摘要：在社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展中，配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了角色轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的單向供電服務(wù)形式已經(jīng)被雙向能流服務(wù)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(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開始應(yīng)用于當(dāng)今的電力系統(tǒng)。本文分析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，希望可以為相關(guān)分析與研究提供參考。
關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng);智能配電系統(tǒng);應(yīng)用
隨著時代的發(fā)展，配電網(wǎng)的角色在發(fā)生轉(zhuǎn)變：由單純的單向電能供應(yīng)轉(zhuǎn)向復(fù)雜的雙向能流服務(wù)，如分布式發(fā)電的接入、用戶側(cè)多樣需求的滿足等。但受制于歷史發(fā)展情況，規(guī)模龐大的配電網(wǎng)難以立即適應(yīng)新角色，特別在信息化和自動化水平上存在長足進(jìn)展空間。正是基于此，電力企業(yè)積極響應(yīng)打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)，其實(shí)質(zhì)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，充分吸納人工智能、大數(shù)據(jù)分析等要素，達(dá)成電力生產(chǎn)到電力消費(fèi)各環(huán)節(jié)中各類對象的信息互聯(lián)共享，從而實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時感知與精細(xì)調(diào)控。但泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的研究尚不成熟，其與配網(wǎng)的融合更處于起步階段，需要進(jìn)行有益探索。
1、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念及體系架構(gòu)
在社會高度電氣化的當(dāng)下，推進(jìn)電網(wǎng)信息化智能化的升級已成為世界各國共識。美國、歐盟、日韓等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體均提出了相關(guān)遠(yuǎn)景展望及工作計(jì)劃。我國是電力大國和電力強(qiáng)國，在電網(wǎng)發(fā)展的前沿陣地自然占有一席之地。電力公司關(guān)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的理解：將“源-網(wǎng)-荷”層面的人、物、設(shè)備等充分連接以達(dá)成泛在感知，借助可靠通信和高性能信息處理將海量數(shù)據(jù)在發(fā)、供、用之間共享，最終實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)“能量流、信息流、業(yè)務(wù)流”的一體化融合，為價(jià)值服務(wù)提升提供有效平臺。
針對集物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)等多種技術(shù)手段為一體的復(fù)雜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)多呈現(xiàn)出明顯的能量流、信息流與業(yè)務(wù)流交互耦合的特征，并可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層以及應(yīng)用層等四個架構(gòu)維度。
1.1.感知層
虛擬化是一個全新的運(yùn)算模型，中小企業(yè)用戶能夠利用該模型在任意地點(diǎn)使用網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備瀏覽應(yīng)用程式，而使用流程在可大幅伸縮的數(shù)據(jù)中心，公司運(yùn)算資源也能夠在這里動態(tài)部署工作，并進(jìn)行公司數(shù)據(jù)共享。將運(yùn)算散布于公司巨大的分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，而并非在自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或遠(yuǎn)程服務(wù)器設(shè)備中，因此公司在大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的操作環(huán)境將和網(wǎng)絡(luò)更接近，這就要求公司能夠把運(yùn)算資源遷移到實(shí)際需要的實(shí)際應(yīng)用上，并按照要求使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題不能正常工作或出現(xiàn)故障時，海量信息將會上傳到數(shù)據(jù)中心模塊，這就對計(jì)算機(jī)信息處理能力提出了高度的需求，與電力系統(tǒng)運(yùn)營相關(guān)的硬件投資成本也是很大的。而由于虛擬化讓超級計(jì)算能力通過網(wǎng)絡(luò)隨意流動變?yōu)榱丝赡埽竞蛡€人用戶就無須再投資高昂的硬件采購成本，而只需利用網(wǎng)絡(luò)來采購或租用計(jì)算能力。電力系統(tǒng)運(yùn)營就能夠大幅節(jié)省生產(chǎn)成本，這和構(gòu)建資源節(jié)約型社會是能夠相互照應(yīng)的。
1.2.網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層多用于保障泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務(wù)通信服務(wù)的整體質(zhì)量，多分為內(nèi)部專網(wǎng)和互聯(lián)專網(wǎng)兩種類型，且由于不同系統(tǒng)的通信距離和經(jīng)濟(jì)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(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)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(shù)的飛速發(fā)展，以5G技術(shù)為核心的通信方式已經(jīng)成為現(xiàn)階段泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要發(fā)展趨勢。此外，從烏克蘭電網(wǎng)黑客攻擊事件不難看出，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層所進(jìn)行的安全管理往往是保證整個智能配電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在，因此一般需以不同類型的通信協(xié)議為依托來有效降低智能配電系統(tǒng)所存在的互聯(lián)網(wǎng)攻擊風(fēng)險(xiǎn)。
1.3.平臺層
泛在電力互聯(lián)網(wǎng)的平臺層的作用在于能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互融合，依托于大數(shù)據(jù)存儲與分析技術(shù)，智能配電系統(tǒng)管理人員能夠就傳統(tǒng)能源生產(chǎn)模式下的信息存儲碎片化問題進(jìn)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(shù)據(jù)中心的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時收集和整理，最終有助于保障電網(wǎng)發(fā)展決策的科學(xué)性和合理性，并能夠在電力數(shù)據(jù)共享機(jī)制的幫助下促進(jìn)配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模式的快速轉(zhuǎn)型。
1.4.應(yīng)用層
應(yīng)用層是電力系統(tǒng)向樞紐型、平臺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)，并針對電網(wǎng)運(yùn)營業(yè)務(wù)(如智能運(yùn)維、電能結(jié)算、配電自動化)、用戶用能業(yè)務(wù)(如個性化用能推薦、電動汽車智能充電、需求側(cè)響應(yīng))及綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營業(yè)務(wù)(如協(xié)調(diào)規(guī)劃、儲能市場)等，搭建各類針對性應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶及其他能源系統(tǒng)的感知互動。
2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 應(yīng)用于感知層的關(guān)鍵技術(shù)
對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來說，感知層的主要作用在于保障系統(tǒng)感知數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性，而在現(xiàn)代智能配電系統(tǒng)發(fā)展過程中，感知層的監(jiān)測對象愈發(fā)多樣，監(jiān)測數(shù)據(jù)愈發(fā)復(fù)雜，因此應(yīng)在感知層呈現(xiàn)集成化發(fā)展態(tài)勢的基礎(chǔ)上就感知層技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步，以滿足現(xiàn)代智能配電系統(tǒng)的具體感知要求。針對新型電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)技術(shù)，新的感知設(shè)備應(yīng)滿足尺寸、環(huán)境、電磁兼容等多方面因素要求，并盡可能貼合當(dāng)前階段電力行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn);針對底層傳感器部署技術(shù)，除了應(yīng)完善部署方案確保對配電系統(tǒng)所有設(shè)備的全覆蓋監(jiān)測外，還應(yīng)在空間正四面體傳感器節(jié)點(diǎn)部署等部署思想的指導(dǎo)下合理發(fā)揮多種傳感器的應(yīng)用價(jià)值，并以此提升感知層的整體感知效果。
