胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 

   摘要：在社會(huì )經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展中，配電網(wǎng)實(shí)現了角色轉變，傳統的單向供電服務(wù)形式已經(jīng)被雙向能流服務(wù)形式取代，社會(huì )多樣化的用電需求也得以有效滿(mǎn)足。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始應用于當今的電力系統。本文分析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統中的應用，希望可以為相關(guān)分析與研究提供參考。

   關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；智能配電系統；應用

   隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，配電網(wǎng)的角色在發(fā)生轉變：由單純的單向電能供應轉向復雜的雙向能流服務(wù)，如分布式發(fā)電的接入、用戶(hù)側多樣需求的滿(mǎn)足等。但受制于歷史發(fā)展情況，規模龐大的配電網(wǎng)難以立即適應新角色，特別在信息化和自動(dòng)化水平上存在長(cháng)足進(jìn)展空間。正是基于此，電力企業(yè)積極響應打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的戰略目標，其實(shí)質(zhì)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，充分吸納人工智能、大數據分析等要素，達成電力生產(chǎn)到電力消費各環(huán)節中各類(lèi)對象的信息互聯(lián)共享，從而實(shí)現對配網(wǎng)運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知與精細調控。但泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的研究尚不成熟，其與配網(wǎng)的融合更處于起步階段，需要進(jìn)行有益探索。

1、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念及體系架構

   在社會(huì )高度電氣化的當下，推進(jìn)電網(wǎng)信息化智能化的升級己成為世界各國共識。美國、歐盟、日韓等發(fā)達經(jīng)濟體均提出了相關(guān)遠景展望及工作計劃。我國是電力大國和電力強國，在電網(wǎng)發(fā)展的前沿陣地自然占有一席之地。電力公司關(guān)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的理解：將“源-網(wǎng)-荷"層面的人、物、設備等充分連接以達成泛在感知，借助可靠通信和高性能信息處理將海量數據在發(fā)、供、用之間共享，最終實(shí)現全網(wǎng)“能量流、信息流、業(yè)務(wù)流"的一體化融合，為價(jià)值服務(wù)提升提供有效平臺。

   針對集物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數據技術(shù)、數據庫存儲技術(shù)等多種技術(shù)手段為一體的復雜物聯(lián)網(wǎng)系統，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)多呈現出明顯的能量流、信息流與業(yè)務(wù)流交互耦合的特征，并可分為感知層、網(wǎng)絡(luò )層、平臺層以及應用層等四個(gè)架構維度。

1.1.感知層

   虛擬化是一個(gè)全新的運算模型，中小企業(yè)用戶(hù)能夠利用該模型在任意地點(diǎn)使用網(wǎng)絡(luò )連接的設備瀏覽應用程式，而使用流程在可大幅伸縮的數據中心，公司運算資源也能夠在這里動(dòng)態(tài)部署工作，并進(jìn)行公司數據共享。將運算散布于公司巨大的分布式網(wǎng)絡(luò )計算機系統上，而并非在自己的計算機系統或遠程服務(wù)器設備中，因此公司在大型互聯(lián)網(wǎng)數據中心的操作環(huán)境將和網(wǎng)絡(luò )更接近，這就要求公司能夠把運算資源遷移到實(shí)際需要的實(shí)際應用上，并按照要求使用計算機系統和數據庫管理系統。電力系統出現問(wèn)題不能正常工作或出現故障時(shí)，海量信息將會(huì )上傳到數據中心模塊，這就對計算機信息處理能力提出了高度的需求，與電力系統運營(yíng)相關(guān)的硬件投資成本也是很大的。而由于虛擬化讓超級計算能力通過(guò)網(wǎng)絡(luò )隨意流動(dòng)變?yōu)榱丝赡?，公司和個(gè)人用戶(hù)就無(wú)須再投資高昂的硬件采購成本，而只需利用網(wǎng)絡(luò )來(lái)采購或租用計算能力。電力系統運營(yíng)就能夠大幅節省生產(chǎn)成本，這和構建資源節約型社會(huì )是能夠相互照應的。

