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(xì)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(xì)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(biāo)準(zhǔn)化程度低、間歇性能源與可變新型負(fù)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(xì)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(dāng)前配電網(wǎng)改造升級的當(dāng)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fēng)險;同時，通過靈活調(diào)整電網(wǎng)拓?fù)?，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(fù)荷的接納能力，強化電網(wǎng)應(yīng)對突發(fā)故障的容災(zāi)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(xì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)到含有的電氣設(shè)備都更加復(fù)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(fù)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(fù)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(zhǔn)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(fù)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(fù)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(fēng)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(rèn)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(fēng)險，而保證其信息安全的技術(shù)主要有以下3類。
身份認(rèn)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(rèn)，從而實現(xiàn)對用戶的身份認(rèn)證以及限制已認(rèn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度過大、數(shù)據(jù)重復(fù)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(fù)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(fēng)、棄光或增加備用容量等措施，導(dǎo)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(xì)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(fēng)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(fù)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?fù)湫问焦潭ǘ{(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(fù)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(xì)化調(diào)控，靈活調(diào)整網(wǎng)架拓?fù)?
（3）對于用戶側(cè)而言，通過價格激勵機制引導(dǎo)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(fēng)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(fù)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(fēng)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(fēng)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(xué)習(xí)等人工智能方法開展配電網(wǎng)運行狀態(tài)實時風(fēng)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?xì)獾认到y(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(dān)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(zé)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(xì)。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(fēng)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(dǎo)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(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(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(xué)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(dá)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(yù)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(rèn)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(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：對已開戶的表進行遠(yuǎn)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(dǎo)出。
預(yù)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(yù)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(yuǎn)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(dá)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(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(dǎo)企業(yè)實現(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(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。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(xì)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(yù)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(dāng)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(fù)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(dāng)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(fù)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(dāng)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(fù)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(fù) 費率和通訊協(xié)議。 脈沖輸出：L有功電能脈沖輸出復(fù)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(fù)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?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(yù)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(yù)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(fù)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(fù)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(fù)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?jǐn)嚯妶缶蟼?/span> |
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(yuǎn)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(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方式：4G、藍(lán)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(dāng)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?？傊涸陔娏ξ锫?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(xué)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。
