劉細鳳

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)網是當前智能電網發(fā)展的一個方向。首先，總結了泛在電力物聯(lián)網的主要作用和價值體現(xiàn)；其次，從智能電網各個環(huán)節(jié)概述了物聯(lián)網技術在電力領域的已有研究和應用基礎；進而，構思并提出了泛在電力物聯(lián)網的發(fā)展形態(tài)，包含現(xiàn)階段智能電網、透明電網和零邊際成本電網3個階段的技術發(fā)展趨勢，為泛在電力物聯(lián)網建設的深化提供一些思路；然后，提出泛在電力物聯(lián)網的若干技術挑戰(zhàn)，為泛在電力物聯(lián)網的未來研究提供參考。

關鍵詞：智能電網；泛在電力物聯(lián)網；透明電網

1引言

互聯(lián)網技術與新能源技術將推動新一輪能源革命，智能電網與“互聯(lián)網+"技術相結合成為當前電氣工程領域研究的熱點，興起了能源互聯(lián)網和泛在電力物聯(lián)網的概念，為智能電網建設拓展了更開闊的發(fā)展空間。其中，物聯(lián)網技術作為當前科技領域的熱點技術，在電力領域中的應用展示了充滿想象力的前景。

根據國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，物聯(lián)網是通過二維碼識讀設備、射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。國家電網有限公司提出理念，圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術、先進通信技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，形成具有狀態(tài)感知、信息快速處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，特別是智能傳感器低功率廣域通信，5G以及云/邊緣計算等技術的成熟，如何建設UPIoT引起了廣泛的關注。作為構建透明電網的關鍵支撐技術，小微智能傳感器是傳統(tǒng)傳感器與微處理機相結合的產物，具有采集、處理、交換信息的能力，因其特低功率、便于安裝、抗干擾、價格低等特點使智能電網透明化運行成為可能。以寬帶載波、5G、LPWAN為代表的通信技術，將UPIoT的數(shù)據傳輸向高傳輸速率、低功耗、遠距離、高可靠性等方向發(fā)展。云/邊緣計算技術有望解決快速處理海量數(shù)據的難題，適應電網數(shù)字化、信息化、智能化的數(shù)據處理需求。

基于此，本文探討了UPIoT的主要作用和價值體現(xiàn)，分析了物聯(lián)網技術在發(fā)電、輸電、變電、配電和

用電5個環(huán)節(jié)中的已有基礎，闡述了未來透明電網和零邊際成本電網的概念、內涵和發(fā)展趨勢。然后，

本文提出了UPIoT的若干技術挑戰(zhàn)。

2泛在電力物聯(lián)網的主要作用和價值體現(xiàn)

電網聯(lián)系到千家萬戶的每一臺設備和電器，非常具備物聯(lián)網萬物互聯(lián)的物質基礎?，F(xiàn)有電網上增加傳感測量技術、集成通信技術和計算控制方法，實現(xiàn)物聯(lián)網和智能電網的高度融合。

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(shù)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(xiàn)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(lián)網中，支持終端即插即用，用戶本身也是物聯(lián)網連接的對象之一；②多種業(yè)務數(shù)據貫通：電網多種業(yè)務打破數(shù)據壁壘，各環(huán)節(jié)數(shù)據統(tǒng)一在大數(shù)據平臺進行管理，為應用提供強大的數(shù)據平臺支撐；③應用功能完善：隨著人工智能算法、大數(shù)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(shù)據形成分析結果和優(yōu)化方案反饋回電網，保證電網安全穩(wěn)定可靠經濟運行；④數(shù)據呈現(xiàn)巨大效益：電網數(shù)據價值得到充分挖掘，既能實現(xiàn)電網企業(yè)業(yè)務轉型升級和盈利模式創(chuàng)新，又能為各種創(chuàng)新型機構提供共享數(shù)據，促進社會經濟發(fā)展。

