泛在電力物聯網在智能配電系統(tǒng)中的應用

時間：2021-03-29作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：112

周曉麗
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 
摘要：在社會經濟和科學技術不斷發(fā)展中，配電網實現了角色轉變，傳統(tǒng)的單向供電服務形式已經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。隨著物聯網技術的發(fā)展，泛在電力物聯網開始應用于當今的電力系統(tǒng)。本文分析泛在電力物聯網在智能配電系統(tǒng)中的應用，希望可以為相關分析與研究提供參考。 
關鍵詞：泛在電力物聯網；電力系統(tǒng)；智能配電系統(tǒng)
0引言
隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，配電網的規(guī)模不斷加大。但是，在信息化時代中，配電網在自動化和信息化水平方面有待進一步提升。將泛在電力物聯網應用于智能配電系統(tǒng)，就是將物聯網技術作為一項核心技術，并充分吸納**的人工智能技術、大數據技術等，促使電力系統(tǒng)運行過程中的每一個環(huán)節(jié)都可以實現信息與數據的共享。 
1泛在電力物聯網的相關概念 
對于泛在電力物聯網的概念，我國的很多電力企業(yè)給出了這樣的解釋：泛在電力物聯網是將源、網以及荷三個層面之中的人、物以及設備等實現充分的連接，并使之達成一種泛在感知，然后通過當今**可靠的通信技術和信息處理技術，提供、發(fā)送以及使用海量的數據，使這些數據在電網的各個運行環(huán)節(jié)實現共享，實現信息流、能量流以及業(yè)務流在整個電 網中的一體化融合，進一步提升電網服務，創(chuàng)造一個更加可靠的平臺。
2泛在電力物聯網的體系架構分析
2.1感知層
對于泛在電力物聯網而言，感知層相當于神經末梢。感知層的物理形態(tài)很多，典型的形態(tài)包括電廠站端的各種互感器、集中器、電能表和用戶側的各種智能電器。感知層可以實現對電網全景的感知，其中的決策單元可以在**有過的廣度和深度方面洞悉整個電網中每一個環(huán)節(jié)的運行情況，進而為各種類別的電力應用打下堅實的基礎。 
2.2網絡層 
在泛在電力物聯網中，網絡層可以提供信息的交互通道，有效**各種類型的業(yè)務信息。網絡層的具體實現方式應該根據各種類別信息的實際情況、傳輸距離以及成本等各方面的因素來確定。同時，泛在電力物聯網的網絡層也可以對網絡異常情況作出及時準確的識別、分析、預警和預判，以進一步提升網絡運行的可靠性。 
2.3平臺層 
在泛在電力物聯網中，平臺層的主要作用是實時更新整個電網中海量的信息數據，并對這些信息數據進行科學性分析，同時也可以對這些信息數據的共享進行管理。通過平臺層的應用，可以打破傳統(tǒng)配電網運行過程中的信息孤島，并有效解決信息儲存碎片化問題，對于當今電力系統(tǒng)朝著電力與數據兩方面并重轉型、發(fā)展都有著幫助。 
2.4應用層 
應用層是以全景大數據為基礎，實現各種新型應用平臺的搭建，使所有參與到電力系統(tǒng)之中的參與方之間實現良好的感知與互動。 
3泛在電力物聯網在智能配電系統(tǒng)中的關鍵技術
3.1應用于感知層的關鍵技術 
與傳統(tǒng)的輸電網相比，配電網有著更加復雜的拓撲結構和更加多樣化的入網設備，包括塔桿、電纜、架空線路、隔離開關、配電變壓器、無功補償器和很多其他的附屬設備。配電網可以根據電壓等級進行分類，具體分類情況如表1所示。
 
