【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(chǔ)，注重用戶之間以及用戶與電網(wǎng)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)連接和互動(dòng)，并對(duì)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集分析和實(shí)時(shí)高速傳輸，從而加強(qiáng)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(wú)時(shí)不在、無(wú)處不在：除了電力設(shè)備外，成千上萬(wàn)的電器，甚至是用戶的穿戴設(shè)備，都將通過(guò)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(duì)象之一；

②多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)貫通：電網(wǎng)多種業(yè)務(wù)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(tái)進(jìn)行管理，為應(yīng)用提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)平臺(tái)支撐；

③應(yīng)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(yīng)用層將會(huì)逐漸完善功能，及時(shí)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(jì)運(yùn)行；

④數(shù)據(jù)呈現(xiàn)巨大效益：電網(wǎng)數(shù)據(jù)價(jià)值得到充分挖掘，既能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)和盈利模式創(chuàng)新，又能為各種創(chuàng)新型機(jī)構(gòu)提供共享數(shù)據(jù)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

   UPIoT的作用主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

1）支撐電網(wǎng)運(yùn)行性能提升

2）促進(jìn)與用戶互動(dòng)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?jī)r(jià)值

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的已有基礎(chǔ)

   UPIoT的概念是基于目前電力系統(tǒng)信息化、智能化的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)提出來(lái)的。本節(jié)從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電5個(gè)方面，闡述電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)。

2.1發(fā)電領(lǐng)域

   “互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的任務(wù)之一就是推動(dòng)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在傳感器應(yīng)用及對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，構(gòu)建了發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組狀態(tài)遠(yuǎn)程在線專家診斷、故障預(yù)報(bào)、科學(xué)維護(hù)，保障機(jī)組安全運(yùn)行；文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了基于視頻監(jiān)控、RFID、GPRS等技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)各類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的可視化。文獻(xiàn)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(yuǎn)程服務(wù)器生成并下達(dá)。

2.2輸電領(lǐng)域

   物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)輸電線路狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及線路安全檢修管控。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)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。現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往存在運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、數(shù)據(jù)傳輸率低等問(wèn)題。文獻(xiàn)組建了基于級(jí)聯(lián)拓?fù)錈o(wú)線Mesh與光纖復(fù)合架空地線光傳輸耦合網(wǎng)絡(luò)，滿足輸電線路設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、可靠性和安全性要求。文獻(xiàn)則采用接入網(wǎng)和匯聚網(wǎng)兩級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變電站和輸電線路的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

2.3變電領(lǐng)域

   物聯(lián)網(wǎng)在變電領(lǐng)域的應(yīng)用包括了變電站電氣信息，設(shè)備溫度等狀態(tài)信息和運(yùn)行操作信息的監(jiān)控預(yù)警與故障診斷等方面，著力于解決變電設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)裝置孤島運(yùn)行、故障診斷功能不足等問(wèn)題。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、通信和處理的有*手段。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了變電設(shè)備智能監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，并基于一*化智能監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)、分布式計(jì)算以及設(shè)備故障診斷和預(yù)警功能。

2.4配電領(lǐng)域

   物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電領(lǐng)域的應(yīng)用包括對(duì)配電設(shè)備及其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、故障定位、資產(chǎn)管理。文獻(xiàn)采用無(wú)線傳感器反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（WSANs）構(gòu)建了智能電網(wǎng)的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的可視可控。文獻(xiàn)采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)確，性價(jià)比更高。文獻(xiàn)將RFID應(yīng)用到資產(chǎn)管理工作中，提高資產(chǎn)管理水平和效率。主動(dòng)地對(duì)并網(wǎng)分布式發(fā)電（DG）、儲(chǔ)能、充電樁、有載調(diào)壓變壓器、無(wú)功補(bǔ)償?shù)扰潆娋W(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化與控制是主動(dòng)配電網(wǎng)的主要功能，而這些功能的實(shí)現(xiàn)往往依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。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(diǎn)。文獻(xiàn)論述了配電物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵構(gòu)想和應(yīng)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(lǐng)域

   物聯(lián)網(wǎng)在用電領(lǐng)域的應(yīng)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(wù)系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)在用戶側(cè)的重要組成部分，文獻(xiàn)分別從組成架構(gòu)和信息架構(gòu)兩方面介紹了用電設(shè)備智聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)，并分析了用電設(shè)備智聯(lián)網(wǎng)這個(gè)“電力物聯(lián)網(wǎng)”的功能，異構(gòu)了電力光纖、雙絞線、現(xiàn)場(chǎng)總線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等大容量傳輸技術(shù)，可以支撐DG、電動(dòng)汽車和智能家居的應(yīng)用。中國(guó)已經(jīng)推廣應(yīng)用了智能電表，結(jié)合UPIoT的建設(shè)推進(jìn)，智能電表的超計(jì)量功能價(jià)值凸顯，智能用電的各種場(chǎng)景都將變得清晰。

   總體上看，UPIoT是電力網(wǎng)-信息網(wǎng)-社會(huì)網(wǎng)的融*。在此階段，需要加強(qiáng)4個(gè)方面的研究：大范圍多設(shè)備感知能力強(qiáng)化；多業(yè)務(wù)異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理平臺(tái)建設(shè)，包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與模型統(tǒng)一、系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)統(tǒng)一、平臺(tái)入口統(tǒng)一等；電力大數(shù)據(jù)快速分析與應(yīng)用；用電大數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)及分級(jí)授權(quán)方法。

3 發(fā)展形態(tài)

   隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與云/邊緣計(jì)算技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用深化，UPIoT的形態(tài)也會(huì)逐漸演化。

階段，UPIoT基本實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化和自動(dòng)化，建成一系列通信信息平臺(tái)和自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)當(dāng)前智能電網(wǎng)的發(fā)展水平；

第2階段：UPIoT連接對(duì)象更加豐富，數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平明顯提高，數(shù)據(jù)采集、通信與計(jì)算處理分析的效率與質(zhì)量提升，提高電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的可觀可測(cè)性，通過(guò)貫通不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，逐漸實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)透明化運(yùn)行；

第3階段：UPIoT加強(qiáng)用戶與電網(wǎng)交互，萬(wàn)千主體在開(kāi)放式平臺(tái)上參與電力生產(chǎn)與消費(fèi)，促*電力供應(yīng)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(shù)挑戰(zhàn)

   為達(dá)到透明電網(wǎng)乃至零邊際成本電網(wǎng)形態(tài)，UPIoT的建設(shè)還需要克服多項(xiàng)技術(shù)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(gè)方面，提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn)。

1）傳感器的覆蓋不充分，電網(wǎng)仍存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)

2）數(shù)據(jù)模型和通信標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)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(jià)值尚未被有*挖掘

5 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

（1）概述

    Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)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(gòu)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(yǔ)言、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

（2）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。

（3）平臺(tái)結(jié)構(gòu)

（4）平臺(tái)功能

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

   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(kāi)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(kāi)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(kāi)戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報(bào)表：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。

（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?yàn)槲㈦娋W(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。