安科瑞 陳聰

摘要:構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為支撐建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的重要內(nèi)容，對(duì)保障電網(wǎng)彈性安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)異質(zhì)能源友好接人、服務(wù)用戶精細(xì)化用能具有重要意義。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)連接產(chǎn)-銷(xiāo)兩端關(guān)鍵中間環(huán)節(jié)，依靠泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將提升其深度感知與精細(xì)控制能力，促使配電網(wǎng)由傳統(tǒng)的“源→荷”單向供能模式向“源↔荷”雙向能量流動(dòng)模式轉(zhuǎn)變，并賦予配電網(wǎng)能源數(shù)據(jù)共享、服務(wù)提供的新型角色。文章從泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基本概念、體系架構(gòu)、典型功能、關(guān)鍵技術(shù)，以及泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配電系統(tǒng)中的典型應(yīng)用等方面進(jìn)行綜述，并對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展和挑戰(zhàn)進(jìn)行討論。

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

0、引言

配電網(wǎng)作為連接輸電與用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全可靠運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定以及用戶體驗(yàn)的重要性不言而喻。隨著“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”、“能源互聯(lián)網(wǎng)”等戰(zhàn)略部署和建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，配電網(wǎng)需要承載的功能正在發(fā)生改變。尤其是高比例分布式可再生能源集群效應(yīng)凸顯、電動(dòng)汽車(chē)普及、異質(zhì)能源系統(tǒng)融合、用戶側(cè)多樣性用能需求增長(zhǎng)，配電網(wǎng)的角色已由傳統(tǒng)單向電能提供商向雙向能量流動(dòng)與高級(jí)服務(wù)轉(zhuǎn)變。

現(xiàn)行配電網(wǎng)存在量測(cè)覆蓋率低、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不靈活、配網(wǎng)設(shè)備規(guī)模龐大但標(biāo)準(zhǔn)化程度低、間歇性能源與可變新型負(fù)荷接納能力不足、用戶多樣化需求服務(wù)能力不足等諸多問(wèn)題。因此，提升配電網(wǎng)的信息化與自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知與精細(xì)化控制，并在此基礎(chǔ)上向用戶提供多樣化差異性的用能服務(wù)成為當(dāng)前配電網(wǎng)改造升級(jí)的當(dāng)務(wù)之急。

對(duì)于配電網(wǎng)而言，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)將極大程度提升配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的感知能力，保障分布式能源的友好接人，提高對(duì)新型負(fù)荷的彈性承載力，滿足用戶多樣性用能需求，促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)部門(mén)向樞紐型、平臺(tái)型、共享型企業(yè)轉(zhuǎn)型。

1、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念

電力系統(tǒng)為迄今為止復(fù)雜的人造系統(tǒng)。電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行的需求與日俱增。推進(jìn)電網(wǎng)信息化智能化的升級(jí)已成為世界各國(guó)共識(shí)。

我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)有限公司在2019年1月17日明確提出打造“樞紐型、平臺(tái)型、共享型”企業(yè)，建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”和“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”。同年3月8日，該公司又專門(mén)召開(kāi)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)部署會(huì)議,加快推進(jìn)戰(zhàn)略落地實(shí)施，提出到2024年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。

國(guó)家電網(wǎng)有限公司對(duì)“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的定義: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(lái)，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商和政府社會(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)展制造更大機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將通過(guò)泛在感知、可靠通信和高性能信息處理與高級(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”一體化融合，提升系統(tǒng)安全性和運(yùn)行效率。

2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與功能

作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)控技術(shù)深度融合的復(fù)雜大系統(tǒng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出能量流、信息流與業(yè)務(wù)流交互耦合的特征，將深刻影響未來(lái)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)模式,其總體體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。

