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(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在電力領域的具體體現(xiàn)，建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是推進“三型兩網(wǎng)”建設的關鍵環(huán)節(jié)，也是實現(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)濟技術開發(fā)區(qū)實際情況，討論了依托地區(qū)特點的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實施策略和實際應用場景，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，供電公司能夠為電力客戶提供多元化服務，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)開展更多電力相關業(yè)務；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的性、實用性、有效性是發(fā)展面臨的要問題。

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

引言

建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(ubiquitous power internet of things，UPIoT)是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的必要手段，同時也是推進“三型兩網(wǎng)”建設的關鍵環(huán)節(jié)，家電網(wǎng)有限公司于2019 年1 月正式提出建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”指的是應用移動互聯(lián)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)、電力公司、用電客戶萬物互聯(lián)、人機交互的智慧服務系統(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，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、生產(chǎn)運行、經(jīng)營管理、綜合服務提供強有力的信息和數(shù)據(jù)支撐。

北京經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃總面積為50.8 km2，由科學規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)區(qū)、高配置的商務區(qū)及高品質(zhì)的生活區(qū)構成，是北京發(fā)展的3個新城之，定位為京津城際發(fā)展走廊上的高新技術產(chǎn)業(yè)和先進制造業(yè)基地。

本文將根據(jù)北京經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)實際情況，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)的實施策略，提出可能遇到的關鍵問題。

1、智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是指以特高壓電網(wǎng)為骨架，各電壓等級的堅強電網(wǎng)為基礎，依托先進的信息通信技術、現(xiàn)代傳感技術和現(xiàn)代控制技術，高度集成、覆蓋城鄉(xiāng)的能源、電力、信息和綜合服務體系，實現(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)構如圖1 所示，其主要具備如下點：

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，供電可靠性高，基本避免了大面積停電風險。

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

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備、電網(wǎng)企業(yè)及其設備、發(fā)電企業(yè)及其設備、供應商及其設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和社會服務。以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺和共享作用，為全行業(yè)和更多市場主體發(fā)展創(chuàng)造更大機遇，提供價值服務。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電力應用，實現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)、全電壓等級的“能量流、信息流、業(yè)務流”體化融合，提升系統(tǒng)性和運行效率。同時匯集各方數(shù)據(jù)資源，通過應用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代先進的信息技術和AI 技術，實現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷”通信網(wǎng)絡無縫連接，進而實現(xiàn)信息共享與互操作，提升電力系統(tǒng)的運行能力和資產(chǎn)管理、供電服務水平。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)總體體系架構分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層，如圖2 所示。

圖2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構

3、地市公司應用探索

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

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

2）輸變送電方面。主要包括特高壓電網(wǎng)、遠距離輸電技術等。

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

以上部分協(xié)同運行、數(shù)據(jù)處理更多存在于電力公司內(nèi)部系統(tǒng)。隨著技術發(fā)展，電力公司越來越聚合，內(nèi)部運行更智能化、自動化，但是對于外部zf、企業(yè)等用電客戶，還是過于封閉，堅強智能電網(wǎng)建設，使得電網(wǎng)自身的電能質(zhì)量、供電可靠性、環(huán)保約束、市場化發(fā)展適應性等各方面達到了個比較高的標準。家電網(wǎng)公司適時推出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設，依托堅強智能電網(wǎng)，實現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲”達到“人-人、人-物、物-物”在任何時間、任何地點實時互聯(lián)，依托先進傳感技術、信息通信技術、先進控制技術等，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*實現(xiàn)或部分實現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲”感知，依托云計算、人工智能、邊緣計算等技術，實現(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，及時給予電力客戶分析結(jié)論和節(jié)能建議，同時還能為用戶開展內(nèi)部能效診斷，包括調(diào)整用能習慣、更換節(jié)能設備等方面的建議，提高整體用能水平。

北京經(jīng)濟技術開發(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)展重點放在了堅強的配電網(wǎng)建設和局屬資產(chǎn)維護上。傳統(tǒng)供電公司運營模式如圖3 所示。

圖3 傳統(tǒng)供電公司運營模式

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

運維到“網(wǎng)、荷、儲”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信息匯總后，可以開展相關大數(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)的供電公司運行模式

圖5 用戶用電行為分析框架

4、電動汽車作為可控負荷的可行性

電動汽車與電網(wǎng)的互動可以等效為移動儲能單元，儲能具有充放電功能，利用電動汽車這特性與電網(wǎng)進行雙向互動的技術就是車輛到網(wǎng)(vehicle-to-grid，V2G)技術，V2G 技術的出現(xiàn)使電動汽車不僅僅是作為可控負荷，而是作為獨立的儲能源參與電力競爭。文獻[22]將電動汽車作為小型分布式移動儲能單元，提出了種化控制方案。文獻研究了電動汽車聚類分析組合問題，建立常規(guī)機組成本與換電站充電負荷方差的組合化目標函數(shù)，同時考慮了電網(wǎng)互動的機組和電動汽車組合問題，對其經(jīng)濟型進行了有效分析。研究了電動汽車充放儲體化電站對電網(wǎng)的影響，通過PSCAD 仿真驗證了電動汽車充放儲體化電站對電網(wǎng)的削峰填谷作用。提出了計及電動汽車集群的雙層經(jīng)濟調(diào)度模型，分析了電動汽車與電網(wǎng)互動策略，制定了合理的充放電計劃。

