柏为为
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：“三型两网”政策已成为我国电力行业发展的目标，构建泛在物联网是其发展目标的重要组成部分。无处不在的电力物联网建设将改变能源系统的技术、增长方式和运行方式，使电力行业转型升级，加快互联网能源企业建设,具有广阔的应用前景。本文主要探讨和分析了在此前提下物联网在电力系统中的相关技术和有效应用。
关键词：电力系统；泛在电力物联网；技术探析
0 引言
泛在电力物联网，是充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。这一系统将会使电网变得更“聪明”，也能够带动更多相关产业不断完善与发展，因此对变革电力系统技术、 增长方式以及运行模式等有着重要意义。
1 泛在电力物联网在电力系统中的作用分析
1.1 提高电网安全水平，有效节约资源成本
目前，我们的电网因能源分配不均衡、网络结构不完善以及电网调节能力不足而受到影响，并且无法有效地解决这些问题。结合迅速发展的智能算法和数据库技术，开发新的实时能源负荷监测和预测系统， 包括基于燃烧发电和核能的供电系统，将实时供电网络、运行设备状态和实际设备的实时运行状态相结合， 能够实现实时数据监测和自动诊断。通过实时供电网络、设备运行状态和设备运行状态实现实时数据和自动诊断技术，对于需要维护的内容，也可以进行准确的预测，不断提高供电的稳定性。泛在电力物联网建立了智能配电管理系统 IDMS）,将泛在的硬件与软件交互结合起来，实现业务链路的在线管理。通过使用无处不在的电力物联网，可以减少冗余人员，提高运营效率。无所不在的电力物联网是一个利用能源、 网络、负荷、存储、人等多种资源的交互式时空网络。 因此，它是实现能源多目标优化的必要条件，具有感知数据的特点，解决了资源优化等问题。因此，泛在电力物联网满足了用户多样化的需求和服务。
1.2 优化能源结构，引领节能潮流
在我国能源结构中，风电、光伏等清洁能源在电网中的比重相对较低，特别是三北地区风电、光伏被严重抛弃。泛在电力物联网建设将较大地促进清洁能源的消费。结合物联网全息传感技术，可以实现源、网、 负荷、储物之间的灵活互动，利用人工智能等技术， 结合负荷情况，通过市场预测风电和光伏发电的超短期发电量。鼓励用户积极参与清洁能源消费，将分布式新能源整合为实体，从而形成虚拟电厂，以多能互补的方式提高分布式电源新能源并网水平和电网可控容量比例及优化调度。
1.3 简化操作流程，规范资产管理
随着电网规模的扩大，输变电设备的数量和差动值迅速增加，运行条件也随之复杂化。常规设备检查通常由电子设备和人力进行。检查任务非常艰巨。一方面对人力检验提出了很高的要求，另一方面，设备检验、管理、分析和评价高度集中，也迫切需要一种新的智能化手段。利用无所不在的电力物联网技术， 以资产身份编码为基础，以资产状态的综合感知为手段，在资产管理过程中通过信息实现联动，在重要资产的管理、资产全生命周期的跟踪和检查维护设备中发挥关键作用，实现可视化网格资产的在线管理。
2 泛在电力物联网关键技术介绍
2.1 泛在电力物联网下的智能芯片技术
各种电力设备的运行产生了大量的数据。大多数现场数据釆集设备仍然是驱动工业采集设备。数据的可靠性和准确性差，导致终端设备的智能化程度低。 基于智能芯片的微型智能传感器和智能终端可以完全解决这一问题。它具有精度高、功耗低、小型化、智能化等特点，一方面可以完成设备信息的采集、提取和传输；另一方面通过局部边缘计算，可实现终端的智能化，完成本地自动控制，同时实现遥感和遥控功能。
2.2 泛在电力物联网下的5G网络技术
