系統(tǒng)。

4.2有線/無線物聯(lián)

安科瑞根據(jù)多年來的項目經驗，結合用戶實際需求，開發(fā)了各類有線、區(qū)域無線、廣域無線通訊產品，包括網關和終端設備。支持RS485、以太網、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式，隨著5G建設步伐的加快，未來將會有越來越多的通訊方式融入產品，服務于泛在電力物聯(lián)網建設。

4.3邊緣計算

安科瑞針對物聯(lián)網應用開發(fā)了多款智能網關，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術，現(xiàn)場采集和存儲終端設備數(shù)據(jù)，并根據(jù)云平臺的需要，采用不同的協(xié)議和云平臺對接。所有數(shù)據(jù)采集、計算、異常觸發(fā)邏輯均在網關就地設置，網絡故障時數(shù)據(jù)存儲在本地，網絡恢復后補傳數(shù)據(jù)，斷點續(xù)傳，提高數(shù)據(jù)可靠性。

4.4終端設備

針對泛在電力物聯(lián)網的建設，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)網儀表，應用在不同場合以滿足不同需求，2019年全年各類終端儀表出貨量超過185萬臺。

4.5安科瑞產品在泛在電力物聯(lián)網的應用

近兩年來，安科瑞已經陸續(xù)參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區(qū)147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設，提供了包括云平臺、智能網關、終端設備等產品，各類用戶端云平臺在各地運行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯(lián)網的一部分。

“能源互聯(lián)網的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業(yè)態(tài)。"盡管針對泛在電力物聯(lián)網還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯(lián)網已經悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯(lián)網基礎建設的方方面面。

5 結語

泛在電力物聯(lián)網既需要理論知識的支撐，同時需要工程實踐的堅強保障。目前，已經擁有世界上規(guī)模的電力通信信息系統(tǒng)，為泛在電力物聯(lián)網的建設與遠景規(guī)劃奠定了堅實基礎。因此，在注重集約化、智能化建設原則的基礎上，應綜合考慮泛在電力物聯(lián)網的經濟實用性。此外，在構建泛在電力物聯(lián)網系統(tǒng)過程中，借鑒技術與實踐經驗，并與外界其他產業(yè)鏈建立長期合作關系，實現(xiàn)多方共贏、平等互惠、協(xié)同發(fā)展的美好愿景。

參考文獻

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[2]楊懷琴.泛在電力物聯(lián)網時代物聯(lián)網技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用

[3]侯秋宇.泛在電力物聯(lián)網實施策略研究[J].數(shù)碼設計

[4] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版

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