1.2.網(wǎng)絡(luò )層

   網(wǎng)絡(luò )層多用于保障泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務(wù)通信服務(wù)的整體質(zhì)量，多分為內部專(zhuān)網(wǎng)和互聯(lián)專(zhuān)網(wǎng)兩種類(lèi)型，且由于不同系統的通信距離和經(jīng)濟成本往往有所不同，因此其所適用的通信方式也會(huì )存在較大差異。例如，對于電力通信系統，其網(wǎng)絡(luò )層以電力線(xiàn)載波和230MHz無(wú)線(xiàn)通信最為常見(jiàn)，同時(shí)考慮到5G技術(shù)的飛速發(fā)展，以5G技術(shù)為核心的通信方式已經(jīng)成為現階段泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要發(fā)展趨勢。此外，從烏克蘭電網(wǎng)攻擊事件不難看出，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )層所進(jìn)行的安全管理往往是保證整個(gè)智能配電系統運行穩定性的關(guān)鍵所在，因此一般需以不同類(lèi)型的通信協(xié)議為依托來(lái)有效降低智能配電系統所存在的互聯(lián)網(wǎng)攻擊風(fēng)險。

1.3.平臺層

   泛在電力互聯(lián)網(wǎng)的平臺層的作用在于能夠實(shí)現系統數據的交互融合，依托于大數據存儲與分析技術(shù)，智能配電系統管理人員能夠就傳統能源生產(chǎn)模式下的信息存儲碎片化問(wèn)題進(jìn)行有效解決，不僅可從根本上消除信息孤島問(wèn)題，同時(shí)也可借助在線(xiàn)信息平臺和云數據中心的構建實(shí)現對電網(wǎng)運行數據的實(shí)時(shí)收集和整理，最終有助于保障電網(wǎng)發(fā)展決策的科學(xué)性和合理性，并能夠在電力數據共享機制的幫助下促進(jìn)配電系統數據處理模式的快速轉型。

1.4.應用層

   應用層是電力系統向樞紐型、平臺型和共享型變革的外在表現。其功能在于，基于海量電網(wǎng)運行數據與用戶(hù)側用能大數據，并針對電網(wǎng)運營(yíng)業(yè)務(wù)(如智能運維、電能結算、配電自動(dòng)化)、用戶(hù)用能業(yè)務(wù)(如個(gè)性化用能推薦、電動(dòng)汽車(chē)智能充電、需求側響應)及綜合能源系統運營(yíng)業(yè)務(wù)(如協(xié)調規劃、儲能市場(chǎng))等，搭建各類(lèi)針對性應用平臺，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)及其他能源系統的感知互動(dòng)。

2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1?應用于感知層的關(guān)鍵技術(shù)

   對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，感知層的主要作用在于保障系統感知數據的準確性和及時(shí)性，而在現代智能配電系統發(fā)展過(guò)程中，感知層的監測對象愈發(fā)多樣，監測數據愈發(fā)復雜，因此應在感知層呈現集成化發(fā)展態(tài)勢的基礎上就感知層技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步，以滿(mǎn)足現代智能配電系統的具體感知要求。針對新型電力物聯(lián)網(wǎng)設備研發(fā)技術(shù)，新的感知設備應滿(mǎn)足尺寸、環(huán)境、電磁兼容等多方面因素要求，并盡可能貼合當前階段電力行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)；針對底層傳感器部署技術(shù)，除了應完善部署方案確保對配電系統所有設備的全覆蓋監測外，還應在空間正四面體傳感器節點(diǎn)部署等部署思想的指導下合理發(fā)揮多種傳感器的應用價(jià)值，并以此提升感知層的整體感知效果。

2.2?應用于網(wǎng)絡(luò )層的關(guān)鍵技術(shù)

   因為當今的配電網(wǎng)有著(zhù)點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，所以如果依然按照傳統點(diǎn)對點(diǎn)形式的通信方法進(jìn)行設計，將很難將網(wǎng)絡(luò )層全面鋪開(kāi)。在設計網(wǎng)絡(luò )層進(jìn)行的過(guò)程中，應該應用有線(xiàn)模式和無(wú)線(xiàn)模式兩者互補的方式來(lái)實(shí)現，同時(shí)應該注重落實(shí)所有的安全防御工作。

