孟洋
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
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)；電力系統(tǒng)；智能配電系統(tǒng)
0引言
隨著我電力行業(yè)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的規(guī)模不斷加大。但是，在信息化時代中，配電網(wǎng)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(lián)網(wǎng)應用于智能配電系統(tǒng)，就是將物聯(lián)網(wǎng)技術作為一項核心技術，并充分吸納先進的人工智能技術、大數(shù)據(jù)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(xiàn)信息與數(shù)據(jù)的共享。
1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的相關概念
對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念，我的很多電力企業(yè)給出了這樣的解釋：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是將源、網(wǎng)以及荷三個層面之中的人、物以及設備等實現(xiàn)充分的連接，并使之達成一種泛在感知，然后通過當今先進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(shù)據(jù)，使這些數(shù)據(jù)在電網(wǎng)的各個運行環(huán)節(jié)實現(xiàn)共享，實現(xiàn)信息流、能量流以及業(yè)務流在整個電 網(wǎng)中的一體化融合，進一步提升電網(wǎng)價值服務，創(chuàng)造一個加可靠的平臺。
2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)分析
2.1感知層
對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)而言，感知層相當于神經(jīng)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(cè)的各種智能電器。感知層可以實現(xiàn)對電網(wǎng)全景的感知，其中的決策單元可以在從未有過的廣度和深度方面洞悉整個電網(wǎng)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(wǎng)絡層
在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡層可以提供信息的交互通道，有效保障各種類型的業(yè)務信息。網(wǎng)絡層的具體實現(xiàn)方式應該根據(jù)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(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層也可以對網(wǎng)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(wǎng)絡運行的可靠性。
2.3平臺層
在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，平臺層的主要作用是實時新整個電網(wǎng)中海量的信息數(shù)據(jù)，并對這些信息數(shù)據(jù)進行科學性分析，同時也可以對這些信息數(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)兩方面并重轉(zhuǎn)型、發(fā)展都有著幫助。
2.4應用層
應用層是以全景大數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)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(xiàn)良好的感知與互動。
3泛在電力物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)相比，配電網(wǎng)有著加復雜的拓撲結(jié)構(gòu)和加多樣化的入網(wǎng)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(wǎng)可以根據(jù)電壓等級進行分類。
為了有效監(jiān)測配電網(wǎng)，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(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防御工作。
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-Physical Systems, CPS)進行協(xié)同規(guī)劃。
3.3應用于平臺層的關鍵技術
數(shù)據(jù)融合技術的應用。因為借助于泛在感知所獲得的數(shù)據(jù)有著多源化、異構(gòu)化和冗余化的特征，所以在進行置處理的過程中，一定要對數(shù)據(jù)融合技術加以合理應用，以有效保障數(shù)據(jù)的準確性、完整性。其次，應該合理應用數(shù)據(jù)儲存管理技術和數(shù)據(jù)挖掘分析技術，通過這些技術，實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的海量數(shù)據(jù)的實時新與存儲。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(gòu))平臺中的數(shù)據(jù)壓縮法作為基礎，通過NoSQL (非關系型的數(shù)據(jù)庫)技術進行實際數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)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。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(wǎng)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(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)之間的融合展望
在物聯(lián)網(wǎng)技術和電力行業(yè)的不斷發(fā)展過程中，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)實現(xiàn)良好的融合，可以轉(zhuǎn)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(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)之間的融合進行的展望。
4.1層面一：配電網(wǎng)運行狀態(tài)在線檢測與風險評估展望
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)挖掘能力作為依托，可以在不需要提取電氣量、不進行現(xiàn)場人工巡查的基礎上快速識別配電系統(tǒng)中潛伏性的異常情況，并評估配電網(wǎng)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(xié)調(diào)運行展望
隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)和用戶之間的界限越來越模糊，異質(zhì)能源越來越混雜，并得到了協(xié)同應用。在這樣的情況下，智能配電網(wǎng)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(shù)據(jù)作為基礎，以此實現(xiàn)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(wǎng)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(zhì)能源，并使其得到合理利用。
5安科瑞為家電網(wǎng)2020泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設提供解決方案
安科瑞電氣深耕用戶側(cè)能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺到終端傳感器的生態(tài)體系，在“源（電源）-網(wǎng)（電網(wǎng)）-荷（負荷）-儲（儲能）”各個環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，已經(jīng)形成“云（云平臺）-管（有線/無線物聯(lián)）-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(lián)網(wǎng)建設，為家電網(wǎng)建設“三型兩網(wǎng)”提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現(xiàn)信息連接和交互，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，從而為電網(wǎng)、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(jīng)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(jīng)廣泛應用在多地網(wǎng)公司用戶端業(yè)務、環(huán)保部門、安監(jiān)部門、住建部門等。
