安科瑞 劉秋霞
摘要:構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為支撐建設(shè)堅強智能電網(wǎng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的重要內(nèi)容，對保障電網(wǎng)彈性安全運行、實現(xiàn)異質(zhì)能源友好接人、服務(wù)用戶精細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)用等方面進行綜述，并對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展和挑戰(zhàn)進行討論。
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)，其安全可靠運行對電力系統(tǒng)穩(wěn)定以及用戶體驗的重要性不言而喻。隨著“堅強智能電網(wǎng)"、“能源互聯(lián)網(wǎng)"等戰(zhàn)略部署和建設(shè)的穩(wěn)步推進，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、電動汽車普及、異質(zhì)能源系統(tǒng)融合、用戶側(cè)多樣性用能需求增長，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與高級服務(wù)轉(zhuǎn)變。
現(xiàn)行配電網(wǎng)存在量測覆蓋率低、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不靈活、配網(wǎng)設(shè)備規(guī)模龐大但標準化程度低、間歇性能源與可變新型負荷接納能力不足、用戶多樣化需求服務(wù)能力不足等諸多問題。因此，提升配電網(wǎng)的信息化與自動化水平，實現(xiàn)對配網(wǎng)運行狀態(tài)的實時感知與精細化控制，并在此基礎(chǔ)上向用戶提供多樣化差異性的用能服務(wù)成為當前配電網(wǎng)改造升級的當務(wù)之急。
對于配電網(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)運行狀態(tài)的感知能力，保障分布式能源的友好接人，提高對新型負荷的彈性承載力，滿足用戶多樣性用能需求，促進電網(wǎng)運營部門向樞紐型、平臺型、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)為迄今為止復雜的人造系統(tǒng)。電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、可靠運行的需求與日俱增。推進電網(wǎng)信息化智能化的升級已成為世界各國共識。
我國國家電網(wǎng)有限公司在2019年1月17日明確提出打造“樞紐型、平臺型、共享型"企業(yè)，建設(shè)“堅強智能電網(wǎng)"和“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)"。同年3月8日，該公司又專門召開泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)部署會議,加快推進戰(zhàn)略落地實施，提出到2024年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。
國家電網(wǎng)有限公司對“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，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商和政府社會服務(wù)。以電網(wǎng)為樞紐,發(fā)揮平臺和共享作用，為全行業(yè)和更多市場主體發(fā)展制造更大機遇，提供價值服務(wù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將通過泛在感知、可靠通信和高性能信息處理與高級電力應(yīng)用實現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)、全電壓等級的“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)化運行調(diào)控技術(shù)深度融合的復雜大系統(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，將深刻影響未來電網(wǎng)的運營模式,其總體體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(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，采用多種類型的傳感器深入設(shè)備，實現(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、集中器等各類終端，以及用戶側(cè)多種多樣的智能電器。通過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)各個環(huán)節(jié)運行狀態(tài),使電網(wǎng)在面對諸如間歇性新能源并網(wǎng)、隨機負荷投切、電動汽車時空集群效應(yīng)時，能夠?qū)崟r掌握系統(tǒng)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，評估安全運行風險;同時，通過靈活調(diào)整電網(wǎng)拓撲，實時控制電源出力，優(yōu)化用戶用能模式，從而提高電網(wǎng)對高比例分布式新能源與新型負荷的接納能力，強化電網(wǎng)應(yīng)對突發(fā)故障的容災性。
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)層按安全等級與數(shù)據(jù)類型劃分為內(nèi)部專網(wǎng)和互聯(lián)外網(wǎng)。具體的通信方式則根據(jù)實際工況、傳輸距離、經(jīng)濟成本等靈活選擇，包含移動空中網(wǎng)、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、近距離無線傳輸以及近距離有線傳輸。其中電力線載波與230MHz無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平臺層
平臺層承載海量電網(wǎng)運行數(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)一化存儲與管理。其作用在于解決傳統(tǒng)能源生產(chǎn)運行方式下存在的信息碎片化存儲問題，打破信息孤島現(xiàn)狀，實現(xiàn)信息互聯(lián)共享。通過搭建數(shù)據(jù)中心、云平臺的方式，平臺層對下完成網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)的實時收集與更新，對上則基于大數(shù)據(jù)存儲與分析技術(shù)為各種特定的高級應(yīng)用提供跨域共享數(shù)據(jù)資源，實現(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)運行數(shù)據(jù)與用戶側(cè)用能大數(shù)據(jù)，并針對電網(wǎng)運營業(yè)務(wù)(如智能運維、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，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶及其他能源系統(tǒng)的感知互動。
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)更具有面向社會服務(wù)的特性。按照感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層與應(yīng)用層的體系結(jié)構(gòu)，并結(jié)合近年來相關(guān)研究成果對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進行梳理、歸類和分析。
3.1感知層關(guān)鍵技術(shù)
