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淺談建設泛在電力物聯網對發展智能電網的重要性

更新時間：2023-12-05點擊次數：689次

任運業

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要:構建泛在電力物聯網作為支撐建設堅強智能電網以及能源互聯網的重要內容，對保障電網彈性安全運行、實現異質能源友好接入、服務用戶精細化用能具有重要意義。文章對電力物聯網在智能配電系統應用綜述及展望進行了研究分析，以供參考。

關鍵詞:電力物聯網:智能配電系統:綜述及展望

1、感知層關鍵技術

對海量智能終端的監測與控制是實現電力系統精細化調控的前提，這要求未來泛在電力物聯網能夠實現對電力系統的全覆蓋。與輸電網相比，配電網從拓撲結構到含有的電氣設備都更加復雜多樣，如大量分布式電源并網以及用戶側的智能家居、電動汽車等新型用電設備等，從而配電網中的監測對象更加多樣，物聯網終端數量以及監測數據類型都更為復雜。

1.1新型電力物聯網設備研發

為使現有配電系統向泛在電力物聯網的平穩升級，新型配電終端的研發必須考慮全電力行業背景兼容，如設備尺寸、部署環境、電磁兼容等。

1.2底層傳感器部署技術

由于配電網運行場景工況復雜，實現對底層海量配用電設備的全覆蓋監測是保證泛在電力物聯網對配電系統運行狀態可感知、可控制的首要前提。部分學者已經針對該問題進行了探索研究。

2、泛在電力物聯網的概念

2.1泛在電力物聯網的定義

泛在物聯是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息互聯和交互。而泛在電力物聯網是指電力用戶及其設備、電網企業及其設備、發電企業及其設備、供應商及其設備、以及人和物的信息互聯和交互。泛在電力物聯網是物聯網技術在電力系統中的應用，其本質是實現各種信息傳感設備與通信信息資源的共享，從而形成具有自我標識、感知和智能處理的物理實體。實體之間的協同和互動，使得有關物體相互感知和反饋控制，形成一個更加智能的電力生產、生活體系。

2.2泛在電力物聯網的特點

(1)信息感知全面、組網快速靈活

泛在電力物聯網中的傳感器可以十分方便地根據電力行業的具體應用需求部署在電力系統的各個角落或直接封裝于電力設備內部，實現無處不在的全面感知。隨著無線通信技術的不斷進步與發展，無線傳感設備甚至無須架設固定的網絡基礎設施即可進行靈活部署，并通過自組織協作的方式迅速建立通信連接、快速組網，從而實現對電力系統中各個關鍵環節、部件及周圍環境狀態信息的實時感知、采集和處理。這對于涉及范圍廣泛、結構錯綜復雜的電力系統來說尤為重要。例如:將傳感器部署于處于惡劣環境、可進入性差的海上風電場中對風電機組進行狀態監控，可以大幅度降低風電機組的故障率，提高風電場的經濟效益。

(2)拓撲變化頻繁、具有自愈能力

泛在電力物聯網網絡拓撲變化頻繁主要有3個方面的原因:一是為了滿足實際需要，追加部署新的傳感設備或調整傳感器的位置;二是為了節約傳感設備的能量，各個傳感設備在工作狀態和休眠狀態之間切換;三是有些傳感設備因環境影響或硬件損壞等原因失效而退出網絡拓撲連接。泛在電力物聯網網絡拓撲結構的頻繁變化要求所部署的傳感設備具有較強的自愈能力，即能夠實時獲得周圍傳感設備狀態變化的信息(如新的傳感設備加入、轉為休眠狀態或失效等信息)，以便及時調整自身的信息感知范圍消除覆蓋盲區或調整通信距離重新建立通信鏈路。電力系統結構復雜，有些應用環境甚至十分惡劣，因此必須考慮增強傳感設備的自組織能力，以減少失效傳感設備的修復或更換對電網運行監控帶來的不利影響。有些情況下還需要通過部署冗余傳感設備來提高調度監控的可靠性。