UPIoT的作用和價值主要體現(xiàn)在以下4個方面。

2.1支撐電網運行性能提升

隨著智能電網不斷發(fā)展，系統(tǒng)每天都在產生海量數(shù)據，對電網的監(jiān)控、調度和管理帶來了巨大的作用和挑戰(zhàn)。如何對電力系統(tǒng)中多種類型的數(shù)據進行有效分析和管理成了急需解決的問題。包含每一個用戶，每一個用電設備的細顆粒度數(shù)據將使得智能電網透明化，通過大數(shù)據計算分析和可視化展示，非常便于電網相關人員及時洞察異常和潛在的風險，實時準確掌握電網的運行狀態(tài)，快速精細預測電網的變化趨勢；多環(huán)節(jié)業(yè)務數(shù)據貫通，可打通不同專業(yè)部門的數(shù)據壁壘，提高對電網認知的性，促進多環(huán)節(jié)業(yè)務協(xié)同進行?？傊?，UPIoT可提高電網運行的安全性、可靠性、性和經濟性。

值得一提的是，傳統(tǒng)的集中式控制模式難以滿足海量數(shù)據的傳輸處理的要求，而利用邊緣計算可降低對主站系統(tǒng)的壓力，提高數(shù)據傳輸?shù)膶崟r性、準確性和安全性，在中低壓配電網、微電網等分布式控制中具有巨大的競爭力，為電網企業(yè)面向內部的管理決策提供了全新的技術手段。

2.2促進與用戶互動化的智能用電

隨著中國人民生活質量的提高，人民對供電質量要求也越來越高，用戶側的光伏、儲能、充電樁等元素越來越多，對智能家居和智能用電的體驗感受越來越重視。在此背景下，傳統(tǒng)的配網運行管理因缺乏必要和充分的用戶數(shù)據獲取及交互手段，難以對用戶準確建模并將用戶資源納入電網的協(xié)同柔性控制，也無法為用戶提供更和個性化服務。

通過物聯(lián)網可以對用戶及配電網運行狀態(tài)進行準確的測量和態(tài)勢感知，打通電網與用戶雙向通信的通道，引導用戶有序用電，提高用戶參與電網運行的體驗和收益，實現(xiàn)電網與用戶的共贏。如何基于物聯(lián)網實現(xiàn)與用戶數(shù)據交互、資源共享，促進智能用電服務是目前用電側需要解決的問題。

2.3提升分布式可再生能源消納能力

隨著分布式可再生能源在電網中滲透率的不斷提高，其出力的隨機性、間歇性和波動性經過和傳統(tǒng)

負荷特性的疊加，容易造成配電網功率和電壓的顯著波動，形成階段性過載或者過電壓風險，對配網運

行控制和保護帶來了挑戰(zhàn)。基于物聯(lián)網技術，利用智能化的小微傳感器對分布式電源進行實時監(jiān)測和態(tài)勢預測，基于配調系統(tǒng)或者臺區(qū)邊緣端對區(qū)域配電網或臺區(qū)以及DG及時進行調整，實現(xiàn)源網荷儲協(xié)作運行，從而降低系統(tǒng)運行風險，提高可再生能源分布式消納水平，促進能源轉型升級。

2.4挖掘用電大數(shù)據的增量價值

隨著近兩年國家對一般工商業(yè)電價的調控到位，電網公司從傳統(tǒng)的售電商業(yè)模式中獲得利潤的空間和增量已經相當有限，挖掘用電大數(shù)據的價值成為電網公司業(yè)務和利潤的增長點。另一方面，用電大數(shù)據的商業(yè)價值一直為社會各界所關注，有望為智慧城市、智能交通、智能家居、傳統(tǒng)商業(yè)和第三產業(yè)、新能源與節(jié)能行業(yè)、互聯(lián)網行業(yè)、咨詢行業(yè)、制造業(yè)等各行各業(yè)帶來重要的信息來源和決策依據。

從商業(yè)模式來看，國家電網有限公司提出的UPIoT的建設將搭建一個以電力供需為核心的泛在電力生態(tài)平臺。電網企業(yè)將在服務過程中構建起多條服務價值鏈，實現(xiàn)電網企業(yè)與相關方的共創(chuàng)共享共贏。而用電大數(shù)據的基礎必然是配用電物聯(lián)網。