對海量智能終端的監(jiān)測與控制是實現(xiàn)電力系統(tǒng)精細化調(diào)控的前提，這要求未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電力系統(tǒng)的全覆蓋。與輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)從拓撲結(jié)構(gòu)到含有的電氣設(shè)備都更加復雜多樣，如大量分布式電源并網(wǎng)以及用戶側(cè)的智能家居、電動汽車等新型用電設(shè)備等，從而配電網(wǎng)中的監(jiān)測對象更加多樣,物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量以及監(jiān)測數(shù)據(jù)類型都更為復雜。因此，對于配用電雙方而言，為實現(xiàn)降本增效與互聯(lián)共享，未來泛在電力物聯(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,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)運行場景工況復雜，實現(xiàn)對底層海量配用電設(shè)備的全覆蓋監(jiān)測是保證泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對配電系統(tǒng)運行狀態(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)部署場景更加復雜多樣，傳統(tǒng)“點對點"有線通信方式由于布線成本高、實際工況復雜等限制，在使用中存在弊端,而無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、部署靈活、網(wǎng)絡(luò)抗毀性強等優(yōu)點，因此“有線+無線"互補的模式將是未來泛在電力物聯(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)攻擊風險，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、調(diào)度自動化、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，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)式趨勢增長。因此，對于終端數(shù)量多、帶寬資源有限的底層接人網(wǎng)，需要設(shè)計健壯的自組網(wǎng)路由策略保障狀態(tài)量和控制量的及時傳輸。對于承載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，開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)對終端身份的真實合法性認證、數(shù)據(jù)真實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險，而保證其信息安全的技術(shù)主要有以下3類。
身份認證與訪問控制技術(shù)。通過對用戶身份合法性與權(quán)限等級進行確認，從而實現(xiàn)對用戶的身份認證以及限制已認證用戶對系統(tǒng)資源的訪問條件。
數(shù)據(jù)加密技術(shù)。通信雙方按照約定法則對傳輸數(shù)據(jù)進行特殊變換(即加密算法)，并在接收方進行解密，保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的不被篡改。加密方法可分為單密鑰(又稱專用密鑰、對稱密鑰)、多密鑰(又稱非對稱密鑰)以及結(jié)合二者優(yōu)點的混合加密算法。
安全路由技術(shù)。通過路由協(xié)議設(shè)計，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，保證任意一個合法的接收者能夠驗證每條信息的完整性與信息發(fā)送者身份的真實性。
3.3平臺層關(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、分布式能源和儲能數(shù)據(jù)是配電自動化運維、全景態(tài)勢感知、個性化用能推薦、綜合能源協(xié)調(diào)運行等高級應(yīng)用決策依據(jù)的來源。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、隱含信息價值高但不直觀的特性。因此，只有對配電系統(tǒng)中的海量高維數(shù)據(jù)進行數(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)存儲管理與挖掘分析技術(shù)
已有文獻表明，僅對于用電信息采集系統(tǒng)而言，每100萬居民用戶每日用電信息數(shù)據(jù)便超過1TB。而未來電力系統(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)將遠遠超過現(xiàn)有電力系統(tǒng)所能處理和承受的范圍。對其中蘊含的信息進行深入挖掘分析，并可視化地呈現(xiàn)，對電力系統(tǒng)優(yōu)化運行，形成技術(shù)閉環(huán)具有重要意義。
(1)大數(shù)據(jù)存儲管理技術(shù)。對海量數(shù)據(jù)進行實時更新存儲與管理，為進行數(shù)據(jù)挖掘分析提供物理基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)來源。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-集中存儲的方式，將導致數(shù)據(jù)冗余度過大、數(shù)據(jù)重復存儲、資源利用率低等問題。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)的存儲還涉及到對電網(wǎng)的安全影響問題。因此，設(shè)計適應(yīng)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)存儲管理方案具有很高的工程應(yīng)用價值。
(2)大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)。提取大數(shù)據(jù)蘊含價值,提供未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)高級應(yīng)用決策依據(jù)。然而，現(xiàn)階段電網(wǎng)底層終端監(jiān)測覆蓋率不足且較為封閉，尚未實現(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)概念下針對多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)的分析挖掘以支撐電網(wǎng)可靠運行將具有廣闊應(yīng)用前景和工程價值。
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汽車等新型負荷的接入將為配用電系統(tǒng)帶來諧波注人、潮流雙向流動、頻率/電壓波動加劇等問題，傳統(tǒng)電網(wǎng)由于感知不信息化自動化程度較低，往往采取棄風、棄光或增加備用容量等措施，導致彈性承受力不強、新能源利用率不高、投資成本過大等問題。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使電網(wǎng)感知運行狀態(tài)、精細化調(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)運行成為可能。
3.4.1態(tài)勢感知技術(shù)
智能電網(wǎng)態(tài)勢感知是以海量電力系統(tǒng)運行大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于環(huán)境的，動態(tài)、整體地洞悉電網(wǎng)運行安全風險的能力，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行安全威脅的發(fā)現(xiàn)識別、理解分析、響應(yīng)處置，是一系列提升電網(wǎng)運行智能化水平與健壯性能力的技術(shù)集合。
3.4.2主動優(yōu)化運行技術(shù)
分布式能源與新型負荷的大規(guī)模接入將對配網(wǎng)運行安全造成沖擊。其根本原因在于現(xiàn)有電網(wǎng)拓撲形式固定而調(diào)節(jié)容量有限，存在調(diào)控手段不靈活的缺點。而主動優(yōu)化運行技術(shù)的應(yīng)用，可從4個方面提升電網(wǎng)對間歇性新能源與新型負荷的接納能力；
（1）對于電網(wǎng)設(shè)備而言，依托于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)實時計算，獲取運行方式;
（2）對于網(wǎng)架優(yōu)化，利用泛在互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)對諸如有載調(diào)壓變壓器、分布式電源、聯(lián)絡(luò)線開關(guān)等進行精細化調(diào)控，靈活調(diào)整網(wǎng)架拓撲;
