【解決方案】泛在電力物聯網發展形態與挑戰

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 泛在電力物聯網的主要作用

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

    UPIoT的主要特征表現在：

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網中，支持終端即插即用，用戶本身也是物聯網連接的對象之一；

②多種業務數據貫通：電網多種業務打破數據壁壘，各環節數據統一在大數據平臺進行管理，為應用提供強大的數據平臺支撐；

③應用功能完善：隨著人工智能算法、大數據分析方法的成熟，應用層將會逐漸完善功能，及時處理多種數據形成分析結果和優化方案反饋回電網，保證電網安全穩定可靠經濟運行；

④數據呈現巨大效益：電網數據價值得到充分挖掘，既能實現電網企業業務轉型升級和盈利模式創新，又能為各種創新型機構提供共享數據，促進社會經濟發展。

   UPIoT的作用主要體現在以下4個方面：

1）支撐電網運行性能提升

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）挖掘用電大數據的增量價值

2 物聯網技術在電網中的已有基礎

   UPIoT的概念是基于目前電力系統信息化、智能化的技術現狀和發展趨勢提出來的。本節從發電、輸電、變電、配電、用電5個方面，闡述電網中物聯網技術的研究和應用基礎。

2.1發電領域

   “互聯網+”智慧能源的任務之一就是推動能源生產智慧化，提升大規模新能源的消納能力。作為實現這一目標的技術基礎，物聯網技術在發電領域的應用主要體現在傳感器應用及對發電機實時狀態監測。文獻基于物聯網架構，構建了發電機組遠程狀態監測系統，實現了機組狀態遠程在線專家診斷、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控、RFID、GPRS等技術的物聯網監控平臺，實現發電系統各類動態數據的可視化。文獻利用ZigBee和嵌入式系統搭建微網分布式電源的控制系統，其中，ZigBee用于短距離通信，嵌入式系統用于數據格式處理和通信協議轉化，控制命令由遠程服務器生成并下達。

2.2輸電領域

   物聯網技術在輸電領域的應用主要體現在對輸電線路狀態的監測及線路安全檢修管控。目前，基于物聯網技術的輸電線路監測系統，根據應用場合的不同，數據采集的方式或傳輸層的通信方式也可能不一樣。現有監測系統往往存在運行維護費用高、數據傳輸率低等問題。文獻組建了基于級聯拓撲無線Mesh與光纖復合架空地線光傳輸耦合網絡，滿足輸電線路設備物聯網通信網絡帶寬、時延、可靠性和安全性要求。文獻則采用接入網和匯聚網兩級通信網絡結構進行變電站和輸電線路的通信網絡設計，從而實現遠距離傳輸。

2.3變電領域

   物聯網在變電領域的應用包括了變電站電氣信息，設備溫度等狀態信息和運行操作信息的監控預警與故障診斷等方面，著力于解決變電設備狀態實時監測、監測裝置孤島運行、故障診斷功能不足等問題。工業物聯網是實現變電站監控數據實時采集、通信和處理的有*手段。文獻設計了變電設備智能監測傳感網絡，并基于一*化智能監測裝置實現收發數據、分布式計算以及設備故障診斷和預警功能。

2.4配電領域

   物聯網技術在配電領域的應用包括對配電設備及其運行狀態的監測、故障定位、資產管理。文獻采用無線傳感器反應網絡（WSANs）構建了智能電網的信息系統，實現智能電網的可視可控。文獻采用無線傳感網絡建立了配網故障定位系統，相比于傳統故障定位系統，故障定位更準確，性價比更高。文獻將RFID應用到資產管理工作中，提高資產管理水平和效率。主動地對并網分布式發電（DG）、儲能、充電樁、有載調壓變壓器、無功補償等配電網設備的運行進行優化與控制是主動配電網的主要功能，而這些功能的實現往往依賴于物聯網技術。兩者的*度融*將形成配電物聯網，成為能源轉型“再電氣化”發展的新思路、新模式、新焦點。文獻論述了配電物聯網的內涵構想和應用特征，提出由“云、管、邊、端”構成的配電物聯網體系架構。

2.5用電領域

   物聯網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。智能用電服務系統是智能電網建設在用戶側的重要組成部分，文獻分別從組成架構和信息架構兩方面介紹了用電設備智聯網的體系架構，并分析了用電設備智聯網這個“電力物聯網”的功能，異構了電力光纖、雙絞線、現場總線和無線網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。中國已經推廣應用了智能電表，結合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-信息網-社會網的融*。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；多業務異構數據統一管理平臺建設，包括數據標準與模型統一、系統技術架構統一、平臺入口統一等；電力大數據快速分析與應用；用電大數據安全與隱私保護及分級授權方法。

3 發展形態

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

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

第2階段：UPIoT連接對象更加豐富，數據的應用水平明顯提高，數據采集、通信與計算處理分析的效率與質量提升，提高電力系統各個環節的可觀可測性，通過貫通不同業務數據，逐漸實現電網透明化運行；

第3階段：UPIoT加強用戶與電網交互，萬千主體在開放式平臺上參與電力生產與消費，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形態。

4 泛在電力物聯網的技術挑戰

   為達到透明電網乃至零邊際成本電網形態，UPIoT的建設還需要克服多項技術難題。本節從數據采集、數據通信、數據處理3個方面，提出泛在電力物聯網的技術挑戰。

1）傳感器的覆蓋不充分，電網仍存在監測盲區

2）數據模型和通信標準沒有統一，信息孤島難以*除

3）數據分析智能化程度低，用電數據價值尚未被有*挖掘

5 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

    Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、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、多終端數據訪問。

（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、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

   電力集抄；變壓器監控；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、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、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，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

（5）系統硬件配置

 

 

 

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能效管理和環保安全用電。