3物聯(lián)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(tǒng)信息化、智能化的技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢提出來的。本節(jié)從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電5個方面，闡述電網中物聯(lián)網技術的研究和應用基礎。

3.1發(fā)電領域

“互聯(lián)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(guī)模新能源的消納能力。作為實現(xiàn)這一目標的技術基礎，物聯(lián)網技術在發(fā)電領域的應用主要體現(xiàn)在傳感器應用及對發(fā)電機實時狀態(tài)監(jiān)測。文獻基于物聯(lián)網架構，構建了發(fā)電機組遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了機組狀態(tài)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(jiān)控、RFID、GPRS等技術的物聯(lián)網監(jiān)控平臺，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)各類動態(tài)數(shù)據的可視化。文獻利用ZigBee和嵌入式系統(tǒng)搭建微網分布式電源的控制系統(tǒng)，其中，ZigBee用于短距離通信，嵌入式系統(tǒng)用于數(shù)據格式處理和通信協(xié)議轉化，控制命令由遠程服務器生成并下達。

3.2輸電領域

物聯(lián)網技術在輸電領域的應用主要體現(xiàn)在對輸電線路狀態(tài)的監(jiān)測及線路安全檢修管控。目前，基于物聯(lián)網技術的輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)，根據應用場合的不同，數(shù)據采集的方式或傳輸層的通信方式也可能不一樣?，F(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)往往存在運行維護費用高、數(shù)據傳輸率低等問題。文獻組建了基于級聯(lián)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(lián)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(xiàn)遠距離傳輸。文獻提出扁平式通信網絡結構和有線/無線雙通道異構組網技術，比傳統(tǒng)方法更有效地保障了重負載網絡性能和網絡容錯能力。文獻借鑒產品電子代碼設計了輸變電設備標識碼，提高了設備之間的信息聯(lián)系交互能力和共享能力；文獻結合ZigBee和GPRS組成混合網絡，用來傳輸桿塔傾角、人員攀爬、導線拉力、桿塔振動等監(jiān)測數(shù)據，減少人工巡檢的工作量。

3.3變電領域

物聯(lián)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(tài)信息和運行操作信息的監(jiān)控預警與故障診斷等方面，著力于解決變電設備狀態(tài)實時監(jiān)測、監(jiān)測裝置孤島運行、故障診斷功能不足等問題。工業(yè)物聯(lián)網是實現(xiàn)變電站監(jiān)控數(shù)據實時采集、通信和處理的有效手段。文獻設計了變電設備智能監(jiān)測傳感網絡，并基于一體化智能監(jiān)測裝置實現(xiàn)收發(fā)數(shù)據、分布式計算以及設備故障診斷和預警功能。文獻基于視覺傳感器、信息傳輸和智能視覺分析組成智能視覺物聯(lián)網，將紅外圖像與可見光圖像智能識別相結合，準確、實時地檢測和定位變電站設備溫度異常區(qū)域。文獻采用物聯(lián)網技術研發(fā)了一套可移動、免安裝、無線化的變電設備局部放電檢測系統(tǒng)，使現(xiàn)場設備可以在不停電下進行帶電檢測與在線監(jiān)測。此外，針對變電站避雷器故障診斷和安全操作的監(jiān)控也取得不少成果。

3.4配電領域

物聯(lián)網技術在配電領域的應用包括對配電設備及其運行狀態(tài)的監(jiān)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(tǒng)，實現(xiàn)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(tǒng)，相比于傳統(tǒng)故障定位系統(tǒng)，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(fā)電（DG）、儲能、充電樁、有載調壓變壓器、無功補償?shù)扰潆娋W設備的運行進行優(yōu)化與控制是主動配電網的主要功能，而這些功能的實現(xiàn)往往依賴于物聯(lián)網技術。兩者的深度融合將形成配電物聯(lián)網，成為能源轉型“再電氣化"發(fā)展的新思路、新模式、新焦點。文獻論述了配電物聯(lián)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(lián)網體系架構；文獻針對配電臺區(qū)管理存在設備多、通信基礎薄弱等困難，提出一種新型配電臺區(qū)應用實踐方式、設計理念、關鍵技術節(jié)點和協(xié)同機制；文獻總結了配電物聯(lián)網建設背景下的智能終端的內涵及基本特征，給出了智能終端硬件的基本結構和軟件的重要組成，分析了智能終端在計算、存儲、通信等方面為配電網向能源互聯(lián)網轉型發(fā)展所帶來的變化。

