劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要: 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在電力領(lǐng)域的具體體現(xiàn)，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的必要手段。闡述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義，從供電公司角度出發(fā)，根據(jù)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)實(shí)際情況，討論了依托地區(qū)特點(diǎn)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施策略和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，分析了可能遇到的問題。得出結(jié)論：隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設(shè)，供電公司能夠?yàn)殡娏蛻籼峁┒嘣?wù)，提高客戶滿意度；地市供電公司能夠依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開展更多電力相關(guān)業(yè)務(wù)；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的性、實(shí)用性、有效性是發(fā)展面臨的要問題。

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(UPIoT)；智能電網(wǎng)；智能電網(wǎng)；

引言

建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(ubiquitous power internet of things，UPIoT)是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的必要手段，同時(shí)也是推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，家電網(wǎng)有限公司于2019 年1 月正式提出建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”指的是應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)、電力公司、用電客戶萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)交互的智慧服務(wù)系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)共享，為發(fā)電、電網(wǎng)、用電客戶、研究人員和zf提供服務(wù)，充分利用電網(wǎng)樞紐特性，匯集各方面資源，為地區(qū)規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理、綜合服務(wù)提供強(qiáng)有力的信息和數(shù)據(jù)支撐。

北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃總面積為50.8 km2，由科學(xué)規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)區(qū)、高配置的商務(wù)區(qū)及高品質(zhì)的生活區(qū)構(gòu)成，是北京發(fā)展的3個(gè)新城之，定位為京津城際發(fā)展走廊上的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和先進(jìn)制造業(yè)基地。

本文將根據(jù)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)實(shí)際情況，因地制宜、面向客戶，探索泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在小區(qū)域內(nèi)的實(shí)施策略，提出可能遇到的關(guān)鍵問題。

1、智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是指以特高壓電網(wǎng)為骨架，各電壓等級(jí)的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，依托先進(jìn)的信息通信技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，高度集成、覆蓋城鄉(xiāng)的能源、電力、信息和綜合服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)“多網(wǎng)合，覆蓋”的新型現(xiàn)代電網(wǎng)，擁有信息、能源的雙重載體。智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其主要具備如下點(diǎn)：

1）靈活高效的能源配置，能夠有效滿足用戶需求。

2）可靠的輸送電網(wǎng)絡(luò)，供電可靠性高，基本避免了大面積停電風(fēng)險(xiǎn)。

3）覆蓋面積廣，傳遞能源及信息量大。

圖1 智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)旨在將電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、zf和社會(huì)服務(wù)。以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺(tái)和共享作用，為全行業(yè)和更多市場(chǎng)主體發(fā)展創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將通過泛在感知、可靠通信和高性能信息處理及高級(jí)電力應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)、全電壓等級(jí)的“能量流、信息流、業(yè)務(wù)流”體化融合，提升系統(tǒng)性和運(yùn)行效率。同時(shí)匯集各方數(shù)據(jù)資源，通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代先進(jìn)的信息技術(shù)和AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷”通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息共享與互操作，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行能力和資產(chǎn)管理、供電服務(wù)水平。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)總體體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，如圖2 所示。

圖2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)

3、地市公司應(yīng)用探索

傳統(tǒng)電力公司在日常工作、研究中更多地傾向于維護(hù)和提高公司電力資產(chǎn)運(yùn)行可靠性及效率。

1）發(fā)電方面。主要包括新能源發(fā)電技術(shù)、分布式電源并網(wǎng)技術(shù)等。

2）輸變送電方面。主要包括特高壓電網(wǎng)、遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)等。

3）配用電方面。主要包括智能調(diào)度技術(shù)、配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)等。

以上部分協(xié)同運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理更多存在于電力公司內(nèi)部系統(tǒng)。隨著技術(shù)發(fā)展，電力公司越來越聚合，內(nèi)部運(yùn)行更智能化、自動(dòng)化，但是對(duì)于外部zf、企業(yè)等用電客戶，還是過于封閉，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)，使得電網(wǎng)自身的電能質(zhì)量、供電可靠性、環(huán)保約束、市場(chǎng)化發(fā)展適應(yīng)性等各方面達(dá)到了個(gè)比較高的標(biāo)準(zhǔn)。家電網(wǎng)公司適時(shí)推出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，依托堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”達(dá)到“人-人、人-物、物-物”在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)時(shí)互聯(lián)，依托先進(jìn)傳感技術(shù)、信息通信技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等，充分滿足用戶電力需求，化資源配置。

在地市供電公司層面，根據(jù)各區(qū)域不同情況，能夠*實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”感知，依托云計(jì)算、人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)客戶側(cè)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，配合供電公司自身電網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給予電力客戶分析結(jié)論和節(jié)能建議，同時(shí)還能為用戶開展內(nèi)部能效診斷，包括調(diào)整用能習(xí)慣、更換節(jié)能設(shè)備等方面的建議，提高整體用能水平。