綜上所述，通過對用戶停駛習慣及充電特點進行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)運行特點分類適當使用，結(jié)合經(jīng)濟補貼或獎勵，能夠給地區(qū)電力系統(tǒng)和車主帶來雙贏，同時，基于電動汽車的無線通信功能已相對成熟且得到廣泛應用，基本具備控制條件。

5、風險防范

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

1）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)雖倡導萬物互聯(lián)、5G 通信、云計算等前沿技術，但本質(zhì)上依舊是提高清潔能源在電網(wǎng)中的比例，同時為客戶提供穩(wěn)定可靠的電力供應。

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)運行基礎上，需要重視網(wǎng)絡、工控設備、數(shù)據(jù)等新挑戰(zhàn)。

3）亦莊地區(qū)作為高新技術產(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)模新能源汽車同時接入會對電網(wǎng)造成很大影響，電動汽車參與調(diào)峰調(diào)壓應慎重。

6、安科瑞配電運維產(chǎn)品介紹

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設，供電公司能夠為電力客戶提供多元化服務，提高客戶滿意度。安科瑞可為供電公司提供包括云平臺、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，這些都是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的部分。

6.1安科瑞智能網(wǎng)關、終端設備選型

6.2 平臺功能

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

• 電力監(jiān)測

通過矢量配電圖監(jiān)測變電所用電情況，畫面響應遙信變位、遙測越限報警，點擊某個配電回路后可以查詢該配電回路的各類詳細用電參數(shù)，包括實時值、平均值；

實時監(jiān)測變壓器運行情況，包括功率、負荷率、需量、繞組溫度等。

提供多種類型的查詢報表，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)可以對某電力參數(shù)按照天、月進行極值統(tǒng)計，可實現(xiàn)漏電監(jiān)測、線纜及母排溫度監(jiān)測。

• 故障報警

平臺可配置遙信變位報警（水浸、煙霧、門磁、開關跳閘等）、遙測越限報警（過壓、欠壓、過流、線纜溫度過高、繞組溫度過高等）、運行報警（儀表離線、網(wǎng)關離線等），并將接收到的報警通過短信、網(wǎng)頁推送，報警上下限可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活配置。

• 能效分析

按照配電回路、區(qū)域、部門、分項（照明、空調(diào)、動力等）統(tǒng)計每時、每天、每月、每年用電數(shù)據(jù)，并進行同環(huán)比分析；

按尖、峰、平、谷統(tǒng)計各配電回路的用電量及用電金額； 

統(tǒng)計四象限電能并計算每天、每月的平均功率因數(shù)；

按月統(tǒng)計每個回路的需量及發(fā)生值，為需量申報提供依據(jù)。

l 設備檔案

系統(tǒng)可配置每個變電所內(nèi)變壓器、進線柜、出線柜、計量柜、高壓電纜等設備信息，記錄設備的廠家、型號、投運日期等，并可靈活定義設備的巡檢項、缺陷類別等信息。

l 巡檢消缺 

通過系統(tǒng)編制巡檢計劃，并將計劃下發(fā)到巡檢人員移動端上，巡檢人員在變電所現(xiàn)場根據(jù)巡檢要求執(zhí)行巡檢任務，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。

• 移動端APP

通過移動端APP實現(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、用能分析，并可通過移動端接收報警、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充電樁收費運營云平臺系統(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、絕緣檢測故障等系列故障進行預警；用戶通過vx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。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括財務管理、變壓器監(jiān)控和運營分析等功能。

7.1平臺結(jié)構

7.2平臺主要功能

（）資源管理

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

（二）交易結(jié)算

充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表。

（三）用戶管理

用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理。

（四）充電服務

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

（五）vx小程序

掃碼充電，賬單支付等功能。

（六）數(shù)據(jù)服務

數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析。

（七）變壓器監(jiān)控

監(jiān)控充電站變壓器負荷，超負荷時對充電樁的調(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，促進清潔低碳、高效的能源體系建設，為經(jīng)濟社會發(fā)展和人民美好生活提供、、可持續(xù)的能源電力供應的必要手段。

2）隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設，屬地供電公司能夠為電力客戶提供多元化服務，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)開展更多電力相關業(yè)務。

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

參考文獻

【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)應用綜述及展望[J]．電力建設，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)濟技術開發(fā)區(qū)的應用探索

【3】 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計及應用手冊.2020.6版

作者簡介：劉細鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為物聯(lián)網(wǎng)智能運維系統(tǒng)