3.5用電領域

物聯(lián)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(tǒng)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(lián)網的體系架構，并分析了用電設備智聯(lián)網這個“電力物聯(lián)網"的功能，異構了電力光纖、雙絞線、現(xiàn)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-社會網的融合。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(yè)務異構數(shù)據統(tǒng)一管理平臺建設，包括數(shù)據標準與模型統(tǒng)一、系統(tǒng)技術架構統(tǒng)一、平臺入口統(tǒng)一等；電力大數(shù)據快速分析與應用；用電大數(shù)據安全與隱私保護及分級授權方法。

4泛在電力物聯(lián)網的發(fā)展形態(tài)

隨著傳感器技術、通信技術與云/邊緣計算技術等物聯(lián)網關鍵技術在智能電網中的應用深化，UPIoT的形態(tài)也會逐漸演化。階段，UPIoT基本實現(xiàn)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(tǒng)，對應當前智能電網的發(fā)展水平；第2階段：UPIoT連接對象更加豐富，數(shù)據的應用水平明顯提高，數(shù)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(tǒng)各個環(huán)節(jié)的可觀可測性，通過貫通不同業(yè)務數(shù)據，逐漸實現(xiàn)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，促進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(tài)。

4.1初級形態(tài)：現(xiàn)階段智能電網

自2000年美國提出智能電網概念以來，多個國家興起了智能電網的研究和建設工作，并取得了突出的成果。中國的智能電網建設涵蓋了電網的各個環(huán)節(jié)，推廣應用了一系列通信信息平臺和自動化系統(tǒng)，電網的信息化和自動化水平得到了顯著的提升。盡管中國大力推進智能電網建設，但仍存在著數(shù)據不貫通、終端覆蓋不足、通信不暢通、資源利用率不高等問題。

電力和信息的雙向流動性是智能電網的本質特征之一，這與UPIoT的理念是一致的。UPIoT的概念是基于現(xiàn)階段智能電網的技術背景和需求提出的。UPIoT的工作任務是銜接智能電網的發(fā)展現(xiàn)狀，進一步促進電力網-信息網-社會網的融合貫通。因此，可以將現(xiàn)階段智能電網視為UPIoT的初級階段。

4.2形態(tài)：透明電網

李立浧院士在“2018鹽城綠色智慧能源大會"上提出的“透明電網"方向，通過信息技術、計算機技術、數(shù)據通信技術、傳感器技術、電子控制技術、自動控制理論、運籌學、人工智能、互聯(lián)網等技術的綜合運用，使電網運行透明、可觀可測。區(qū)別于運行數(shù)據不全和狀態(tài)難以準確評估預測的傳統(tǒng)電網，透明電網是基于UPIoT的一種新的電網形態(tài)：通過對并網的設備及關鍵節(jié)點的運行數(shù)據進行實時采集、上傳、識別和監(jiān)控，并在配電網可視化平臺上集中反映，從而實現(xiàn)全數(shù)據采集、全狀態(tài)可見、全態(tài)勢預測以及全網絡可控的一種透明化電網模式。透明電網與UPIoT的概念不謀而合，其區(qū)別在于UPIoT強調的是技術路線（即泛在物聯(lián)），而透明電網則是強調終效果（即透明）。透明電網實現(xiàn)了對電網數(shù)據及數(shù)據蘊含意義、規(guī)律、價值的高度掌控，是UPIoT充分發(fā)展后的結果。在透明電網中，每個點每條線的數(shù)據都可以采集，所有的電網狀態(tài)和設備狀態(tài)都可以獲取，整個電網的趨勢和任意操作的結果都可以預見。因此，本文將透明電網視為UPIoT的形態(tài)。