北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)地處北京東南部，受北京*的功能定位和zheng治因素影響，亦莊供電公司將發(fā)展重點(diǎn)放在了堅(jiān)強(qiáng)的配電網(wǎng)建設(shè)和局屬資產(chǎn)維護(hù)上。傳統(tǒng)供電公司運(yùn)營(yíng)模式如圖3 所示。

圖3 傳統(tǒng)供電公司運(yùn)營(yíng)模式

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的提出和開發(fā)區(qū)大規(guī)模電動(dòng)汽車的使用，亦莊供電公司將實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)”

運(yùn)維到“網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，如圖4所示。數(shù)據(jù)將各方數(shù)據(jù)尤其是電力客戶相關(guān)信息匯總后，可以開展相關(guān)大數(shù)據(jù)分析工作，如圖5 所示。

圖4 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的供電公司運(yùn)行模式

圖5 用戶用電行為分析框架

4、電動(dòng)汽車作為可控負(fù)荷的可行性

電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)可以等效為移動(dòng)儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能具有充放電功能，利用電動(dòng)汽車這特性與電網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)的技術(shù)就是車輛到網(wǎng)(vehicle-to-grid，V2G)技術(shù)，V2G 技術(shù)的出現(xiàn)使電動(dòng)汽車不僅僅是作為可控負(fù)荷，而是作為獨(dú)立的儲(chǔ)能源參與電力競(jìng)爭(zhēng)。文獻(xiàn)[22]將電動(dòng)汽車作為小型分布式移動(dòng)儲(chǔ)能單元，提出了種化控制方案。文獻(xiàn)研究了電動(dòng)汽車聚類分析組合問題，建立常規(guī)機(jī)組成本與換電站充電負(fù)荷方差的組合化目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮了電網(wǎng)互動(dòng)的機(jī)組和電動(dòng)汽車組合問題，對(duì)其經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行了有效分析。研究了電動(dòng)汽車充放儲(chǔ)體化電站對(duì)電網(wǎng)的影響，通過PSCAD 仿真驗(yàn)證了電動(dòng)汽車充放儲(chǔ)體化電站對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷作用。提出了計(jì)及電動(dòng)汽車集群的雙層經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，分析了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)策略，制定了合理的充放電計(jì)劃。

綜上所述，通過對(duì)用戶停駛習(xí)慣及充電特點(diǎn)進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)分類適當(dāng)使用，結(jié)合經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼或獎(jiǎng)勵(lì)，能夠給地區(qū)電力系統(tǒng)和車主帶來雙贏，同時(shí)，基于電動(dòng)汽車的無(wú)線通信功能已相對(duì)成熟且得到廣泛應(yīng)用，基本具備控制條件。

5、風(fēng)險(xiǎn)防范

面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的局部應(yīng)用探索，必須以確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的可靠供電為前提。

1）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)雖倡導(dǎo)萬(wàn)物互聯(lián)、5G 通信、云計(jì)算等前沿技術(shù)，但本質(zhì)上依舊是提高清潔能源在電網(wǎng)中的比例，同時(shí)為客戶提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。

2）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)以數(shù)據(jù)、通信為核心，在傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行基礎(chǔ)上，需要重視網(wǎng)絡(luò)、工控設(shè)備、數(shù)據(jù)等新挑戰(zhàn)。

3）亦莊地區(qū)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)聚集地和科技成果轉(zhuǎn)化承載地，新能源汽車比重較高，大規(guī)模新能源汽車同時(shí)接入會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大影響，電動(dòng)汽車參與調(diào)峰調(diào)壓應(yīng)慎重。

6、安科瑞配電運(yùn)維產(chǎn)品介紹

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設(shè)，供電公司能夠?yàn)殡娏蛻籼峁┒嘣?wù)，提高客戶滿意度。安科瑞可為供電公司提供包括云平臺(tái)、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺(tái)在全各地運(yùn)行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些都是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的部分。

6.1安科瑞智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備選型

6.2 平臺(tái)功能

安科瑞變電所運(yùn)維云平臺(tái)（AcrelCloud-1000）根據(jù)市場(chǎng)需求反饋，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，為電力運(yùn)維公司提供配套線上運(yùn)維服務(wù)。該平臺(tái)作為連接運(yùn)維單位和用電企業(yè)的紐帶，監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為客戶提供更好的運(yùn)維服務(wù)，平臺(tái)提供系統(tǒng)總覽、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電統(tǒng)計(jì)分析和日/月/年電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表、異常預(yù)警、事故報(bào)警和事件記錄、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、運(yùn)維巡檢派單等功能，并支持多平臺(tái)、多終端數(shù)據(jù)訪問。