3、泛在電力物聯網的應用前景

3.1提高電網安全經濟運行水平

目前我國電網存在能源分布不均，網架結構不合理，電網調節能力不足等問題。泛在電力物聯網通過物聯網技術，可以很好解決這些問題，促進電力系統“發 -輸-變-配-用"各個環節的安全穩定運行。結合物聯網技術，研發風能、太陽能、負荷實時監測和功率預測系統，建立以發電機組為底層支撐的能源統一調控系統。結合物聯網技術提高輸電環節可靠性、設備狀態自動診斷技術，利用智能傳感及智能終端提升保護、通信等二次設備的感知能力，實現聯合處理、數據傳輸、綜合判斷等功能，提高電網的智能化水平和可靠性程度。結合電力物聯網技術，建立智能配電管理系統(IDMS)，實現配網狀態監測、智能巡檢、快速故障診斷恢復、優化運行控制與在線管理:通過電子身份認證、電子工作票，在線監督，可以降低作業風險，提高工作效率。

3.2促進清潔能源消納

目前我國電網中風電、光伏等清潔能源占比低，目三北地區棄風、棄光現象嚴重，泛在電力物聯網的建設將極大促進清潔能源消納。結合物聯網的全息感知，可以實現源、網、荷、儲的靈活互動:利用人工智能等技術，對風電、光伏進行超短期發電預測，結合負荷情況，通過市場激勵用戶主動參與清潔能源消納;將分布式新能源聚合成實體，形成虛擬電廠，以多能互補的形式提高分布式新能源的友好并網水平和電網可調控容量占比，并且優化調度實現跨區域協調控制，促進集中式新能源交易和分布式新能源交易。

3.3打造智慧能源服務平臺

智慧能源服務平臺為電網、用戶提供了互動平臺。利用合理的商業模式與激勵政策提升用戶參與電力互動的積極性，通過電動汽車參與電網調峰調頻對用戶進行電價優惠補償，通過智慧能源服務平臺將傳統能源企業、園區工業、智慧城市、新興企業全部納入服務范圍，通過電動汽車聯網、光伏云網、終端邊緣計算等技術，提供基礎供電服務以外的互聯網金融、大數據運營、線上供應鏈金融等新型能源服務，從而建成涵蓋發電運營、電網、政府、金融機構、第三方投資、用戶、裝置制造等在內的能源生態體系。

3.4提升電網資產管理水平

開展資產全壽命周期管理工作，實現資產的物資流、信息流、價值流合一，實現資產的集約化、精益化和全過程管理。隨著電網規模的擴大，輸、變、配電設備數量及異動量迅速增多且運行情況更加復雜，設備資產全壽命周期管理工作也愈發艱難。傳統的設備巡檢工作主要依靠人力或電子設備進行巡視，面對龐大的巡檢任務，一方面對于人員巡檢監督機制提出了更高的要求，另一方面設備巡檢、管理、分析、評估的高度集中也迫切需要一種新的智能化手段。泛在電力物聯網，利用實物ID 數據，實現設備資產規劃、采購、建設、運行等quan方位在線評估，線下操作:與此同時，營銷員、物資人員和建設人員也可以利用實物ID的動態數據，實現帳、卡、物數據更新的惟一性、完整性、準確性和及時性，提高設備賬、卡、物的管理水平。物聯網實物ID技術可以實現設備資產管理的標識、感知和信息傳送，提升電網資產管理水平。

3.5開放電力市場

根據2018年第1季度大型發電集團各類電源交易情況匯總，總交易電量2428億kWh，其中火電核電交易電量1986億kWh，而相對靈活的風力、光伏電源交易電量僅有199億kWh，占比8.2%，這一現象不利于我國快速發展的清潔能源并網。泛在電力物聯網的建設將打破現有電力市場的格局，促進全面的電力市場開放。通過“大云物智移"的物聯網技術，可以實時獲取風力、光伏、負荷功率預測信息，由此可以將區域分布式新能源和負荷聚合成一個整體，作為電力交易現貨。通過完善電力現貨市場，可以實現基于電力現貨價格和增量配網、局域電網乃至微電網的多種交易模式，如虛擬電廠參與現貨和輔助服務交易。

4、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。

5、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。

6、組網結構

7、平臺功能

7.1 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。其中百du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。