   首先，應該注重底層自組網(wǎng)和核心通信網(wǎng)規劃技術(shù)的應用，因為配電通信系統中通常承載著(zhù)大量的業(yè)務(wù)傳輸任務(wù)，意味著(zhù)通信系統需要符合很多種的QoS需求。隨著(zhù)通信系統中的接入對象越來(lái)越豐富，泛在感知信息的數據量和呈現維度將出現指數式上升趨勢。為了有效應對這樣的情況，需要讓自組網(wǎng)的路由策略變得更加“健壯"。通過(guò)這樣的方式，可以有效保障底層接入網(wǎng)的控制量和狀態(tài)量，進(jìn)而實(shí)現海量信息的及時(shí)傳輸。在此過(guò)程中，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )擴充的相關(guān)算法，將配網(wǎng)系統和通信系統之間的耦合關(guān)系作為基礎，并從拓撲概念入手，對信息物理系統（Cyber-PhysicalSystems，CPS）進(jìn)行協(xié)同規劃。

2.3?平臺層關(guān)鍵技術(shù)

   數據融合技術(shù)。通過(guò)泛在感知的海量數據的特點(diǎn)是多源、異構、高冗余，必須依托數據融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行前置處理；數據存儲管理與挖掘分析技術(shù)。為應對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量數據的實(shí)時(shí)更新存儲，可采取策略：基于Hadoop平臺的數據壓縮方法；采用NoSQL技術(shù)對實(shí)際數據進(jìn)行分布式存儲管理。為提取大數據蘊含價(jià)值，可吸納K-means聚類(lèi)來(lái)分析用電行為，可借助Apriori算法尋找誘發(fā)諧波的主要原因等。

2.4?應用層關(guān)鍵技術(shù)

   對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應用層來(lái)說(shuō)，其以態(tài)勢感知技術(shù)和主動(dòng)優(yōu)化運作技術(shù)關(guān)鍵。態(tài)勢感知技術(shù)通過(guò)分析配電系統大數據來(lái)就智能配電系統中的各種安全風(fēng)險進(jìn)行實(shí)時(shí)預警和響應處置，能夠在將智能配電系統態(tài)勢感知分為態(tài)勢察覺(jué)、態(tài)勢理解和態(tài)勢預測的基礎上始終確保配電系統的優(yōu)化運行；主動(dòng)優(yōu)化運作技術(shù)的應用價(jià)值體現于用戶(hù)側角度的決策調整，如通過(guò)調整供電價(jià)格來(lái)提升電力企業(yè)的經(jīng)濟效益等，進(jìn)而在保障智能配電系統發(fā)展決策科學(xué)性及適用性的基礎上確保用戶(hù)滿(mǎn)意度的有效提升。

3、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(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。 用戶(hù)僅需購買(mǎi)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和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

   該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、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(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

4、應用場(chǎng)所

   本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、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(lǐng)域。

5、組網(wǎng)結構

6、平臺功能

6.1   可定制駕駛艙

   可定制化的駕駛艙：可根據客戶(hù)的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過(guò)培訓的工程或調試人員自行繪制客戶(hù)所需的駕駛艙頁(yè)面。

   例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙，內容有：預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統計、收益統計、運維情況等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時(shí)可以在BIM模型中預警顯示。

6.2   電力集抄

   電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設 備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖 

6.3   能耗分析

   能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)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(guò)程有機結合起來(lái)，運用數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析 與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，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，達到節能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

6.4預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

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

預付費看板

6.5 充電樁管理

   通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

6.6   智能照明

   智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

照明實(shí)時(shí)監控

6.7 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、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現快速時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

6.8 智慧消防

   通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。彌補了原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

智慧消防看板

7、系統硬件配置

結語(yǔ)：

   綜上所述，在當今的電氣化時(shí)代，社會(huì )經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對各行各業(yè)的發(fā)展起到了有效的推動(dòng)作用，其中電力行業(yè)的發(fā)展十分可觀(guān)。但是，當今的電力行業(yè)智能配電系統依然在自動(dòng)化和信息化方面存在著(zhù)不足。將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于智能配電系統，將有效彌補其存在的不足，利用先進(jìn)技術(shù)為智能配電系統的發(fā)展提供動(dòng)力，進(jìn)一步提升我國電力行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

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[2]張浩，趙平順，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統應用.

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