安科瑞 陳聰

摘要：在社會經濟和科學技術不斷發展中，配電網實現了角色轉變，傳統的單向供電服務形式已經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。隨著物聯網技術的發展，泛在電力物聯網開始應用于當今的電力系統。本文分析泛在電力物聯網在智能配電系統中的應用，希望可以為相關分析與研究提供參考。

   關鍵詞：泛在電力物聯網；智能配電系統；應用

   隨著時代的發展，配電網的角色在發生轉變：由單純的單向電能供應轉向復雜的雙向能流服務，如分布式發電的接入、用戶側多樣需求的滿足等。但受制于歷史發展情況，規模龐大的配電網難以立即適應新角色，特別在信息化和自動化水平上存在長足進展空間。正是基于此，電力企業積極響應打造泛在電力物聯網的戰略目標，其實質是以物聯網技術為核心，充分吸納人工智能、大數據分析等要素，達成電力生產到電力消費各環節中各類對象的信息互聯共享，從而實現對配網運行狀態的實時感知與精細調控。但泛在電力物聯網的研究尚不成熟，其與配網的融合更處于起步階段，需要進行有益探索。

1、泛在電力物聯網概念及體系架構

   在社會高度電氣化的當下，推進電網信息化智能化的升級己成為世界各國共識。美國、歐盟、日韓等發達經濟體均提出了相關遠景展望及工作計劃。我國是電力大國和電力強國，在電網發展的前沿陣地自然占有一席之地。電力公司關于泛在電力物聯網的理解：將“源-網-荷"層面的人、物、設備等充分連接以達成泛在感知，借助可靠通信和高性能信息處理將海量數據在發、供、用之間共享，最終實現全網“能量流、信息流、業務流"的一體化融合，為價值服務提升提供有效平臺。

   針對集物聯網技術、大數據技術、數據庫存儲技術等多種技術手段為一體的復雜物聯網系統，泛在電力物聯網多呈現出明顯的能量流、信息流與業務流交互耦合的特征，并可分為感知層、網絡層、平臺層以及應用層等四個架構維度。

1.1.感知層

   虛擬化是一個全新的運算模型，中小企業用戶能夠利用該模型在任意地點使用網絡連接的設備瀏覽應用程式，而使用流程在可大幅伸縮的數據中心，公司運算資源也能夠在這里動態部署工作，并進行公司數據共享。將運算散布于公司巨大的分布式網絡計算機系統上，而并非在自己的計算機系統或遠程服務器設備中，因此公司在大型互聯網數據中心的操作環境將和網絡更接近，這就要求公司能夠把運算資源遷移到實際需要的實際應用上，并按照要求使用計算機系統和數據庫管理系統。電力系統出現問題不能正常工作或出現故障時，海量信息將會上傳到數據中心模塊，這就對計算機信息處理能力提出了高度的需求，與電力系統運營相關的硬件投資成本也是很大的。而由于虛擬化讓超級計算能力通過網絡隨意流動變為了可能，公司和個人用戶就無須再投資高昂的硬件采購成本，而只需利用網絡來采購或租用計算能力。電力系統運營就能夠大幅節省生產成本，這和構建資源節約型社會是能夠相互照應的。

1.2.網絡層

   網絡層多用于保障泛在電力物聯網中業務通信服務的整體質量，多分為內部專網和互聯專網兩種類型，且由于不同系統的通信距離和經濟成本往往有所不同，因此其所適用的通信方式也會存在較大差異。例如，對于電力通信系統，其網絡層以電力線載波和230MHz無線通信最為常見，同時考慮到5G技術的飛速發展，以5G技術為核心的通信方式已經成為現階段泛在電力物聯網的主要發展趨勢。此外，從烏克蘭電網攻擊事件不難看出，針對泛在電力物聯網網絡層所進行的安全管理往往是保證整個智能配電系統運行穩定性的關鍵所在，因此一般需以不同類型的通信協議為依托來有效降低智能配電系統所存在的互聯網攻擊風險。

1.3.平臺層

   泛在電力互聯網的平臺層的作用在于能夠實現系統數據的交互融合，依托于大數據存儲與分析技術，智能配電系統管理人員能夠就傳統能源生產模式下的信息存儲碎片化問題進行有效解決，不僅可從根本上消除信息孤島問題，同時也可借助在線信息平臺和云數據中心的構建實現對電網運行數據的實時收集和整理，最終有助于保障電網發展決策的科學性和合理性，并能夠在電力數據共享機制的幫助下促進配電系統數據處理模式的快速轉型。

1.4.應用層

   應用層是電力系統向樞紐型、平臺型和共享型變革的外在表現。其功能在于，基于海量電網運行數據與用戶側用能大數據，并針對電網運營業務(如智能運維、電能結算、配電自動化)、用戶用能業務(如個性化用能推薦、電動汽車智能充電、需求側響應)及綜合能源系統運營業務(如協調規劃、儲能市場)等，搭建各類針對性應用平臺，實現電網與用戶及其他能源系統的感知互動。