• 電力監(jiān)測(cè)

通過矢量配電圖監(jiān)測(cè)變電所用電情況，畫面響應(yīng)遙信變位、遙測(cè)越限報(bào)警，點(diǎn)擊某個(gè)配電回路后可以查詢?cè)撆潆娀芈返母黝愒敿?xì)用電參數(shù)，包括實(shí)時(shí)值、平均值；

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行情況，包括功率、負(fù)荷率、需量、繞組溫度等。

提供多種類型的查詢報(bào)表，可以查詢各配電回路的各類電力參數(shù)(電壓、電流、功率、頻率、諧波、三相不平衡度等),系統(tǒng)可以對(duì)某電力參數(shù)按照天、月進(jìn)行極值統(tǒng)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)漏電監(jiān)測(cè)、線纜及母排溫度監(jiān)測(cè)。

• 故障報(bào)警

平臺(tái)可配置遙信變位報(bào)警（水浸、煙霧、門磁、開關(guān)跳閘等）、遙測(cè)越限報(bào)警（過壓、欠壓、過流、線纜溫度過高、繞組溫度過高等）、運(yùn)行報(bào)警（儀表離線、網(wǎng)關(guān)離線等），并將接收到的報(bào)警通過短信、網(wǎng)頁(yè)推送，報(bào)警上下限可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活配置。

• 能效分析

按照配電回路、區(qū)域、部門、分項(xiàng)（照明、空調(diào)、動(dòng)力等）統(tǒng)計(jì)每時(shí)、每天、每月、每年用電數(shù)據(jù)，并進(jìn)行同環(huán)比分析；

按尖、峰、平、谷統(tǒng)計(jì)各配電回路的用電量及用電金額； 

統(tǒng)計(jì)四象限電能并計(jì)算每天、每月的平均功率因數(shù)；

按月統(tǒng)計(jì)每個(gè)回路的需量及發(fā)生值，為需量申報(bào)提供依據(jù)。

l 設(shè)備檔案

系統(tǒng)可配置每個(gè)變電所內(nèi)變壓器、進(jìn)線柜、出線柜、計(jì)量柜、高壓電纜等設(shè)備信息，記錄設(shè)備的廠家、型號(hào)、投運(yùn)日期等，并可靈活定義設(shè)備的巡檢項(xiàng)、缺陷類別等信息。

l 巡檢消缺 

通過系統(tǒng)編制巡檢計(jì)劃，并將計(jì)劃下發(fā)到巡檢人員移動(dòng)端上，巡檢人員在變電所現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)巡檢要求執(zhí)行巡檢任務(wù)，如果在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)缺陷，可記錄缺陷并在系統(tǒng)中生成消缺任務(wù)。

• 移動(dòng)端APP

通過移動(dòng)端APP實(shí)現(xiàn)配電圖查看、視頻監(jiān)視及回放、電力參數(shù)查詢、需量統(tǒng)計(jì)、用能分析，并可通過移動(dòng)端接收?qǐng)?bào)警、執(zhí)行巡檢、記錄缺陷。

7、安科瑞汽車充電樁產(chǎn)品選型及介紹

安科瑞Acrelcloud-9000充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過vx小程序掃描二維碼進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制二維碼對(duì)應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)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(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能，包括財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)分析等功能。

7.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

7.2平臺(tái)主要功能

（）資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)。

（二）交易結(jié)算

充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。

（三）用戶管理

用戶注冊(cè)，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理。

（四）充電服務(wù)

充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

（五）vx小程序

掃碼充電，賬單支付等功能。

（六）數(shù)據(jù)服務(wù)

數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析。

（七）變壓器監(jiān)控

監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，超負(fù)荷時(shí)對(duì)充電樁的調(diào)度管理。

7.3 汽車充電樁選型

8、結(jié)論

1）建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，是發(fā)展清潔能源，發(fā)揮電網(wǎng)在能源匯集傳輸和轉(zhuǎn)換利用中的樞紐作用，促進(jìn)清潔低碳、高效的能源體系建設(shè)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民美好生活提供、、可持續(xù)的能源電力供應(yīng)的必要手段。

2）隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設(shè)，屬地供電公司能夠?yàn)殡娏蛻籼峁┒嘣?wù)，提高客戶滿意度。

3）地市公司能夠依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開展更多電力相關(guān)業(yè)務(wù)。

4）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的性、實(shí)用性、有效性是發(fā)展面臨的要問題。

參考文獻(xiàn)

【1】 張亞健，楊挺，孟廣雨．泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)應(yīng)用綜述及展望[J]．電力建設(shè)，2019，40(6)：1-12

【2】 金鑫城，孫浩睿，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的應(yīng)用探索

【3】 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用手冊(cè).2020.6版

作者簡(jiǎn)介：劉細(xì)鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)