2.1感知層

感知層是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”。其重要功能在于，采用多種類(lèi)型的傳感器深入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)感知。感知層設(shè)備包括電網(wǎng)一次系統(tǒng)的電壓電流互感器和二次系統(tǒng)的電能表、集中器等各類(lèi)終端，以及用戶側(cè)多種多樣的智能電器。通過(guò)泛在感知所獲取的海量數(shù)據(jù)使控制決策單元能夠獲知電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)行狀態(tài),使電網(wǎng)在面對(duì)諸如間歇性新能源并網(wǎng)、隨機(jī)負(fù)荷投切、電動(dòng)汽車(chē)時(shí)空集群效應(yīng)時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)掌握系統(tǒng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，評(píng)估安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)，通過(guò)靈活調(diào)整電網(wǎng)拓?fù)洌瑢?shí)時(shí)控制電源出力，優(yōu)化用戶用能模式，從而提高電網(wǎng)對(duì)高比例分布式新能源與新型負(fù)荷的接納能力，強(qiáng)化電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)故障的容災(zāi)性。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的功能在于為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的各類(lèi)型業(yè)務(wù)提供確定的通信服務(wù)質(zhì)量(qualityofservice，QoS)以及安全的信息交互通道。網(wǎng)絡(luò)層按安全等級(jí)與數(shù)據(jù)類(lèi)型劃分為內(nèi)部專網(wǎng)和互聯(lián)外網(wǎng)。具體的通信方式則根據(jù)實(shí)際工況、傳輸距離、經(jīng)濟(jì)成本等靈活選擇，包含移動(dòng)空中網(wǎng)、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、近距離無(wú)線傳輸以及近距離有線傳輸。其中電力線載波與230MHz無(wú)線通信為電力通信系統(tǒng)通信方式，而5G技術(shù)則是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)新興應(yīng)用的通信方式。

2.3平臺(tái)層

平臺(tái)層承載海量電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、用戶側(cè)用能數(shù)據(jù)以及其他能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化存儲(chǔ)與管理。其作用在于解決傳統(tǒng)能源生產(chǎn)運(yùn)行方式下存在的信息碎片化存儲(chǔ)問(wèn)題，打破信息孤島現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)共享。通過(guò)搭建數(shù)據(jù)中心、云平臺(tái)的方式，平臺(tái)層對(duì)下完成網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集與更新，對(duì)上則基于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析技術(shù)為各種特定的高級(jí)應(yīng)用提供跨域共享數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)向電力和數(shù)據(jù)并重的發(fā)展方向轉(zhuǎn)型。

2.4應(yīng)用層

應(yīng)用層是電力系統(tǒng)向樞紐型、平臺(tái)型和共享型變革的外在表現(xiàn)。其功能在于，基于海量電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與用戶側(cè)用能大數(shù)據(jù)，并針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)(如智能運(yùn)維、電能結(jié)算、配電自動(dòng)化、用戶用能業(yè)務(wù)（如個(gè)性化用能推薦、電動(dòng)汽車(chē)智能充電、需求側(cè)響應(yīng)）及綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)（如協(xié)調(diào)規(guī)劃、儲(chǔ)能市場(chǎng)）等，搭建各類(lèi)針對(duì)性應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶及其他能源系統(tǒng)的感知互動(dòng)。

3、面向配用電系統(tǒng)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)包含了從感知、通信、信息處理到?jīng)Q策控制諸多關(guān)鍵技術(shù)。而配電網(wǎng)作為連接電網(wǎng)與用戶的橋梁，相較于電力系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)更具有面向社會(huì)服務(wù)的特性。按照感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層與應(yīng)用層的體系結(jié)構(gòu)，并結(jié)合近年來(lái)相關(guān)研究成果對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行梳理、歸類(lèi)和分析。

3.1感知層關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)海量智能終端的監(jiān)測(cè)與控制是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)控的前提，這要求未來(lái)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的全覆蓋。與輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)到含有的電氣設(shè)備都更加復(fù)雜多樣，如大量分布式電源并網(wǎng)以及用戶側(cè)的智能家居、電動(dòng)汽車(chē)等新型用電設(shè)備等，從而配電網(wǎng)中的監(jiān)測(cè)對(duì)象更加多樣,物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類(lèi)型都更為復(fù)雜。因此，對(duì)于配用電雙方而言，為實(shí)現(xiàn)降本增效與互聯(lián)共享，未來(lái)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中傳感設(shè)備必須朝向高度集成化方向發(fā)展