在无线网络发达的今天，通过传统无线网络的支持很难满足当前用户的需求，而无处不在的电力物联网将是其中一个新的机遇，5G网络技术的应用可以较大地提高泛在电力物联网的运行效率。所谓的第五代移动通信技术是在现有4G网络的基础上进行创新升级的一种新的网络技术。虽然还没有普及，但预计5G网络的运行速度将是4G网络的十倍，作为信息时代具代表性的5G网络功能它能更有效地解决电力传输和网络区域限制的问题，提高网络运行速度，同 时，也能让更多接触网络的人感受到网络时代的魅力。 如此高效的带宽和网速不仅可以满足人类的需求，而且可以同时接入许多现代化的高端运营设备，从而达到好的服务条件，因此，在电力传输方面，泛在电力物联网的应用具有有效的作用。5G网络的主要目标是让终端用户随时随地实现联网状态。5G时代的到来，可以说为其建设提供了技术基础。以5G为核心的LPMA无线传输方式不仅具有传统技术的稳定性， 而且具有超高速、极方便的特点。
2.3 泛在电力物联网下的设备创新技术
对于无处不在的电力物联网来说，首要任务是有效发挥信息感知功能。因此，需要在不同的目标区域部署不同的感知设备，对不同的人或物进行相应的实时感知。但由于电力系统本身规模过大，且结构十分复杂，所以需要部署的传感器设备数量相对较多。基于这种情况，传感器设备需要简化，传感器设备的成本也需要进一步控制，尽可能降低人力物力的消耗。 同时，充分利用无线通信功能，降低线路等基础设施的部署要求，对所需设备进行不断创新。只有这样， 才能在建设阶段有效控制电力系统物联网的成本和难度，实现多个物联网设备与电力系统的连接和集成。
3 电力系统下的泛在物联网技术应用前景
3.1 在应急通信中的应用
一般来说，电力系统一旦处于故障状态，工作人员应在短时间赶到检修现场，分析设备故障，及时检查故障点，确保电力设施故障的检修工作尽快完成。 在传统的救援过程中，往往采用电话或视频等多种远程联系方式，与中控中心取得联系，使现场情况一目了然。这种方式不仅受到设备和通信技术的限制，而且延长了救援工作的总时间。不过，利用电力物联网技术可以解决上述事件，有利于更好地规范控制中心的维修状态，加强与工作人员的联系，从而制定高质量的解决方案，确保在短时间内全面提高维修质量， 保障社会稳定供电。当电力设施发生运行故障时，通过物联网技术在电力系统建设中的逐渐应用，通过现代智能监控，可以准确定位事故现场，从而明确设备损坏情况和事故现场维护情况。在了解周围环境和内部设施后，根据系统维护说明，立即协调人员到现场扎根，进行电力设施的维护。
3.2 在设备状态监测中的应用
监测和维护是电力物联网的两大核心功能，在很大程度上保证了电力运行的质量。电力物联网技术可以采集电力设备运行参数，并给出具有存储、分析和显示功能的工作流程。在此过程中，电力物联网技术可以将所有信息逐一显示，并利用系统对信息进行综合分析，及
时发现信息中的异常现象，达到监控效果。当出现异常时，需要从各个方面及时处理。因此，当出现异常情况时,电力物联网会通过报警等方式提醒手册采取维护措施,
充分保证电力运行的运行维护质量。
3.3 在设备平台化中的应用
若将电力系统的这些海量数据接入，打造一个综合数据平台，通过对大量数据的合理分析和深度挖掘， 则可以实现对电力系统信息的有效利用。综合数据平台将每种设备进行平台化，应具备大数据处理和云计算功能，并具备实现风险预测、电力系统故障诊断等人工智能的能力。例如，阿里巴巴的Link物联网平台综合数据平台已经在生产实践中得到应用，解决了位置监控、状态监控、信息管理、方向控制等常见设备问题。物联网平台在现实生活、生产和应用中具有良好的发展前景，促进城市管理项目的稳定运行。
4 安科瑞为国家电网2020泛在电力物联网建设提供解决方案
安科瑞电气深耕用户侧能效管理多年，逐渐完善了从电力物联网云平台到终端传感器的生态体系，在“源（电源）-网（电网）-荷（负荷）-储（储能）”各个环节加大研发投入，已经形成“云（云平台）-管（有线/无线物联）-边（边缘计算）-端（终端设备）”的生态系统，积极参与泛在电力物联网建设，为国家电网建设“三型两网”提供解决方案，使用户在任何时间、地点、人、物之间实现信息连接和交互，产生共享数据，从而为电网、发电、供应商、用户服务。