2、泛在電力物聯網在智能配電系統中的關鍵技術

2.1?應用于感知層的關鍵技術

   對于泛在電力物聯網來說，感知層的主要作用在于保障系統感知數據的準確性和及時性，而在現代智能配電系統發展過程中，感知層的監測對象愈發多樣，監測數據愈發復雜，因此應在感知層呈現集成化發展態勢的基礎上就感知層技術進行進一步，以滿足現代智能配電系統的具體感知要求。針對新型電力物聯網設備研發技術，新的感知設備應滿足尺寸、環境、電磁兼容等多方面因素要求，并盡可能貼合當前階段電力行業的發展特點；針對底層傳感器部署技術，除了應完善部署方案確保對配電系統所有設備的全覆蓋監測外，還應在空間正四面體傳感器節點部署等部署思想的指導下合理發揮多種傳感器的應用價值，并以此提升感知層的整體感知效果。

2.2?應用于網絡層的關鍵技術

   因為當今的配電網有著點多面廣的特點，所以如果依然按照傳統點對點形式的通信方法進行設計，將很難將網絡層全面鋪開。在設計網絡層進行的過程中，應該應用有線模式和無線模式兩者互補的方式來實現，同時應該注重落實所有的安全防御工作。

   首先，應該注重底層自組網和核心通信網規劃技術的應用，因為配電通信系統中通常承載著大量的業務傳輸任務，意味著通信系統需要符合很多種的QoS需求。隨著通信系統中的接入對象越來越豐富，泛在感知信息的數據量和呈現維度將出現指數式上升趨勢。為了有效應對這樣的情況，需要讓自組網的路由策略變得更加“健壯"。通過這樣的方式，可以有效保障底層接入網的控制量和狀態量，進而實現海量信息的及時傳輸。在此過程中，可以通過網絡擴充的相關算法，將配網系統和通信系統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（Cyber-PhysicalSystems，CPS）進行協同規劃。

2.3?平臺層關鍵技術

   數據融合技術。通過泛在感知的海量數據的特點是多源、異構、高冗余，必須依托數據融合技術來進行前置處理；數據存儲管理與挖掘分析技術。為應對泛在電力物聯網海量數據的實時更新存儲，可采取策略：基于Hadoop平臺的數據壓縮方法；采用NoSQL技術對實際數據進行分布式存儲管理。為提取大數據蘊含價值，可吸納K-means聚類來分析用電行為，可借助Apriori算法尋找誘發諧波的主要原因等。

2.4?應用層關鍵技術

   對于泛在電力物聯網的應用層來說，其以態勢感知技術和主動優化運作技術關鍵。態勢感知技術通過分析配電系統大數據來就智能配電系統中的各種安全風險進行實時預警和響應處置，能夠在將智能配電系統態勢感知分為態勢察覺、態勢理解和態勢預測的基礎上始終確保配電系統的優化運行；主動優化運作技術的應用價值體現于用戶側角度的決策調整，如通過調整供電價格來提升電力企業的經濟效益等，進而在保障智能配電系統發展決策科學性及適用性的基礎上確保用戶滿意度的有效提升。

3、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯網平臺概述

           Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，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數據服務。

   該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、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、多終端數據訪問。

4、應用場所

   本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

5、組網結構

6、平臺功能

6.1   可定制駕駛艙

   可定制化的駕駛艙：可根據客戶的行業特性，行業需求，經過培訓的工程或調試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

   例如下圖所示的智慧物業駕駛艙，內容有：預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統計、收益統計、運維情況等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

6.2   電力集抄

   電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，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，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，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖 

6.3   能耗分析

   能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、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，運用數據處理與分析技術，進行離線生產分析 與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

6.4預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、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）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

6.5 充電樁管理

   通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

6.6   智能照明

   智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現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，并達到一定節能減掛的效果。

照明實時監控

6.7 安全用電

   安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現快速時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然"的目的。

6.8 智慧消防

   通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。彌補了原先針對“九小場所"和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實際需求。

智慧消防看板

7、系統硬件配置

結語：

   綜上所述，在當今的電氣化時代，社會經濟與科學技術的發展對各行各業的發展起到了有效的推動作用，其中電力行業的發展十分可觀。但是，當今的電力行業智能配電系統依然在自動化和信息化方面存在著不足。將泛在電力物聯網技術應用于智能配電系統，將有效彌補其存在的不足，利用技術為智能配電系統的發展提供動力，進一步提升我國電力行業的發展。

參考文獻：

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[2]張浩，趙平順，泛在電力物聯網在智能配電系統應用.

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版