3.1.1新型電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)

為使現(xiàn)有配電系統(tǒng)向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)升級(jí),新型配電終端的研發(fā)必須考慮全電力行業(yè)背景兼容，如設(shè)備尺寸、部署環(huán)境、電磁兼容等。

3.1.2底層傳感器部署技術(shù)

由于配電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景工況復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層海量配用電設(shè)備的全覆蓋監(jiān)測(cè)是保證泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可感知可控制的首要前提。

3.2網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)

健壯、可靠的通信信道是保障泛在電力聯(lián)網(wǎng)感知大數(shù)據(jù)匯聚和控制指令準(zhǔn)確下發(fā)的關(guān)鍵。面向超大規(guī)模城市群及地區(qū)型新型城鎮(zhèn)的配電網(wǎng)部署場(chǎng)景更加復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”有線通信方式由于布線成本高、實(shí)際工況復(fù)雜等限制，在使用中存在弊端,而無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、部署靈活、網(wǎng)絡(luò)抗毀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此“有線+無(wú)線”互補(bǔ)的模式將是未來(lái)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層通信模式的發(fā)展方向。此外，為防止網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還應(yīng)具備安全防御功能。

3.2.1底層自組網(wǎng)與核心通信網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)

配電通信系統(tǒng)承載著配網(wǎng)保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化、生產(chǎn)管理、需求側(cè)響應(yīng)等多種業(yè)務(wù)的信息傳輸任務(wù)。不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)QoS要求不同，部分電力業(yè)務(wù)的通信傳輸QoS需求。為保證泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能夠提供滿足業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，新型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被提出并嘗試在電力通信系統(tǒng)中應(yīng)用。同時(shí)，隨著高比例清潔能源、海量電力傳感器及智能配電終端的接人，泛在感知信息的數(shù)據(jù)量和呈現(xiàn)維度都以爆發(fā)式趨勢(shì)增長(zhǎng)。因此，對(duì)于終端數(shù)量多、帶寬資源有限的底層接人網(wǎng)，需要設(shè)計(jì)健壯的自組網(wǎng)路由策略保障狀態(tài)量和控制量的及時(shí)傳輸。對(duì)于承載QoS需求迥異的多業(yè)務(wù)傳輸?shù)暮诵墓歉删W(wǎng)絡(luò)，需要在現(xiàn)有的電力通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行合理規(guī)劃，提升網(wǎng)絡(luò)健壯性和抗毀性。

3.2.2安全訪問(wèn)與信任控制技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電系統(tǒng)中的引入在提升配電網(wǎng)信息感知深度和廣度的同時(shí)，開(kāi)放性的終端接入和數(shù)據(jù)交互使得配電系統(tǒng)的安全可靠性受到挑戰(zhàn)。因此，網(wǎng)絡(luò)對(duì)終端身份的真實(shí)合法性認(rèn)證、數(shù)據(jù)真實(shí)性辨別以及信息流可靠安全傳輸是關(guān)鍵。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下配用電環(huán)節(jié)可能存在的信息安全風(fēng)險(xiǎn)，而保證其信息安全的技術(shù)主要有以下3類(lèi)。

1. 身份認(rèn)證與訪問(wèn)控制技術(shù)。通過(guò)對(duì)用戶身份合法性與權(quán)限等級(jí)進(jìn)行確認(rèn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的身份認(rèn)證以及限制已認(rèn)證用戶對(duì)系統(tǒng)資源的訪問(wèn)條件。

2. 數(shù)據(jù)加密技術(shù)。通信雙方按照約定法則對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊變換(即加密算法)，并在接收方進(jìn)行解密，保證數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的不被篡改。加密方法可分為單密鑰(又稱專用密鑰、對(duì)稱密鑰)、多密鑰(又稱非對(duì)稱密鑰)以及結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)的混合加密算法。