安科瑞电气近年来已经陆续推出变电所运维云平台、能源管理云平台、智慧安全用电云平台、环保用电监管云平台、充电桩（电动汽车/自行车）运营管理云平台、预付费管理云平台等云平台解决方案等解决方案，并已经广泛应用在多地国网公司用户端业务、环保部门、安监部门、住建部门等。
据统计全国高供高计的工商业用户数量达到200多万户，规模巨大，但是大部分日常的运行维护工作比较传统，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障抢修时间长、风险预防薄弱等问题。国网公司和众多电力运维公司正在抢占这块巨大的市场，这是一个千亿级别的市场。
4.1.2 能源管理云平台AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力仪表、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，再定时向云平台推送数据。平台可同时接入数以千计的用户变电站数据。平台采集的数据包括变电所电气参数和环境数据，包括电流电压功率、开关状态、变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，即时发现运行缺陷并做消缺处理，变电所运维云平台功能一览。
Acrelcloud-5000能耗管理云平台可适用于各个行业，如政府办公建筑、工厂、教育建筑、医疗建筑、商业综合体等，可通过局域网、互联网或者4G网络采集不同区域多个建筑或单位的用能数据。
平台采集建筑电、水、气、冷热量等能源消耗数据和光伏、风力、储能等新能源数据，对用能数据进行分析，按照区域、部门、用电设备类型进行细分，提供同比、环比分析比较和用能数据追溯，同时可以提供尖峰平谷各时段用能数据和报表，帮助用户梳理能源账单明细和制定能源绩效考核。
近年来我们的环境质量有了很大的改善，这都归功于国家层面对环保的重视和环保部门的有力监察执法。安科瑞针对环保监察的痛点研发了环保用电监管系统解决方案，助力环保部门坚决打赢蓝天碧水保卫战。
Acrelcloud-3000环保用电监管平台主要为环保监察部门和产污排污企业服务，为环保部门提供在线监管和执法依据，为生产企业提供设备运行监控和产污排污数据记录。
平台采集生产企业总用电量、生产用电和治污设备用电量，进行关联分析，及时给出环保设备异常运行信号或企业异常生产信号，实现全过程防控。前端设备采用不停电免接线方案采集用电数据，经LORA无线上传到环保数据网关，再通过4G上传平台服务器或县、市、省级环保平台。各地环保部门通过污染防治设施用电实时监控，实现对排污企业生产运行无死角、全流程监控，达到变人防为信息化技防，从事后处罚到介入式执法，扭转传统依靠人力、经验进行现场核查的状态，为环保监管开辟更加切实、有效的监管方式，形成长效机制。
据应急管理部网站数据，2016~2018年期间因为电气原因导致的火灾占总数的30%~34%左右，其中2018年全国共接报火灾23.7万起，因违反电气安装使用规定引发的火灾占总数的34.6%，较大和重大火灾事故中，电气火灾的比例更高。国务院、公安部消防局以及各省市自治区直辖市纷纷出台文件推广使用安全用电、智慧用电，从源头上预防电气火灾的发生，现安全用电管理平台已在九小场所、三合一场所、养老福利院、医疗场所、学校、金融网点等人员密集场所广泛开展。
安科瑞Acrelcloud-6000安全用电管理云平台对电气引发火灾的主要因素（线缆温度、漏电电流、负荷电流、电压）进行不间断的数据跟踪与统计分析，通过2G/NB-IOT/4G方式采集现场数据，实时发现电气线路和用电设备存在的安全隐患（如：线缆温度异常、过载、过压、欠压及漏电等）并通过短信、APP推送、自动语音呼叫等方式及时预警，有效防止电气火灾的发生。系统可以显示所有监测点位的漏电电流等电气参数和线缆温度，并支持巡检记录和派单操作，提供安全隐患分析报告，实时评估企业用电安全状态。
