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淺析泛在物聯網在配電系統關鍵技術研究

更新時間：2024-04-08點擊次數：500次

淺析泛在物聯網在配電系統關鍵技術研究

任運業

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：近幾年，在我國社會經濟不斷發展的背景下，我國電力行業也處于快速發展的時期，電網的規模也在不斷擴大。在發電機容量不斷增加、分布式新能源出現后，電網連接的主體已經成為能源革命的重要部分，能源輸送和轉換利用的重要樞紐正朝著數字化、智能化的方向不斷發展。而基于泛在電力物聯網的配電系統關鍵技術作為現階段較為先進的技術類型，對于電力物聯網的建設具有一定意義。文章基于泛在電力物聯網，分析了配電系統關鍵技術，探究了配電系統關鍵技術的應用價值。

關鍵詞：泛在電力物聯網；配電系統；關鍵技術

0引言

在我國國家電網的倡導下，泛在電力物聯網的概念隨之出現，其主要是將物聯網技術應用在電力系統當中，對其進行實時監督和智能控制等，使電網運行的效率和控制質量能夠得到大幅提升。在電力系統中應用數據技術、云計算技術和人工智能技術等新型技術，不僅可以實現資源信息的整合與分析，還可以使電力企業的生產模式、運營模式和業務模式等實現創新發展，進而促進電力行業的轉型與發展。

1泛在電力物聯網概述

1.1泛在電力物聯網的含義

泛在電力物聯網主要是指將電力用戶、發電企業和供應商三方進行連接，并實現數據共享的一種服務模式，也就是將配電網作為核心，借助建立信息化數據共享平臺的方式，實現信息的傳遞與交流，進而使電力市場的價值能夠得到大程度的發揮。泛在電力物聯網著重結合配電網各環節的“能量流"“信息流"“業務流"等，能夠使用戶了解與掌握電網信息，在對電力企業配電網合理安排的同時還能夠使配電網系統的穩定性與可靠性得到提升。

1.2泛在電力物聯網的體系組成

泛在電力物聯網主要是由感知層、網絡層、平臺層和應用層4個層次組成，不同層次具有不同的定位和功能，如圖1所示。

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（1）感知層。在泛在電力物聯網體系當中，感知層主要起到“神經末梢"的作用，能夠借助不同類型的傳感器深入設備內部，對其進行感知。在感知層當中主要包含電力電流互感器和電能表等多種終端設備，不但能夠對配電系統的運行狀態進行實時監控和風險評估，還能夠在配電系統出現故障時時間發出警報信號，并且對故障問題進行管理和控制，盡可能降低突發故障問題對配電系統運行產生的負面影響，進而保證配電系統運行的安全性和穩定性。

（2）網絡層。網絡層的主要作用是保障泛在電力物聯網中的業務通信服務質量，通常分為內部專網和互聯專網，并且因為不同系統在使用條件和經濟成本等方面存在一定的差異，能夠滿足其條件的通信方式也有所不同。泛在電力物聯網網絡層的主要通信方式可以分為４種：移動空中網、傳統互聯網、近距離有線傳輸和近距離無線傳輸。移動空中網主要是以5G、230MHz等為主，傳統互聯網主要是以Wi-Fi、以太網絡等為主，近距離有線傳輸主要是以電線、USB和有線開關量等為主，近距離無線傳輸主要是以電力線載波通信和藍牙等為主。

（3）平臺層。平臺層能夠借助大數據存儲和分析技術，實現系統數據的交互與融合，能夠很好地處理傳統模式中信息存儲碎片化的問題，不但能夠從本質上對信息“孤島問題"進行解決，還能夠利用線上信息平臺和云數據中心等方式，對配電網的運行數據進行收集、整理與分析，實現配電網系統數據處理模式的更新與優化，實現電力信息數據的共享。

（4）應用層。應用層主要包含對內業務和對外業務2個方面，具體包括用戶用能業務、電網運營業務、綜合能源系統運營等豐富的業務類型，泛在電力物聯網的應用層主要是使用戶能夠與智能配電系統產生互動，解決用戶需求。

2配電系統的泛在電力物聯網關鍵技術

2.1感知層關鍵技術

要想對電力系統進行精細化管理和控制，對電力系統中的各類終端設備進行實時監控與管理十分重要。由于配電網中的結構和設備類型越來越豐富，所需要監測和控制的設備數量較多，其所需處理的數據也呈現出復雜性的特點。所以，對于配電系統和用電人員來說，想要使雙方共同降低成本、提升效率、實現電力信息的貢獻，就需要泛在電力物聯網中的傳感設備更加先進與科學，借助感知層性能的提升使泛在電力物聯網能夠得到發展。

（1）新型電力物聯網設備研發。要想使目前的配電系統朝著泛在電力物聯網的方向發展，相關部門應當將先進設備的研發作為主要的工作內容，且在設備研發的過程中將電力行業發展現狀和發展趨勢考慮其中，對設備的尺寸、布設環境、電磁兼容等問題進行思考，研發出先進的電力物聯網設備，并將其投入使用。

（2）底層傳感器部署技術。在配電系統運行的過程中，由于運行場景相對較復雜，只有對底層大量設備實現全覆蓋，才能夠保證設備實時監控的效果，進而實現泛在電力物聯網對配電系統運行狀況的感知，并且對其進行智能化控制。所以，對底層傳感器的部署已經成為眾多專家和學者研究的重點，例如在對分布式風電狀態進行監測時，可以利用空間正四面體的模式完成傳感器的部署。