3. 安全路由技術(shù)。通過(guò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)，保證信息從信源端發(fā)送到信宿地址的路徑能夠被正確發(fā)現(xiàn)且合法，保證任意一個(gè)合法的接收者能夠驗(yàn)證每條信息的完整性與信息發(fā)送者身份的真實(shí)性。

3.3平臺(tái)層關(guān)鍵技術(shù)

電網(wǎng)海量狀態(tài)信息、用戶側(cè)用能數(shù)據(jù)以及其他關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)(如天氣、分布式能源和儲(chǔ)能數(shù)據(jù)是配電自動(dòng)化運(yùn)維、全景態(tài)勢(shì)感知、個(gè)性化用能推薦、綜合能源協(xié)調(diào)運(yùn)行等高級(jí)應(yīng)用決策依據(jù)的來(lái)源。這些數(shù)據(jù)具有多源性、格式多樣性、信息冗余度高、數(shù)據(jù)量大、隱含信息價(jià)值高但不直觀的特性。因此，只有對(duì)配電系統(tǒng)中的海量高維數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合、管理與信息挖掘，才能獲取更多的數(shù)據(jù)內(nèi)在價(jià)值。

3.3.1數(shù)據(jù)融合技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)泛在感知產(chǎn)生的海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)具有高冗余性，需要采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)以降低冗余度、減少通信量、降低數(shù)據(jù)分析難度，其在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中具有重要意義。

3.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理與挖掘分析技術(shù)

已有文獻(xiàn)表明，僅對(duì)于用電信息采集系統(tǒng)而言，每100萬(wàn)居民用戶每日用電信息數(shù)據(jù)便超過(guò)1TB。而未來(lái)電力系統(tǒng)中，大量配電終端、用電終端、綜合能源系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有電力系統(tǒng)所能處理和承受的范圍。對(duì)其中蘊(yùn)含的信息進(jìn)行深入挖掘分析，并可視化地呈現(xiàn)，對(duì)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，形成技術(shù)閉環(huán)具有重要意義。

(1)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)。對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新存儲(chǔ)與管理，為進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析提供物理基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)來(lái)源。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中海量數(shù)據(jù)，若仍按照傳統(tǒng)采集-傳輸-集中存儲(chǔ)的方式，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度過(guò)大、數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)、資源利用率低等問(wèn)題。此外，非電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)(如用戶側(cè)用能數(shù)據(jù)等)的存儲(chǔ)還涉及到對(duì)電網(wǎng)的安全影響問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)適應(yīng)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理方案具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

(2)大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)。提取大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含價(jià)值,提供未來(lái)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用決策依據(jù)。然而，現(xiàn)階段電網(wǎng)底層終端監(jiān)測(cè)覆蓋率不足且較為封閉，尚未實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)用能大數(shù)據(jù)、其他能源系統(tǒng)大數(shù)據(jù)等互聯(lián)共享。故泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念下針對(duì)多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)的分析挖掘以支撐電網(wǎng)可靠運(yùn)行將具有廣闊應(yīng)用前景和工程價(jià)值。

3.4應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)

高比例間歇性分布式能源與電動(dòng)汽車(chē)等新型負(fù)荷的接入將為配用電系統(tǒng)帶來(lái)諧波注人、潮流雙向流動(dòng)、頻率/電壓波動(dòng)加劇等問(wèn)題，傳統(tǒng)電網(wǎng)由于感知不信息化自動(dòng)化程度較低，往往采取棄風(fēng)、棄光或增加備用容量等措施，導(dǎo)致彈性承受力不強(qiáng)、新能源利用率不高、投資成本過(guò)大等問(wèn)題。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使電網(wǎng)感知運(yùn)行狀態(tài)、精細(xì)化調(diào)控以及用戶側(cè)和其他能源系統(tǒng)參與配網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行成為可能。