7.2 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

7.3 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

7.4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

7.5 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

7.6 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

7.7 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。

7.8 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。tian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

8、系統硬件配置

類型	型號	外觀	產品功能
能源物聯網云平臺	Acrel-EIOT		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
智能網關	AWT100-4G		1路下行485，上行4G；WIFI、NB、LR網口其他規格可選
智能網關	ANet-1E2S1-4G		上行：以太網、4G 下行：RS485 斷點續傳，多平臺轉發，MQTT協議
電力物聯網儀表	ADW300-4G		三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；最大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持4路開關量輸入、2路開關量輸出；支持4路測溫；支持1路剩余電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊
	ADW200		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；最大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議
	ADW210		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；最大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。
單相電子式計量表	DDS		單相有功、無功電能計量，電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F， LCD 顯示， RS485通訊，MODBUS-RTU 和 DL/T645 協議
單相電子式計量表	DDSD		單相電能計量：總電能計量（反向計入正向），3 個月歷史電能數據凍結存儲電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F 測量 LCD 顯示：8位段式 LCD 顯示按鍵編程：3按鍵可編程設置密碼、通訊地址、波特率、復費率和通訊協議。脈沖輸出：L有功電能脈沖輸出復費率：4個時區、2 個時段表、14 個日時段、4 個費率通訊： RS485接口， MODBUS-RTU 、 DL/T645-97 、 DL/T645-07 協議、紅外通訊
三相電子式計量表	DTSD		三相電能計量：有功電能計量（正、反向）、無功電能計量（正、反向）、 A、B、C 分相正向有功電能電參量測量： U、I 、 P、Q、S、PF、F諧波測量： 2~31 次諧波電壓電流LCD 顯示： 8 位段式 LCD 顯示、背光顯示按鍵編程：4 按鍵可編程通信、變比等參數脈沖輸出：有功脈沖輸出、無功脈沖輸出、時鐘脈沖輸出LED 報警：失壓、過壓報警復費率及附帶功能：有源開關量輸入、 3 開關量輸出、支持 4 個時區、2 個時段表、 14 個日時段、4 個費率、最大需量及發生時間、上 48 月、上 90 日歷史凍結數據、日期、時間通訊：紅外通訊、RS485 接口、同時支持 Modbus、DL/T645測溫：支持 3 外置 NTC 測溫
單相電子式計量表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。總電能計量（反向計入正向），3個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。
三相電子式計量表	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C 分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。
單相預付費電表	DDSY-4G		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
三相預付費電表	DTSY-4G		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
多功能電力儀表	AEM96		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、最大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	AEM72		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、最大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	ACR系列		三相所有電力參數、最大需量記錄（ACR320EFL）、分時電能統計及12月電能統計、日期時間顯示、LCD顯示、RS485通訊，事件記錄。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及最大需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
直流電能表	DJSF1352		1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。
智慧用電監測裝置	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、 Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測， 4 路溫度監測，2 路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳
電氣防火限流式保護器	ASCP200-40B		可實現短路限流滅弧保護，過載限流保護、內部超溫限流保護、過電壓保護、漏電監測、線纜溫度監測等功能，1路RS485通訊，1路GPRS（或NB）無線通訊，額度電流0-40A，額定電流菜單可設
故障電弧探測器	AAFD-DU		監測故障電弧、漏電、溫度兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出
電瓶車充電樁	ACX系列		充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電，
汽車充電樁	AEV_AC007		額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方式：4G、藍牙、Wifi 30KW、600KW、120KW多規格可選
電氣接點在線測溫裝置	ARTM-Pn		可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度
電氣接點在線測溫裝置	ATC600	$C:\Users\wangshihui\Desktop\智能配電產品圖品2019.12.13\ARTM\ATC\ATC600\7E7A9790.jpg7E7A9790$	ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置。可接收240個無線溫度傳感器溫度
智能光伏采集裝置	AGF-M系列		光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態監測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量最大電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓最高DC 1500V
三遙單元	ARTU系列		可擴展DIDO以及多路模擬量輸入輸出單元。通訊方式：RS485接口，Modbus協議。可擴展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網
智慧照明	ASL200系列		遙控輸出兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出