2.2 應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)
因?yàn)楫?dāng)今的配電網(wǎng)有著點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，所以如果依然按照傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)形式的通信方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，將很難將網(wǎng)絡(luò)層全面鋪開。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行的過程中，應(yīng)該應(yīng)用有線模式和無線模式兩者互補(bǔ)的方式來實(shí)現(xiàn)，同時應(yīng)該注重落實(shí)所有的安全防御工作。
首先，應(yīng)該注重底層自組網(wǎng)和核心通信網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用，因?yàn)榕潆娡ㄐ畔到y(tǒng)中通常承載著大量的業(yè)務(wù)傳輸任務(wù)，意味著通信系統(tǒng)需要符合很多種的QoS需求。隨著通信系統(tǒng)中的接入對象越來越豐富，泛在感知信息的數(shù)據(jù)量和呈現(xiàn)維度將出現(xiàn)指數(shù)式上升趨勢。為了有效應(yīng)對這樣的情況，需要讓自組網(wǎng)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(wǎng)的控制量和狀態(tài)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)海量信息的及時傳輸。在此過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充的相關(guān)算法，將配網(wǎng)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系作為基礎(chǔ)，并從拓?fù)涓拍钊胧郑瑢π畔⑽锢硐到y(tǒng)(Cyber-PhysicalSystems，CPS)進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃。
2.3 平臺層關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)據(jù)融合技術(shù)。通過泛在感知的海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是多源、異構(gòu)、高冗余，必須依托數(shù)據(jù)融合技術(shù)來進(jìn)行前置處理;數(shù)據(jù)存儲管理與挖掘分析技術(shù)。為應(yīng)對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時更新存儲，可采取策略：基于Hadoop平臺的數(shù)據(jù)壓縮方法;采用NoSQL技術(shù)對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲管理。為提取大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含價(jià)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(fā)諧波的主要原因等。
2.4 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)
對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層來說，其以態(tài)勢感知技術(shù)和主動優(yōu)化運(yùn)作技術(shù)關(guān)鍵。態(tài)勢感知技術(shù)通過分析配電系統(tǒng)大數(shù)據(jù)來就智能配電系統(tǒng)中的各種安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時預(yù)警和響應(yīng)處置，能夠在將智能配電系統(tǒng)態(tài)勢感知分為態(tài)勢察覺、態(tài)勢理解和態(tài)勢預(yù)測的基礎(chǔ)上始終確保配電系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行;主動優(yōu)化運(yùn)作技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)于用戶側(cè)角度的決策調(diào)整，如通過調(diào)整供電價(jià)格來提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益等，進(jìn)而在保障智能配電系統(tǒng)發(fā)展決策科學(xué)性及適用性的基礎(chǔ)上確保用戶滿意度的有效提升。
3、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，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。 用戶僅需購買安科瑞物聯(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)。
該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、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、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。
4、應(yīng)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(yùn)維等領(lǐng)域。
5、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
6、平臺功能
6.1 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。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報(bào)警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。
6.2 電力集抄
電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對各種監(jiān)測數(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'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(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)時參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日報(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。
6.3 能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，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、有效利用能源，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。
6.4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：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作;
4)售電管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作;
5)售水管理：對已開戶的表進(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。
6.5 充電樁管理
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。
6.6 智能照明
智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(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，也可以實(shí)現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，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。
6.7 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)探測器，對引發(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推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速時間的排查和治理，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。
6.8 智慧消防
通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，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)。填補(bǔ)了原先針對“九小場所”和?；飞a(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細(xì)化”的實(shí)際需求。
7、系統(tǒng)硬件配置
8、結(jié)語
綜上所述，在當(dāng)今的電氣化時代，社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對各行各業(yè)的發(fā)展起到了有效的推動作用，其中電力行業(yè)的發(fā)展十分可觀。但是，當(dāng)今的電力行業(yè)智能配電系統(tǒng)依然在自動化和信息化方面存在著不足。將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能配電系統(tǒng)，將有效彌補(bǔ)其存在的不足，利用先進(jìn)技術(shù)為智能配電系統(tǒng)的發(fā)展提供動力，進(jìn)一步提升我國電力行業(yè)的發(fā)展。
來源：江蘇安科瑞電器制造有限公司 作者：徐浩竣
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