為了有效監(jiān)測配電網，提升傳感設備的集成化程度。在此過程中，需要考慮傳感設備的尺寸、兼容性等各方面因素，研發(fā)出更符合當今配電系統(tǒng)實際需求的新型設備。同時，在感知層技術的應用過程中，應該將底層傳感器的部署技術作為關鍵，并使之得到進一步的深化。 
3.2應用于網絡層的關鍵技術 
因為當今的配電網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，將很難將網絡層鋪開。在設計網絡層進行的過程中，應該應用有線模式和無線模式兩者互補的方式來實現,同時應該注重落實所有的防御工作。
首先，應該注重底層自組網和核心通信網規(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，需要讓自組網的路由策略變得更加“健壯”。通過這樣的方式，可以有效**底層接入網的控制量和狀態(tài)量，進而實現海量信息的及時傳輸。在此過程中，可以通過網絡擴充的相關算法，將配網系統(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-Physical Systems, CPS)進行協同規(guī)劃。 
3.3應用于平臺層的關鍵技術 
數據融合技術的應用。因為借助于泛在感知所獲得的數據有著多源化、異構化和冗余化的特征，所以在進行前置處理的過程中，一定要對數據融合技術加以合理應用，以有效**數據的準確性、完整性。其次，應該合理應用數據儲存管理技術和數據挖掘分析技術，通過這些技術，實現泛在電力物聯網中的海量數據的實時更新與存儲。在具體的應用過程中，可以將Hadoop (由Apache基金會所開發(fā)的分布式系統(tǒng)基礎架構)平臺中的數據壓縮法作為基礎，通過NoSQL (非關系型的數據庫)技術進行實際數據的分布式儲存和管理。 
3.4應用于應用層的關鍵技術 
在泛在電力物聯網這一環(huán)境中，電力諧波的注入問題、潮流雙向流動問題、電壓或者頻率加劇等問題十分常見，電力行業(yè)需要應用一些新型技術克服這些問題。首先，可以合理利用態(tài)勢感知技術，借助于對態(tài)勢的察覺、對態(tài)勢的理解以及對態(tài)勢的預測來識別電網運行過程中潛在的風險隱患，并對其進行科學分析和有效處理。 
4泛在電力物聯網和智能配電網之間的融合展望 
在物聯網技術和電力行業(yè)的不斷發(fā)展過程中，將泛在電力物聯網和智能配電網實現良好的融合，可以轉變當今配電系統(tǒng)的供電情況。以下的兩個層面是對泛在電力物聯網和智能配電網之間的融合進行的展望。 
4.1層面一：配電網運行狀態(tài)在線檢測與風險評估展望 
泛在電力物聯網中的通信系統(tǒng)功能十分強大，可以實時感知各個設備實際的運行狀況，然后將其有的數據挖掘能力作為依托，可以在不需要提取電氣量、不進行現場人工巡查的基礎上識別配電系統(tǒng)中潛伏性的異常情況，并評估配電網運行過程中面臨的風險程度。 
4.2層面二：主動配電系統(tǒng)固化與綜合能源協調運行展望 
隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電網和用戶之間的界限越來越模糊，異質能源越來越混雜，并得到了協同應用。在這樣的情況下，智能配電網運行的靈活性與自主性需要得到進一步提升。在此過程中，應該將其能夠感知到的各種大數據作為基礎，以此實現復合分布和預測模型的建立，并通過邊緣計算技術提升配電網在不穩(wěn)定環(huán)境中運行的彈性。另外，可以應用當今的云計算技術分析各種的異質能源，并使其得到合理利用。 
5安科瑞為國家電網2020泛在電力物聯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）-邊（邊緣計算）-端（終端設備）”的生態(tài)系統(tǒng)，參與泛在電力物聯網建設，為國家電網建設“三型兩網”提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現信息連接和交互，產生共享數據，從而為電網、發(fā)電、供應商、用戶服務。
5.1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國網公司用戶端業(yè)務、**、安監(jiān)部門、住建部門等。
5.1.1變電所運維云平臺
據統(tǒng)計全國高供高計的工商業(yè)用戶數量達到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。國網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據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平臺采集的數據包括變電所電氣參數和環(huán)境數據，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、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到指定人員手機上，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)現運行缺陷并做消缺處理。
5.1.2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)，如辦公建筑、工廠、教育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)綜合體等，可通過局域網、互聯網或者4G網絡采集不同區(qū)域多個建筑或單位的用能數據。
平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲能等新能源數據，對用能數據進行分析，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據追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數據和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。
5.1.3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，這都歸功于國家層面對環(huán)保的重視和**的有力監(jiān)察執(zhí)法。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**堅決打贏藍天碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。
Acrelcloud-3000環(huán)保用電監(jiān)管平臺主要為環(huán)保監(jiān)察部門和產污排污企業(yè)服務，為**提供在線監(jiān)管和執(zhí)法依據，為生產企業(yè)提供設備運行監(jiān)控和產污排污數據記錄。
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，實現全過程防控。**設備采用不停電免接線方案采集用電數據，經LORA無線上傳到環(huán)保數據網關，再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地**通過污染防治設施用電實時監(jiān)控，實現對排污企業(yè)生產運行無死角、全流程監(jiān)控，達到變人防為信息化技防，從事后處罰到介入式執(zhí)法，扭轉傳統(tǒng)依靠人力、經驗進行現場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實、有效的監(jiān)管方式，形成長效機制。
 
5.1.4智慧用電云平臺
據應急管理部網站數據，2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年全國共接報火災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。**、公安部消防局以及各省市自治區(qū)直轄市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，現用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養(yǎng)老福利院、醫(yī)療場所、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）進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現場數據，實時發(fā)現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預警，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)。
5.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺
電動汽車現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據采集和監(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；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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。
電動自行車數量越來越多，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。
5.1.6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)。
 
5.2有線/無線物聯
安科瑞根據多年來的項目經驗，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網建設。
5.3邊緣計算
安科瑞針對物聯網應用開發(fā)了多款智能網關，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術，現場采集和存儲終端設備數據，并根據云平臺的需要，采用不同的協議和云平臺對接。所有數據采集、計算、異常報警觸發(fā)邏輯均在網關就地設置，網絡故障時數據存儲在本地，網絡恢復后補傳數據，斷點續(xù)傳，提高數據可靠性。
5.4終端設備
針對泛在電力物聯網的建設，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯網儀表，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過185萬臺。
 
5.5安科瑞產品在泛在電力物聯網的應用
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全國各地運行案例700多套，并且根據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網的一部分。
“能源互聯網的春天到了，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網還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯網已經悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯網基礎建設的方方面面。
6總結
綜上所述，在當今的電氣化時代，社會經濟與科學技術的發(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。將泛在電力物聯網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**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] 谷智偉.泛在電力物聯網在智能配電系統(tǒng)中的應用
[2] 姚濤，鈕彬，王從春，等.低壓PLC技術在泛在電力物聯網中的應用[J].通訊世界，2019, (12) : 192- 193. 
[3] 徐震，王云鵬，李海.泛在電力物聯網智能傳動技術[J].農村電氣化，2019, (9) : 27-30. 
[4] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版
 

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