3.4.1態(tài)勢(shì)感知技術(shù)

智能電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知是以海量電力系統(tǒng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于環(huán)境的，動(dòng)態(tài)、整體地洞悉電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全威脅的發(fā)現(xiàn)識(shí)別、理解分析、響應(yīng)處置，是一系列提升電網(wǎng)運(yùn)行智能化水平與健壯性能力的技術(shù)集合。

3.4.2主動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)

分布式能源與新型負(fù)荷的大規(guī)模接入將對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行安全造成沖擊。其根本原因在于現(xiàn)有電網(wǎng)拓?fù)湫问焦潭ǘ{(diào)節(jié)容量有限，存在調(diào)控手段不靈活的缺點(diǎn)。而主動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)的應(yīng)用，可從4個(gè)方面提升電網(wǎng)對(duì)間歇性新能源與新型負(fù)荷的接納能力；

（1）對(duì)于電網(wǎng)設(shè)備而言，依托于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，獲取運(yùn)行方式;

（2）對(duì)于網(wǎng)架優(yōu)化，利用泛在互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)諸如有載調(diào)壓變壓器、分布式電源、聯(lián)絡(luò)線開(kāi)關(guān)等進(jìn)行精細(xì)化調(diào)控，靈活調(diào)整網(wǎng)架拓?fù)?

（3）對(duì)于用戶側(cè)而言，通過(guò)價(jià)格激勵(lì)機(jī)制引導(dǎo)用戶合理用能，如用能策略推薦電動(dòng)汽車(chē)V2G(Vehicle-to-Grid)參與等，等效提高系統(tǒng)備用容量;

（4）對(duì)于其他能源系統(tǒng)設(shè)備而言，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(如換熱器、氫儲(chǔ)能等)實(shí)現(xiàn)電能替代與存儲(chǔ)。

4、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配網(wǎng)中的典型應(yīng)用

配電網(wǎng)作為溝通輸電網(wǎng)與用戶的橋梁，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下，除對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行智能化升級(jí)外，還將承載大量面向用戶和綜合能源系統(tǒng)的新型業(yè)務(wù)，因此需要深入研究泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電系統(tǒng)的融合和典型應(yīng)用場(chǎng)景。

4.1配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

現(xiàn)階段，配電網(wǎng)決策過(guò)程中信息化手段和技術(shù)支撐還不完備，電力設(shè)備存在隨壞隨修、隨檢隨修的現(xiàn)狀。然而高比例間歇性能源與新型負(fù)荷的快速增長(zhǎng)對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性與供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠使配網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，評(píng)估配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而及時(shí)排除故障隱患，主要表現(xiàn)在:

1. 在線監(jiān)測(cè)手段進(jìn)一步豐富。依托于健壯的通信系統(tǒng)，使得原先僅能通過(guò)電氣量甚至人工現(xiàn)場(chǎng)判定的故障類(lèi)型能夠通過(guò)多種方式辨識(shí)。

2. 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)配電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析和挖掘，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能方法開(kāi)展配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，提高供電可靠性。

4.2主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃與綜合能源協(xié)調(diào)運(yùn)行

對(duì)于高度信息化、異質(zhì)能源混雜的未來(lái)配電系統(tǒng)，現(xiàn)有配網(wǎng)規(guī)劃方法將不再適用:

(1)就配電系統(tǒng)自身而言,電網(wǎng)與用戶間的界限逐漸模糊，除了可再生能源與電動(dòng)汽車(chē)等帶來(lái)的諸如潮流雙向流動(dòng)、節(jié)點(diǎn)電壓與頻率波動(dòng)等不確定性問(wèn)題凸顯以外，配電通信系統(tǒng)的健壯性同樣是未來(lái)配電系統(tǒng)需要考慮的問(wèn)題。

