胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 

   摘要：在社會經(jīng)濟和科學技術不斷發(fā)展中，配電網(wǎng)實現(xiàn)了角色轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的單向供電服務形式已經(jīng)被雙向能流服務形式取代，社會多樣化的用電需求也得以有效滿足。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開始應用于當今的電力系統(tǒng)。本文分析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的應用，希望可以為相關分析與研究提供參考。

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

   隨著時代的發(fā)展，配電網(wǎng)的角色在發(fā)生轉(zhuǎn)變：由單純的單向電能供應轉(zhuǎn)向復雜的雙向能流服務，如分布式發(fā)電的接入、用戶側(cè)多樣需求的滿足等。但受制于歷史發(fā)展情況，規(guī)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化水平上存在長足進展空間。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(zhàn)略目標，其實質(zhì)是以物聯(lián)網(wǎng)技術為核心，充分吸納人工智能、大數(shù)據(jù)分析等要素，達成電力生產(chǎn)到電力消費各環(huán)節(jié)中各類對象的信息互聯(lián)共享，從而實現(xiàn)對配網(wǎng)運行狀態(tài)的實時感知與精細調(diào)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

   在社會高度電氣化的當下，推進電網(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(shù)據(jù)在發(fā)、供、用之間共享，最終實現(xiàn)全網(wǎng)“能量流、信息流、業(yè)務流"的一體化融合，為價值服務提升提供有效平臺。

   針對集物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術、數(shù)據(jù)庫存儲技術等多種技術手段為一體的復雜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)多呈現(xiàn)出明顯的能量流、信息流與業(yè)務流交互耦合的特征，并可分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層以及應用層等四個架構維度。

1.1.感知層

   虛擬化是一個全新的運算模型，中小企業(yè)用戶能夠利用該模型在任意地點使用網(wǎng)絡連接的設備瀏覽應用程式，而使用流程在可大幅伸縮的數(shù)據(jù)中心，公司運算資源也能夠在這里動態(tài)部署工作，并進行公司數(shù)據(jù)共享。將運算散布于公司巨大的分布式網(wǎng)絡計算機系統(tǒng)上，而并非在自己的計算機系統(tǒng)或遠程服務器設備中，因此公司在大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的操作環(huán)境將和網(wǎng)絡更接近，這就要求公司能夠把運算資源遷移到實際需要的實際應用上，并按照要求使用計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題不能正常工作或出現(xiàn)故障時，海量信息將會上傳到數(shù)據(jù)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(tǒng)運營相關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網(wǎng)絡隨意流動變?yōu)榱丝赡?，公司和個人用戶就無須再投資高昂的硬件采購成本，而只需利用網(wǎng)絡來采購或租用計算能力。電力系統(tǒng)運營就能夠大幅節(jié)省生產(chǎn)成本，這和構建資源節(jié)約型社會是能夠相互照應的。

1.2.網(wǎng)絡層

   網(wǎng)絡層多用于保障泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務通信服務的整體質(zhì)量，多分為內(nèi)部專網(wǎng)和互聯(lián)專網(wǎng)兩種類型，且由于不同系統(tǒng)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存在較大差異。例如，對于電力通信系統(tǒng)，其網(wǎng)絡層以電力線載波和230MHz無線通信最為常見，同時考慮到5G技術的飛速發(fā)展，以5G技術為核心的通信方式已經(jīng)成為現(xiàn)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)絡層所進行的安全管理往往是保證整個智能配電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的關鍵所在，因此一般需以不同類型的通信協(xié)議為依托來有效降低智能配電系統(tǒng)所存在的互聯(lián)網(wǎng)攻擊風險。

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?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互融合，依托于大數(shù)據(jù)存儲與分析技術，智能配電系統(tǒng)管理人員能夠就傳統(tǒng)能源生產(chǎn)模式下的信息存儲碎片化問題進行有效解決，不僅可從根本上消除信息孤島問題，同時也可借助在線信息平臺和云數(shù)據(jù)中心的構建實現(xiàn)對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的實時收集和整理，最終有助于保障電網(wǎng)發(fā)展決策的科學性和合理性，并能夠在電力數(shù)據(jù)共享機制的幫助下促進配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模式的快速轉(zhuǎn)型。

1.4.應用層

   應用層是電力系統(tǒng)向樞紐型、平臺型和共享型變革的外在表現(xiàn)。其功能在于，基于海量電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)與用戶側(cè)用能大數(shù)據(jù)，并針對電網(wǎng)運營業(yè)務(如智能運維、電能結算、配電自動化)、用戶用能業(yè)務(如個性化用能推薦、電動汽車智能充電、需求側(cè)響應)及綜合能源系統(tǒng)運營業(yè)務(如協(xié)調(diào)規(guī)劃、儲能市場)等，搭建各類針對性應用平臺，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶及其他能源系統(tǒng)的感知互動。