透明電網的主要特征表現(xiàn)在：①數(shù)據透明：電網的運行數(shù)據可以通過在電網中密集分布的傳感器廣泛收集，電網的資產信息可以通過實時更新的臺賬準確獲?。虎跔顟B(tài)透明：設備的運行狀態(tài)和電網的運行狀態(tài)可以通過采集到的數(shù)據準確評估，電網的拓撲結構可以清晰辨識；③態(tài)勢透明：電網未來的發(fā)展態(tài)勢可以準確預測，這為快速率解決包含源網荷儲充多維不確定性的智能電網運行維護的安全性、可靠性具有至關重要的意義。

透明電網是在UPIoT賦能下的電網運行形態(tài)。利用物聯(lián)網小微傳感器、先進通信技術、大數(shù)據分析技術，電網從業(yè)人員可以理解電網量測數(shù)據、調控行為、市場信息等多類型數(shù)據蘊含的意義、規(guī)律、價值，掌握從微網到復雜大電網運行的特征與策略。

小微智能傳感器是組成透明電網的重要元素，其未來將要突破的瓶頸是自行實現(xiàn)能量補給的問題。通過節(jié)點內置傳感器進行采集和處理目標信息的無線傳感網絡因其具有自組織性、抗干擾能力強等特點，與小微智能傳感器相結合，將為物聯(lián)網帶來傳感、互通和驅動的高性能。

5G通信系統(tǒng)具有高傳輸速率、超大容量帶寬、低延時、低功耗、點對點傳輸?shù)忍攸c，使得視頻等海量數(shù)據快速傳輸成為可能，更能支撐透明電網的全景實現(xiàn)。但應該重視的是，因為數(shù)據來源急劇增加，需要特別關注信息的加密和安全防控，防范不法分子竊取重要數(shù)據、通過網絡攻擊惡意引發(fā)電網事故。

在5G通信技術支撐下，電力大數(shù)據的智能分析是電網實現(xiàn)透明化運行的必要手段。電力系統(tǒng)發(fā)展至今，產生的運行數(shù)據數(shù)量已經超過傳統(tǒng)數(shù)據處理方法的能力范圍，依靠大數(shù)據分析方法才能滿足當前和未來電力系統(tǒng)獲取信息的需求。人工智能在電力大數(shù)據的價值挖掘中的作用不可替代，特別是大量視頻圖像數(shù)據，離開人工智能技術應用將只會成為電網運行的負擔。

此外，若將海量數(shù)據遠距離傳輸?shù)皆贫颂幚?，帶來巨大的網絡負擔、存儲負擔和計算負擔。邊緣計算在業(yè)務來源就近處理數(shù)據，只將必要的少量數(shù)據上傳到云端，是一種更具有效率的計算方式。當然，過度配置邊緣計算資源對整個系統(tǒng)而言也會造成不必要的浪費。在整個數(shù)據處理周期內，邊緣計算和云計算如何協(xié)同，需要深入研究資源、任務在云端和邊緣節(jié)點的平衡。

4. 3 遠景形態(tài)：零邊際成本電網

《零邊際成本社會》中描述：“在未來的時代，每個人都會變成產消者，可以更直接地在物聯(lián)網上生產并相互分享能源和實物，這種方式的邊際成本接近于零，近乎免費"。

在物聯(lián)網技術的長遠作用下，能源生產力將會有巨大的飛躍，未來智能電網可以實現(xiàn)能源的隨時接入與使用，實現(xiàn)分布式能源就近獲取和多種能源網融合，使用戶逐漸成為產消者，互聯(lián)網交易和共享促進能源交易和增值服務，終發(fā)展成為零邊際成本電網。

零邊際成本電網是在物聯(lián)網平臺支撐下對傳統(tǒng)垂直電力價值鏈的延伸，它可以使電力供應的邊際成本趨近于零，是具生態(tài)效益的UPIoT形態(tài)。需要指出的是，零邊際成本電網的實現(xiàn)，不僅需要物聯(lián)網技術對生產力的推動，同時也需要經濟主體觀念的轉變——從追求利益到按需生產和消費，這兩者都需要長遠的過程。因此，不妨將零邊際成本電網視為UPIoT的遠景形態(tài)。