(2)現(xiàn)階段與居民用戶緊密聯(lián)系的電力、交通、熱力、燃?xì)獾认到y(tǒng)均是各自獨(dú)立規(guī)劃，而未來(lái)配電網(wǎng)將作為區(qū)域能源系統(tǒng)的核心與樞紐，將承擔(dān)諸如電、水、氣、熱等異質(zhì)能源梯級(jí)利用、消納與轉(zhuǎn)化、協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行的責(zé)任。

因此，未來(lái)需將配電系統(tǒng)與其他系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)規(guī)劃，從而滿足綜合能源系統(tǒng)在大時(shí)空范圍能源配置的需求。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下，配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行需具備更多的自主靈活性:

4.3用戶個(gè)性化用能服務(wù)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)僅以供電為目的，用戶僅作為受電端被動(dòng)參與配電網(wǎng)運(yùn)行。雖然目前已有分時(shí)電價(jià)機(jī)制以鼓勵(lì)電力用戶移峰填谷，優(yōu)化用電方式，然而總體而言，用戶參與程度低且對(duì)用戶的調(diào)控水平不夠精細(xì)。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)終端和網(wǎng)絡(luò)深人用戶側(cè),電力用戶角色將逐步發(fā)生改變:

1. 安裝屋頂光伏電站、小型風(fēng)機(jī)，具有V2G功能電動(dòng)汽車(chē)的用戶在一定程度上成為電能供應(yīng)方。更廣義地，用戶側(cè)熱水器甚至用戶室內(nèi)空氣等都可視為蓄能設(shè)備參與配電網(wǎng)運(yùn)行。

(2)電力用戶的智能終端，如智能空調(diào)、電熱水器、電動(dòng)汽車(chē)等蘊(yùn)含豐富的用電行為信息，使得用戶成為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息提供方。

為更好地服務(wù)于用戶,引導(dǎo)用戶合理用能并提升用戶參與配電網(wǎng)運(yùn)行深度和廣度，形成優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)閉環(huán)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電系統(tǒng)深度融合,通過(guò)制定個(gè)性化用能服務(wù)調(diào)動(dòng)電力用戶參與配網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的積極性。

5、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái)，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺(tái)。 用戶僅需購(gòu)買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺(tái)、多語(yǔ)言、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

6、應(yīng)用場(chǎng)所

本平臺(tái)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(yùn)維等領(lǐng)域。

7、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

8、平臺(tái)功能

8.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據(jù)客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的工程或調(diào)試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁(yè)面。

例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙，內(nèi)容有：預(yù)付費(fèi)、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計(jì)、收益統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維情況等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報(bào)警時(shí)可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

8.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)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(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)'、遙信、遙控控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測(cè)和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè) 備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)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

8.3 能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng) 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析 與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

8.4預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對(duì)建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對(duì)商鋪用戶執(zhí)行開(kāi)戶、銷(xiāo)戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對(duì)已開(kāi)戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對(duì)已開(kāi)戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報(bào)表中心：提供售電、售水財(cái)務(wù)報(bào)表、用能報(bào)表、報(bào)警報(bào)表等查詢，本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費(fèi)看板

8.5 充電樁管理

通過(guò)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(lèi)故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。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，包括城市級(jí)大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

8.6 智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，也可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺(tái)遠(yuǎn)程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

照明實(shí)時(shí)監(jiān)控

8.7 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、電氣火災(zāi)探測(cè)器，對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速時(shí)間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然”的目的。

8.8 智慧消防

通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。補(bǔ)了原先針對(duì)“九小場(chǎng)所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無(wú)法監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細(xì)化”的實(shí)際需求。

智慧消防看板

9、系統(tǒng)硬件配置

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前電力系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)的信息壁壘仍然存在，諸如綜合能源協(xié)同優(yōu)化、能源市場(chǎng)交易、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)尚處于理論論證階段。總之，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要社會(huì)各方的廣泛共同參與，協(xié)力開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，以促進(jìn)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭小圣，鄧迪元，程時(shí)杰，等.面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，201535(3);503-511。

[2] 張小平，李佳寧，付灝.全球能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)話工業(yè)4.0[J].電技術(shù)201640(6):1607-1611。

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版。