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

2.1?應用于感知層的關鍵技術

   對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來說，感知層的主要作用在于保障系統(tǒng)感知數(shù)據(jù)的準確性和及時性，而在現(xiàn)代智能配電系統(tǒng)發(fā)展過程中，感知層的監(jiān)測對象愈發(fā)多樣，監(jiān)測數(shù)據(jù)愈發(fā)復雜，因此應在感知層呈現(xiàn)集成化發(fā)展態(tài)勢的基礎上就感知層技術進行進一步，以滿足現(xiàn)代智能配電系統(tǒng)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，新的感知設備應滿足尺寸、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；針對底層傳感器部署技術，除了應完善部署方案確保對配電系統(tǒng)所有設備的全覆蓋監(jiān)測外，還應在空間正四面體傳感器節(jié)點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值，并以此提升感知層的整體感知效果。

2.2?應用于網(wǎng)絡層的關鍵技術

   因為當今的配電網(wǎng)有著點多面廣的特點，所以如果依然按照傳統(tǒng)點對點形式的通信方法進行設計，將很難將網(wǎng)絡層全面鋪開。在設計網(wǎng)絡層進行的過程中，應該應用有線模式和無線模式兩者互補的方式來實現(xiàn)，同時應該注重落實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(guī)劃技術的應用，因為配電通信系統(tǒng)中通常承載著大量的業(yè)務傳輸任務，意味著通信系統(tǒng)需要符合很多種的QoS需求。隨著通信系統(tǒng)中的接入對象越來越豐富，泛在感知信息的數(shù)據(jù)量和呈現(xiàn)維度將出現(xiàn)指數(shù)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，進而實現(xiàn)海量信息的及時傳輸。在此過程中，可以通過網(wǎng)絡擴充的相關算法，將配網(wǎng)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)之間的耦合關系作為基礎，并從拓撲概念入手，對信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystems，CPS）進行協(xié)同規(guī)劃。

2.3?平臺層關鍵技術

   數(shù)據(jù)融合技術。通過泛在感知的海量數(shù)據(jù)的特點是多源、異構、高冗余，必須依托數(shù)據(jù)融合技術來進行前置處理；數(shù)據(jù)存儲管理與挖掘分析技術。為應對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的實時更新存儲，可采取策略：基于Hadoop平臺的數(shù)據(jù)壓縮方法；采用NoSQL技術對實際數(shù)據(jù)進行分布式存儲管理。為提取大數(shù)據(jù)蘊含價值，可吸納K-means聚類來分析用電行為，可借助Apriori算法尋找誘發(fā)諧波的主要原因等。

2.4?應用層關鍵技術

   對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應用層來說，其以態(tài)勢感知技術和主動優(yōu)化運作技術關鍵。態(tài)勢感知技術通過分析配電系統(tǒng)大數(shù)據(jù)來就智能配電系統(tǒng)中的各種安全風險進行實時預警和響應處置，能夠在將智能配電系統(tǒng)態(tài)勢感知分為態(tài)勢察覺、態(tài)勢理解和態(tài)勢預測的基礎上始終確保配電系統(tǒng)的優(yōu)化運行；主動優(yōu)化運作技術的應用價值體現(xiàn)于用戶側(cè)角度的決策調(diào)整，如通過調(diào)整供電價格來提升電力企業(yè)的經(jīng)濟效益等，進而在保障智能配電系統(tǒng)發(fā)展決策科學性及適用性的基礎上確保用戶滿意度的有效提升。

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。

4、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。

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(jù)客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過培訓的工程或調(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：預付費、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設備管理、能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)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現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、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 備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖 

6.3   能耗分析

   能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現(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、科學化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結合起來，運用數(shù)據(jù)處理與分析技術，進行離線生產(chǎn)分析 與管理，實現(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、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節(jié)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：管理操作員賬戶及權限分配，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）報表中心：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。

預付費看板

6.5 充電樁管理

   通過物聯(lián)網(wǎng)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預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

6.6   智能照明

   智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，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(jié)能減掛的效果。

照明實時監(jiān)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（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現(xiàn)快速時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。

6.8 智慧消防

   通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。彌補了原先針對“九小場所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求。

智慧消防看板

7、系統(tǒng)硬件配置

結語：

   綜上所述，在當今的電氣化時代，社會經(jīng)濟與科學技術的發(fā)展對各行各業(yè)的發(fā)展起到了有效的推動作用，其中電力行業(yè)的發(fā)展十分可觀。但是，當今的電力行業(yè)智能配電系統(tǒng)依然在自動化和信息化方面存在著不足。將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術應用于智能配電系統(tǒng)，將有效彌補其存在的不足，利用先進技術為智能配電系統(tǒng)的發(fā)展提供動力，進一步提升我國電力行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]姚濤，鈕彬，王從春，等.低壓PLC技術在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應用[J].通訊世界，2019，（12）：192-193.

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

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版