5.1.1變電所運維云平臺
據(jù)統(tǒng)計全高供高計的工商業(yè)用戶數(shù)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。網(wǎng)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(wǎng)關及大數(shù)據(jù)分析技術，通過智能網(wǎng)關采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，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(nèi)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(xiàn)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)，如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)綜合體等，可通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡采集不同區(qū)域多個建筑或單位的用能數(shù)據(jù)。
平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數(shù)據(jù)和光伏、風力、儲能等新能源數(shù)據(jù)，對用能數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數(shù)據(jù)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(zhì)量有了很大的改善，這都歸功于家層面對環(huán)保的重視和環(huán)保部門的有力監(jiān)察。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，助力環(huán)保部門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(chǎn)污排污企業(yè)服務，為環(huán)保部門提供在線監(jiān)管和依據(jù)，為生產(chǎn)企業(yè)提供設備運行監(jiān)控和產(chǎn)污排污數(shù)據(jù)記錄。
平臺采集生產(chǎn)企業(yè)總用電量、生產(chǎn)用電和治污設備用電量，進行關聯(lián)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(chǎn)信號，實現(xiàn)全過程防控。端設備采用不停電免接線方案采集用電數(shù)據(jù)，經(jīng)LORA無線上傳到環(huán)保數(shù)據(jù)網(wǎng)關，再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設施用電實時監(jiān)控，實現(xiàn)對排污企業(yè)生產(chǎn)運行*、全流程監(jiān)控，達到變?nèi)朔罏樾畔⒒挤?，從事后處罰到介入式，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)依靠人力、經(jīng)驗進行現(xiàn)場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟加切實、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(jù)應急管理部網(wǎng)站數(shù)據(jù)，2016~2018年期間因為電氣原因?qū)е碌幕馂恼伎倲?shù)的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年全共接報火災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(shù)的百分之三十四，較大和重大火災事故中，電氣火災的比例高。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(xiàn)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(wǎng)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(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實時發(fā)現(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(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；用戶通過小程序掃描二維碼，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(lián)網(wǎng)，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。
電動自行車數(shù)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(chǎn)的一個隱患。基于電動自行車火災的危害和特點，各級政府部門發(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(chǎn)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超市、大型物業(yè)分布式財務操作，在線支付，總部財務扎口等。目Acrelcloud-3000預付費管理系統(tǒng)已經(jīng)成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經(jīng)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(lián)
安科瑞根據(jù)多年來的項目經(jīng)驗，結(jié)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(chǎn)品，包括網(wǎng)關和終端設備。支持RS485、以太網(wǎng)、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(chǎn)品，服務于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設。
5.3邊緣計算
安科瑞針對物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)了多款智能網(wǎng)關，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術，現(xiàn)場采集和存儲終端設備數(shù)據(jù)，并根據(jù)云平臺的需要，采用不同的協(xié)議和云平臺對接。所有數(shù)據(jù)采集、計算、異常報警觸發(fā)邏輯均在網(wǎng)關就地設置，網(wǎng)絡故障時數(shù)據(jù)存儲在本地，網(wǎng)絡恢復后補傳數(shù)據(jù)，斷點續(xù)傳，提高數(shù)據(jù)可靠性。
5.4終端設備
針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)網(wǎng)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超過185萬臺。
5.5安科瑞產(chǎn)品在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應用
近兩年來，安科瑞已經(jīng)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(wǎng)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(wǎng)關、終端設備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺在全各地運行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。
“能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯(lián)網(wǎng)基礎建設的方方面面。
6總結(jié)
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，進一步提升我電力行業(yè)的發(fā)展。
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