在未來物聯(lián)網技術的支撐下，電能由即插即用的分布式可再生能源發(fā)電提供，不需要消耗常規(guī)能源，生產邊際成本趨近于零；電網的自動化控制系統(tǒng)按化的路徑傳輸、分配電能，同時高溫超導的應用使輸送損耗顯著降低，輸送邊際成本趨近于零；用戶以低廉的價格獲得電力，而且，用戶同時也是電能的生產者，在一段時間內，電能買賣基本實現(xiàn)平衡，消費邊際成本趨近于零。電能供應全鏈條的邊際成本趨近于零。

零邊際成本電網的主要特征表現(xiàn)在：①電力供應邊際成本趨近于零：電力生產采用綠色能源，大大減少高成本化石能源的使用；電網接入大量DG，電力需求自給自足、就近滿足，無須遠距離輸送電能；小微能源采集器無處不在，未來可以隨時隨地使用能源；種種轉變使電力生產、傳輸、消費等各個環(huán)節(jié)成本不斷降低。②電力市場迎來協(xié)同共享模式：每個用戶同時也是電力的生產者，眾多產消者參與到電力協(xié)同共享中，形成橫向規(guī)模經濟。

物聯(lián)網技術可以釋放潛藏在各處的電力生產力，降低電力供應邊際成本。同時，開放的物聯(lián)網平臺提供了大量產消者進行電力共享的條件。毫無疑問，零邊際成本電網的實現(xiàn)需要依靠物聯(lián)網的大力支撐推動能源生產和消費革命。

零邊際成本電網的目標對UPIoT提出更高的要求，包括：建立多主體開放平臺，滿足大量分散產消者參與電力分享的平臺需求，主動適應社會、經濟的新發(fā)展；實現(xiàn)共享經濟下的信用管理，保障協(xié)同共享經濟模式的可持續(xù)發(fā)展。

5泛在電力物聯(lián)網的技術挑戰(zhàn)

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

5.1傳感器的覆蓋不充分，電網仍存在監(jiān)測盲區(qū)

當前，電網仍存在著許多監(jiān)測盲區(qū)：輸電線路跨越的距離長，架設的環(huán)境復雜多變，天然具有分布式特性，而現(xiàn)階段對輸電線的監(jiān)測只是選取了部分重要的節(jié)點和分段，遠遠達不到廣域監(jiān)測的水平；配電網點多面廣，傳統(tǒng)的測量裝置存在體積大、成本高、功耗大、運維困難等不足，無法鋪開安裝；低壓用電信息沒有打通，物人互聯(lián)的技術尚未突破，用戶參與程度較低。

為消除監(jiān)測盲區(qū)，傳感器技術的提升是一大挑戰(zhàn)。對于輸電線監(jiān)測，采用分布式的傳感器（例如光纖測溫），準實時獲取沿線的微氣象、微地形、微圖像，輔以大數(shù)據分析和人工智能識別技術，提高線路監(jiān)測效果，實現(xiàn)輸電線的廣域監(jiān)測；對于配電網監(jiān)測，加強小微傳感器的開發(fā)與實用化，以體積小、成本低、功耗小、運維方便等優(yōu)異特性適應配電網點多面廣的監(jiān)測需求；對于用電監(jiān)測，通過傳感器連接各種用電終端，或者采用非侵入式負荷監(jiān)測的方式，與用電終端、用戶產生連接。

5.2數(shù)據模型和通信標準沒有統(tǒng)一，信息孤島難以消除

電網已推廣應用多個自動化系統(tǒng)和通信信息平臺，不同系統(tǒng)平臺的建設規(guī)范不同，數(shù)據無法有效共享和管理，形成信息孤島；另外，配電網的設備制造廠商眾多，不同廠商沒有遵循統(tǒng)一的數(shù)據模型和通信標準，導致配電網的數(shù)據管理比較混亂，信息網絡十分復雜。