2.2網絡層關鍵技術

泛在電力物聯網對配電系統運行狀況進行感知和控制的前提是需要具有一個可靠、穩定的通信通道，這樣才能夠確保數據的及時接收和指令的準確傳達。然而，隨著我國城鎮化水平的不斷提高，配電網的結構和部署也變得愈加復雜，如果依然借助傳統有線通信的方式進行通信，不但會因線路布設困難對其正常使用產生影響，還會增加通信的成本。近年來，隨著無線網絡的不斷發展，電力物聯網具有能耗低、部署便利、抗損毀性強等優勢。而在日后的泛在電力物聯網發展中，有線通信與無線通信相結合的模式已經成為泛在電力物聯網網絡層發展的主要方向，不但能夠實現通信的穩定性和可靠性，還能夠避免遭受惡意網絡攻擊，確保通信的安全性。

2.3平臺層關鍵技術

為了使用戶獲取到電力系統相關信息和數據，實現數據的共享、對電網的運行狀態數據進行獲取和分析、對用戶側用能數據及相關數據進行收集成為泛在電力物聯網做出決策的重要數據基礎。而在社會不斷發展的背景下，數據獲取的范圍愈加廣泛，數據格式較為多樣，數據數量也相對較多，其中無用的信息數量也較多，所以，對配電系統中的信息進行分類、篩選與整合，將有用的信息進行整理和分析，并將其共享給用戶，才能夠大程度上發揮泛在電力物聯網平臺層的作用和價值。

（1）數據融合技術。泛在電力物聯網在對數據進行監測與感知時，會出現很多無實際用途的數據，導致其感知到的整體數據量偏多，而采用數據融合技術可以對數據的冗余度進行降低，精簡數據信息，使數據分析量也能夠有所減少。而數據融合技術主要可以分為三個級別，分別為數據級、特征級以及決策級。

（2）大數據存儲管理技術。由于泛在電力物聯網中的數據數量較多，傳統的存儲管理方式往往存在數據重復率高、利用率低等問題。所以，面對這一情況，可以采用大數據存儲管理技術，不但能夠實現對電網運行數據的科學管理，還能夠盡可能降低數據的重復率，提升數據的利用率。

（3）大數據挖掘分析技術。在泛在電力物聯網中，采用大數據挖掘分析技術能夠大程度上對數據進行深度的挖掘與分析，將其中的深刻內涵提取，不但有助于提升數據的應用價值，將有效信息與用戶進行共享，還能夠為決策提供數據支持，維持電網的穩定運行。

2.4應用層關鍵技術

由于傳統電網存在信息化程度低、數據感知不全等方面的問題，導致其往往會存在一系列問題，影響著應用層的發展。而在泛在電力物聯網環境中，為了能夠對現存問題進行處理和解決，可以采用態勢感知技術，通過對電網的態勢進行感知和察覺，并對其運行中的風險進行識別、預測、評估等，再采用主動優化運行技術對其存在的風險問題進行優化與處理，可使泛在電力物聯網能夠保持在一個穩定運行的狀態。

3配電系統的泛在電力物聯網關鍵技術應用價值

3.1保障配電系統安全運行

現階段，我國電網在運行的過程中往往會出現一系列的問題，影響著電力行業的發展，而泛在電力物聯網借助關鍵技術的優勢，不但能夠對電網運行狀態進行監測與控制，還能夠實現電氣設備的自我診斷，對于配電系統的穩定、安全運行起到較為重要的作用。

3.2提高清潔能源占比

在目前配電系統的運行當中，清潔能源利用率較低，造成清潔能源浪費的情況。而泛在電力物聯網的建設能夠利用物聯網技術、人工智能技術等，對清潔能源的發電情況進行預測，并對清潔能源實現靈活的存儲和應用，以多能源互補的方式，提高清潔能源在電網運行中的占比，提升清潔能源的利用率[9]。

3.3加快建設智慧能源服務平臺

泛在電力物聯網關鍵技術在配電系統中的應用有助于智慧能源服務平臺的建設。電力企業可以通過商業化的模式鼓勵人們增強對電力資源的需求，并采用大數據技術、互聯網金融技術等將眾多新型產業或是企業納入自身的服務范圍之內，不但可以為用戶提供好的服務，還能夠加強電網與企業、政府的合作，使電力行業得到發展。

3.4實現電網資產管理

過去通常以人力或是電子設備的方式對配電系統中的電氣設備進行巡檢，而在電氣設備不斷增加、巡檢任務不斷增強的背景下，依靠傳統的巡檢方式已經難以滿足現階段巡檢的要求。而泛在電力物聯網可以利用實物ID數據技術，對電氣設備資產進行智能化管理，并對其進行評估，極大程度上提升了電網資產管理的準確性與高效性。

4 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）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。

（2）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。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

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

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，運用先進的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

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：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

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

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。

監控頁面

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。

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。填bu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。

（5）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，上行可選配4G、WIFI、網口
智能網關	ANet-1E2S1-4G		上行：以太網、4G 下行：RS485
物聯網電表	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
無線測溫	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
無線測溫	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
光伏監控	AGF		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，隔離測量電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓高DC1500V
電力監控	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、需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史值記錄、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、需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史值記錄、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、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、電壓總諧波的本月值和上月值(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
物聯網電表	DDS		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
物聯網電表	DDSD		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
物聯網電表	DTSD		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、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
物聯網電表	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。
	ACR10R		三相電流/電壓/頻率/功率因數，有功/無功/視在功率，四象限電能計量，需量，復費率電能計量，總諧波含量、分次諧波（2-63次），事件記錄和報警功能。電能精度0.5級。通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議
	ADL10-E		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
	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。
	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、功率值記錄；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、功率值記錄；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。
	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、功率值記錄；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
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。
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。
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。
電氣安全	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
電氣安全	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
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，
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
智慧照明	ASL200		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