（3）對于用戶側(cè)而言，通過價格激勵機制引導用戶合理用能，如用能策略推薦電動汽車V2G(Vehicle-to-Grid)參與等，等效提高系統(tǒng)備用容量;
（4）對于其他能源系統(tǒng)設(shè)備而言，通過能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(如換熱器、氫儲能等)實現(xiàn)電能替代與存儲。
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，除對傳統(tǒng)配電網(wǎng)業(yè)務(wù)進行智能化升級外，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)用場景。
4.1配電網(wǎng)運行狀態(tài)在線監(jiān)測與風險評估
現(xiàn)階段，配電網(wǎng)決策過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荷的快速增長對配電網(wǎng)供電可靠性與供電質(zhì)量的要求越來越高。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)實時感知電力設(shè)備的運行狀態(tài)，評估配電網(wǎng)運行風險，從而及時排除故障隱患，主要表現(xiàn)在:
在線監(jiān)測手段進一步豐富。依托于健壯的通信系統(tǒng)，使得原先僅能通過電氣量甚至人工現(xiàn)場判定的故障類型能夠通過多種方式辨識。
安全風險評估。對配電網(wǎng)歷史運行數(shù)據(jù)進行聚類分析和挖掘，并利用機器學習等人工智能方法開展配電網(wǎng)運行狀態(tài)實時風險評估，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，提高供電可靠性。
4.2主動配電系統(tǒng)規(guī)劃與綜合能源協(xié)調(diào)運行
對于高度信息化、異質(zhì)能源混雜的未來配電系統(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汽車等帶來的諸如潮流雙向流動、節(jié)點電壓與頻率波動等不確定性問題凸顯以外，配電通信系統(tǒng)的健壯性同樣是未來配電系統(tǒng)需要考慮的問題。
(2)現(xiàn)階段與居民用戶緊密聯(lián)系的電力、交通、熱力、燃氣等系統(tǒng)均是各自獨立規(guī)劃，而未來配電網(wǎng)將作為區(qū)域能源系統(tǒng)的核心與樞紐，將承擔諸如電、水、氣、熱等異質(zhì)能源梯級利用、消納與轉(zhuǎn)化、協(xié)同優(yōu)化運行的責任。
因此，未來需將配電系統(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)劃運行需具備更多的自主靈活性:
4.3用戶個性化用能服務(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參與配電網(wǎng)運行。雖然目前已有分時電價機制以鼓勵電力用戶移峰填谷，優(yōu)化用電方式，然而總體而言，用戶參與程度低且對用戶的調(diào)控水平不夠精細。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:
安裝屋頂光伏電站、小型風機，具有V2G功能電動汽車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)運行。
(2)電力用戶的智能終端，如智能空調(diào)、電熱水器、電動汽車等蘊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,引導用戶合理用能并提升用戶參與配電網(wǎng)運行深度和廣度，形成優(yōu)化配電網(wǎng)運行的技術(shù)閉環(huán)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電系統(tǒng)深度融合,通過制定個性化用能服務(wù)調(diào)動電力用戶參與配網(wǎng)優(yōu)化運行的積極性。
5、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)標準，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(shù)據(jù)訪問。
6、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、電力運維等領(lǐng)域。
7、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
8、平臺功能
8.1 可定制駕駛艙
8.2 電力集抄
電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預警及綜合展示，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) 備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)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(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化、信息化技術(shù)，實現(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、科學化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結(jié)合起來，運用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進行離線生產(chǎn)分析 與管理，實現(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預付費管理
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、儀表及默認參數(shù)進行配置；
3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)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(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。
預付費看板
8.5 充電樁管理
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)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(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、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)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。
照明實時監(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、電氣火災探測器，對引發(fā)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(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，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，指導企業(yè)實現(xiàn)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(xiàn)“防患于未然"的目的。
8.8 智慧消防
通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。補了原先針對“九小場所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無法監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求。
智慧消防看板
9、系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號 | 外觀 | 產(chǎn)品功能 |
能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺 | Acrel-EIOT |
| 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(shù)據(jù)訪問 |
智能網(wǎng)關(guān) | AWT100-4G |