因此，需制定統(tǒng)一的數(shù)據模型和通信協(xié)議，要求新投運的系統(tǒng)平臺和設備遵循標準；同時，對于已投運的系統(tǒng)平臺設備，提出數(shù)據模型和通信協(xié)議的便捷轉換技術。從增量和存量2個方面改進，消除信息孤島，實現(xiàn)對數(shù)據的統(tǒng)一管理。配電物聯(lián)網在標準化、數(shù)據化、業(yè)務軟件定義等方面將對新的產業(yè)生態(tài)帶來重要的促進作用。另外，針對配電網通信條件較差的現(xiàn)狀，利用配電網電線桿塔等基礎設施構建5G基站，將更加有利于配電物聯(lián)網的發(fā)展。

5.3數(shù)據分析智能化程度低，用電數(shù)據價值尚未被有效挖掘

電網有上億的用戶，其數(shù)據是非常有價值的。一方面，海量的用戶數(shù)據使得電網公司可以充分認識用戶的特性，可以為電網公司削峰填谷、提高電網利用率、節(jié)能降耗、防范竊電、低壓運維、系統(tǒng)規(guī)劃帶來新的技術支撐手段；另一方面，基于物聯(lián)網的智能用電可以為用戶提供更好的用電服務和增量服務，例如用戶節(jié)能、用電安全、電氣防火、電器控制、共享充電與停車、快速復電、DG運維管理、需求響應等。

但是，目前這些數(shù)據的價值還未得到充分的挖掘，其中一個重要的原因是數(shù)據分析智能化程度低。只有對用戶的數(shù)據進行多方面的深入挖掘，才能釋放其價值，實現(xiàn)低壓拓撲自動識別、低壓故障精確診斷、電能質量有效控制、線損精益化管理、竊電與管理、細顆粒度負荷預測、光儲一體調度、車輛到電網（vehicle-to-grid，V2G）、柔性負荷控制與需求側響應，以及用戶增值服務（如金融）等目標，為各行業(yè)發(fā)展規(guī)劃與決策提供重要支撐。因此，需要加強用電大數(shù)據應用建模與智能算法研究，據此掌握用戶行為規(guī)律，挖掘用電信息價值。

6 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網開放平臺是一套基于物聯(lián)網數(shù)據中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據標準，為互聯(lián)網用戶提供能源物聯(lián)網數(shù)據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)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(yè)數(shù)據服務。

該平臺提供數(shù)據駕駛艙、電氣安全監(jiān)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(shù)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(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。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據的查詢、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)據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據實際情況進行日報、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

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)據采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數(shù)據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度，優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、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

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：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

充電樁管理

通過物聯(lián)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(shù)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。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)據管理等功能。

充電樁看板

智能照明

智能照明通過物聯(lián)網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、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。

監(jiān)控頁面

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，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)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。

智慧消防

通過云平臺進行數(shù)據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。彌補原先針對“九小場所"和?；飞a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。

（5）系統(tǒng)硬件配置

7結論

UPIoT 的提出和發(fā)展給智能電網發(fā)展帶來了新的契機。傳感器技術、通信技術與云/邊緣計算技術等物聯(lián)網關鍵技術的不斷迭代更新，將會對智能電網的數(shù)據采集、通信與計算處理環(huán)節(jié)的效率與質量帶來顯著提升，從而提高電力系統(tǒng)發(fā)-輸-變-配-用各個環(huán)節(jié)的可觀可測性，顯著提升電網運行水平，充分挖掘電力數(shù)據價值；物聯(lián)網平臺的開放特性，可以有力地支撐電力供應模式的創(chuàng)新變革，釋放電力生產力。泛在物聯(lián)網技術在電網中的廣泛應用將會推動智能電網向透明電網、零邊際成本電網演化，終實現(xiàn)大眾參與、協(xié)同共享的可持續(xù)發(fā)展的電力產業(yè)升級與變革。

參考文獻

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[5]企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.

作者簡介

劉細鳳，女，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司