【解决方案】泛在电力物联网发展形态与挑战

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

1 泛在电力物联网的主要作用

    UPIoT以信息获取为基础，注重用户之间以及用户与电网之间进行实时连接和互动，并对海量数据信息进行收集分析和实时高速传输，从而加强电网智能处理和决策支持功能。

    UPIoT的主要特征表现在：

①无时不在、无处不在：除了电力设备外，成千上万的电器，甚至是用户的穿戴设备，都将通过传感器连接到物联网中，支持终端即插即用，用户本身也是物联网连接的对象之一；

②多种业务数据贯通：电网多种业务打破数据壁垒，各环节数据统一在大数据平台进行管理，为应用提供强大的数据平台支撑；

③应用功能完善：随着人工智能算法、大数据分析方法的成熟，应用层将会逐渐完善功能，及时处理多种数据形成分析结果和优化方案反馈回电网，保证电网安全稳定可靠经济运行；

④数据呈现巨大效益：电网数据价值得到充分挖掘，既能实现电网企业业务转型升级和盈利模式创新，又能为各种创新型机构提供共享数据，促进社会经济发展。

   UPIoT的作用主要体现在以下4个方面：

1）支撑电网运行性能提升

2）促进与用户互动化的智能用电

3）提升分布式可再*能源消纳能力

4）挖掘用电大数据的增量价值

2 物联网技术在电网中的已有基础

   UPIoT的概念是基于目前电力系统信息化、智能化的技术现状和发展趋势提出来的。本节从发电、输电、变电、配电、用电5个方面，阐述电网中物联网技术的研究和应用基础。

2.1发电领域

   “互联网+”智慧能源的任务之一就是推动能源生产智慧化，提升大规模新能源的消纳能力。作为实现这一目标的技术基础，物联网技术在发电领域的应用主要体现在传感器应用及对发电机实时状态监测。文献基于物联网架构，构建了发电机组远程状态监测系统，实现了机组状态远程在线专家诊断、故障预报、科学维护，保障机组安全运行；文献设计了基于视频监控、RFID、GPRS等技术的物联网监控平台，实现发电系统各类动态数据的可视化。文献利用ZigBee和嵌入式系统搭建微网分布式电源的控制系统，其中，ZigBee用于短距离通信，嵌入式系统用于数据格式处理和通信协议转化，控制命令由远程服务器生成并下达。

2.2输电领域

   物联网技术在输电领域的应用主要体现在对输电线路状态的监测及线路安全检修管控。目前，基于物联网技术的输电线路监测系统，根据应用场合的不同，数据采集的方式或传输层的通信方式也可能不一样。现有监测系统往往存在运行维护费用高、数据传输率低等问题。文献组建了基于级联拓扑无线Mesh与光纤复合架空地线光传输耦合网络，满足输电线路设备物联网通信网络带宽、时延、可靠性和安全性要求。文献则采用接入网和汇聚网两级通信网络结构进行变电站和输电线路的通信网络设计，从而实现远距离传输。

2.3变电领域

   物联网在变电领域的应用包括了变电站电气信息，设备温度等状态信息和运行操作信息的监控预警与故障诊断等方面，着力于解决变电设备状态实时监测、监测装置孤岛运行、故障诊断功能不足等问题。工业物联网是实现变电站监控数据实时采集、通信和处理的有*手段。文献设计了变电设备智能监测传感网络，并基于一*化智能监测装置实现收发数据、分布式计算以及设备故障诊断和预警功能。

2.4配电领域

   物联网技术在配电领域的应用包括对配电设备及其运行状态的监测、故障定位、资产管理。文献采用无线传感器反应网络（WSANs）构建了智能电网的信息系统，实现智能电网的可视可控。文献采用无线传感网络建立了配网故障定位系统，相比于传统故障定位系统，故障定位更准确，性价比更高。文献将RFID应用到资产管理工作中，提高资产管理水平和效率。主动地对并网分布式发电（DG）、储能、充电桩、有载调压变压器、无功补偿等配电网设备的运行进行优化与控制是主动配电网的主要功能，而这些功能的实现往往依赖于物联网技术。两者的*度融*将形成配电物联网，成为能源转型“再电气化”发展的新思路、新模式、新焦点。文献论述了配电物联网的内涵构想和应用特征，提出由“云、管、边、端”构成的配电物联网体系架构。

2.5用电领域

   物联网在用电领域的应用主要涉及低压抄表、用电安全、工厂智能用电、智能家居、智能充电、智能楼宇等。智能用电服务系统是智能电网建设在用户侧的重要组成部分，文献分别从组成架构和信息架构两方面介绍了用电设备智联网的体系架构，并分析了用电设备智联网这个“电力物联网”的功能，异构了电力光纤、双绞线、现场总线和无线网络等大容量传输技术，可以支撑DG、电动汽车和智能家居的应用。中国已经推广应用了智能电表，结合UPIoT的建设推进，智能电表的超计量功能价值凸显，智能用电的各种场景都将变得清晰。

   总体上看，UPIoT是电力网-信息网-社会网的融*。在此阶段，需要加强4个方面的研究：大范围多设备感知能力强化；多业务异构数据统一管理平台建设，包括数据标准与模型统一、系统技术架构统一、平台入口统一等；电力大数据快速分析与应用；用电大数据安全与隐私保护及分级授权方法。

3 发展形态

   随着传感器技术、通信技术与云/边缘计算技术等物联网关键技术在智能电网中的应用深化，UPIoT的形态也会逐渐演化。

阶段，UPIoT基本实现电网的信息化和自动化，建成一系列通信信息平台和自动化系统，对应当前智能电网的发展水平；

第2阶段：UPIoT连接对象更加丰富，数据的应用水平明显提高，数据采集、通信与计算处理分析的效率与质量提升，提高电力系统各个环节的可观可测性，通过贯通不同业务数据，逐渐实现电网透明化运行；

第3阶段：UPIoT加强用户与电网交互，万千主体在开放式平台上参与电力生产与消费，促*电力供应的边际成本趋近于零，从而可能形成零边际成本电网形态。

4 泛在电力物联网的技术挑战

   为达到透明电网乃至零边际成本电网形态，UPIoT的建设还需要克服多项技术难题。本节从数据采集、数据通信、数据处理3个方面，提出泛在电力物联网的技术挑战。

1）传感器的覆盖不充分，电网仍存在监测盲区

2）数据模型和通信标准没有统一，信息孤岛难以*除

3）数据分析智能化程度低，用电数据价值尚未被有*挖掘

5 Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

    Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

    本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

   电力集抄；变压器监控；配电图；能耗分析；能耗概况；预付费看板；充电桩管理；充电桩看板；智能照明；监控页面；安全用电；智慧消防

   预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

（5）系统硬件配置

 

 

 

作者介绍

未晓妃，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为微电网能效管理和环保安全用电。