| 1路下行485，上行4G；WIFI、NB、LR網(wǎng)口其他規(guī)格可選 |
ANet-1E2S1-4G |
| 上行：以太網(wǎng)、4G 下行：RS485 斷點續(xù)傳，多平臺轉(zhuǎn)發(fā)，MQTT協(xié)議 | |
電力物聯(lián)網(wǎng) 儀表 | ADW300-4G |
| 三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、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(guān)量輸入、2路開關(guān)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(shè)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(shù)、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(guān)量輸入4路開關(guān)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(xié)議 | |
ADW210 |
| 4路三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、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(guān)量輸入4路開關(guān)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(xié)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(shù) 據(jù)凍結(jié)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(shè)置密碼、通訊地址、波特率、復 費率和通訊協(xié)議。 脈沖輸出：L有功電能脈沖輸出復費率：4個時區(qū)、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(xié)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(shù)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(guān)量輸入 、 3 開關(guān)量輸出 、 支持 4 個時區(qū)、2 個時段表、 14 個日時段、4 個費率、最大需量及發(fā)生時間 、上 48 月、上 90 日歷史凍結(jié)數(shù)據(jù) 、 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?？傠娔苡嬃浚ǚ聪蛴嬋胝颍?，3個月歷史電能數(shù)據(jù)凍結(jié)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(qū)、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發(fā)生時間，實時需量，歷史凍結(jié)數(shù)據(jù)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(qū)、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發(fā)生時間，實時需量，歷史凍結(jié)數(shù)據(jù)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(shù)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(tǒng)計、開關(guān)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(guān)量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協(xié)議 |
AEM72 |
| 三相電力參數(shù)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(tǒng)計、開關(guān)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(guān)量、報警輸出 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協(xié)議 | |
ACR系列 |
| 三相所有電力參數(shù)、最大需量記錄（ACR320EFL）、分時電能統(tǒng)計及12月電能統(tǒng)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(wǎng) | |
APM系列 |
| 全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內(nèi)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(shù)、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(wǎng) | |
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(jiān)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(jiān)測， 4 路溫度監(jiān)測，2 路繼電器輸出，2 路開關(guān)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(xiàn)短路限流滅弧保護，過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過電壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)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(shè) |
故障電弧探測器 | AAFD-DU |
| 監(jiān)測故障電弧、漏電、溫度 兩路無源干接點（開關(guān)量）輸入 兩路無源常開觸點（開關(guān)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(jiān)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(guī)格可選 |
電氣接點在線測溫裝置 | ARTM-Pn |
| 可監(jiān)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 |
ATC600 |
| ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據(jù)項目布局選擇配置?？山邮?40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(guān)量狀態(tài)監(jiān)測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態(tài)；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(xié)議。可擴展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網(wǎng) |
智慧照明 | ASL200系列 |
| 遙控輸出 兩路無源干接點（開關(guān)量）輸入 兩路無源常開觸點（開關(guān)量）輸出 |
結(jié)語
當前電力系統(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、能源市場交易、車聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)尚處于理論論證階段?？傊?，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要社會各方的廣泛共同參與，協(xié)力開展技術(shù)攻關(guān)，以促進我國能源產(chǎn)業(yè)升級。
參考文獻：
[1] 彭小圣，鄧迪元，程時杰，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].中國電機工程學報，201535(3);503-511。
[2] 張小平，李佳寧，付灝.全球能源互聯(lián)網(wǎng)對話工業(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)計與應(yīng)用手冊.2022.05版。