电动自行车数量越来越多，解决了老百姓短距离出行问题，但是和电动自行车相关的安全和火灾事故新闻也屡见不鲜，有逐年增长的趋势，给社会带来了很大的损失，成为人民生命和财产安全的一个隐患。基于电动自行车火灾的危害和特点，各级政府部门发文对电动自行车火灾的整治重点都放在规范停放和充电行为上。安科瑞Acrelcloud-9500充电桩运营管理云平台，针对电动自行车火灾治理提供充电安全管理、资产管理和交易管理的一揽子解决方案，解决充电难、管理难和收费难的问题，可应用于商业楼宇、小区、学校、医院等场所设置的电动自行车充电场所的运营管理。电动汽车现已成为广泛使用的绿色能源交通工具，Acrelcloud-9000充电桩运营管理云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。
安科瑞远程预付费系统可以针对各商业综合体、小区、写字楼、办公楼、酒店式公寓等物业，学校、工厂宿舍的后勤管理部门以及连锁超市、大型物业分布式财务操作，在线支付，总部财务扎口等。目前Acrelcloud-3000预付费管理系统已经成功在上述各场景得到广泛的应用并已经稳定运行多年，适用于物业公司对小区、办公和商铺租户的水电预付费管理，或者学校对学生宿舍的用电预付费和用电安全管控系统。
安科瑞根据多年来的项目经验，结合用户实际需求，开发了各类有线、区域无线、广域无线通讯产品，包括网关和终端设备。支持RS485、以太网、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多种通讯方式，随着5G建设步伐的加快，未来将会有越来越多的通讯方式融入产品，服务于泛在电力物联网建设。
安科瑞针对物联网应用开发了多款智能网关，采用嵌入式系统和边缘计算技术，现场采集和存储终端设备数据，并根据云平台的需要，采用不同的协议和云平台对接。所有数据采集、计算、异常报警触发逻辑均在网关就地设置，网络故障时数据存储在本地，网络恢复后补传数据，断点续传，提高数据可靠性。
4.4 终端设备
针对泛在电力物联网的建设，安科瑞陆续推出多款物联网仪表，应用在不同场合以满足不同需求，2019年全年各类终端仪表出货量超过185万台。
近两年来，安科瑞已经陆续参与江苏省部分县市电力公司的用户端能源管理平台、云南省网综合能源服务平台、上海嘉定区147所学校电力运维平台等相关平台的建设，提供了包括云平台、智能网关、终端设备等产品，各类用户端云平台在全国各地运行案例700多套，并且根据用户需求不断完善产品功能，这些项目就是未来泛在电力物联网的一部分。
“能源互联网的春天到了，因其所能，它必将成为充满活力的新型能源业态。”尽管针对泛在电力物联网还有一些不同的声音，但是泛在电力物联网已经悄无声息的铺开来，融入能源互联网基础建设的方方面面。
5 结语
在大力推动我国泛在电力物联网技术发展的背景下，本文仅对泛在电力物联网关键技术与应用方向作了简要介绍。泛在电力物联网技术在设备维护、运行状态监测、智能监控和资产管理等环节均取得不凡效果，从而在技术和经济不断发展的基础上，有效凸显泛在电力物联网技术在电力系统中的意义和作用，加快我国“三型两网”世界一流能源互联网企业的建设。
参考文献
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[2] 茹超超，岳珈增，郑扣扣.电力系统下的泛在电力物联网技术探析.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
作者简介
柏为为，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为物联网智能运维系统。
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