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      淺談泛在電力物聯網在電力系統中的應用研究

      發表時間:2021-05-07  |  點擊率:124
        程志芳
       
        安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
       
        摘要:進入21世紀,我國網絡信息技術實現了跨越式發展,由此衍生出的物聯網技術經過近20年的不斷探索和實踐,已經形成一個獨立的全新技術體系,為社會各行各業的穩定發展提供了強大的技術支撐。而以物聯網為技術核心的泛在電力物聯網借助大數據、云計算、移動通信、人工智能等先進技術,實現了萬物互聯與人機交互的美好愿景,將所有與電網相關的人、事、物和設備串連到一起,建立了電網一張圖、數據一個源、業務一條線的電力系統共享平臺?;诖?,著眼于泛在電力物聯網的主要特征,針對泛在電力物聯網技術的實際應用效果展開了論述。
       
        關鍵詞:泛在電力物聯網;關鍵技術;特征;應用效果
       
        0 引言
       
        泛在電力物聯網技術與智能電網技術的深度融合實現了數據信息的高速傳遞、電力系統故障的快速應急響應以及電力能源的穩定、可持續供給,不僅建立了標準化、智能化、規范化的電力系統,同時也為電力企業創造了新的經濟增長點。
       
        1泛在電力物聯網的主要特征
       
        1.1實現了電力能源的全過程管理
       
        借助于泛在電力物聯網智能終端的深度感知系統,能夠同時獲取水、火、光、風等多類型能源,使新能源布局發生了根本變化,實現對新能源的利用。泛在電力物聯網中的多參量傳感集成技術能夠感知電力系統的運行狀態,監測系統的運行環境,當系統出現運行故障時,故障數據信息能夠及時傳遞到系統終端,為排除故障隱患爭取了大量寶貴時間。泛在電力物聯網技術與人工智能技術的融合,為電力系統的穩定運行提供了一個運行環境,保障了電力能源的穩定輸送。
       
        廣泛在電力物聯網采用邊緣計算、軟件定義終端、站端協同等關鍵技術,在配用電側方面,實現了配電網設備的靈活接入,保證互聯互通的網絡能夠做出各項決策。結合大數據技術海量數據的存儲優勢,能夠收集和存儲大量的用戶側數據信息,并且在電網側與用戶側之間構建了一個數據互動平臺,為用戶側提供用電數據信息。
       
        1.2信息子系統與電力物理子系統的深度融合
       
        據調查統計表明,目前我國的電力系統信息平臺,日采集數據信息量已經達到60 TB,如此巨量的數據完全依托于大數據技術。但是,這些數據信息并未體現出實用價值,信息共享渠道并未開啟,這主要是由于電力通信協議缺乏一套完備的數據描述模型。而借助于泛在電力物聯網技術構建的感知數據模型,能夠對這些海量數據實現智能化處理,對電力系統運行過程中產生的實時數據信息進行動態跟蹤監測,并將信息子系統與電力物理子系統融合到一起,使數據信息得到利用,進而為用戶側提供增值服務。
       
        2 泛在電力物聯網的關鍵技術
       
        2.1 系統終端智能技術
       
        通過感知數據統一模型和基于邊緣的數據聚合方法,能夠建立設備狀態參量模型,并且對傳感數據進行及時調整,準確定位故障位置。在系統終端中,數據與應用分離往往借助物聯代理的方法實現,這種方法能夠增強終端硬件的靈活性,支持軟件的加載與卸載。而邊緣計算智能技術,具有較強的數據分析能力,能夠有效處理泛在電力物聯網邊緣側產生的數據,緩解主站以及云端的信息處理壓力,使系統終端實現智能自治控制。
       
        2.2 高精度傳感技術
       
        應用泛在電力物聯網技術,對電力系統的運行狀態進行監測,不僅監測數據準確,而且監測范圍廣、輻射面積大。這正是泛在電力物聯網中的高精度傳感技術發揮了重要作用,即便在特殊使用場景當中,高精度傳感技術完全可以適應該環境,為電力系統決策與協同調控提供大數據支持。
       
        2.3 第五代移動通信網絡技術
       
        繼4G技術后,第五代移動通信網絡技術橫空出世,由于該技術具有通信能力與網絡連接能力,目前已經迅速占領了移動通信陣營,并成為信息通信網絡轉型期的一項關鍵技術。5G技術支持10 Gbit/s級下行傳輸帶寬,支持千億數量級的設備超低延時連接,因此,5G技術也對泛在電力物聯網產生了深遠影響,使終端用戶與各種電力設備之間能夠接觸。
       
        2.4 低功耗無線接入技術
       
        無線接入技術具有低功耗特性,是無線傳感器網絡與物聯網的主要應用類型,為了確保低功耗無線接入技術具有良好的互換性與兼容性,目前電力系統常用的技術執行標準包括3GPP Rel.13LTE Cat-NB1(NB-IoTs)以及Cat-M1(eMTC),其中NB-IoTs是低功耗低頻率技術標準,eMTC是低速率通信技術標準,這兩項標準可應用于智能抄表以及移動作業當中,能夠有效減少技術與安裝維護成本,間接為電力企業創造了經濟效益。
       
        2.5 密碼技術
       
        為了維護電力系統網絡,泛在電力物聯網采用了終端身份鑒別、數據加密以及可信傳遞等技術措施,給電力系統中的用戶數據信息罩上了一層防護網。泛在電力物聯網的密碼技術基于通信協議標準、接口標準,建立了完善的控制機制、密鑰管理機制、認證機制以及加解密機制,避免了數據信息的泄露風險。其中,在基礎層,結合芯片級物理信息泄露機理,將密碼技術、數據審計、態勢感知、區塊鏈等技術結合到一起,實現了數據的泛在可控,為全景數據信息構建了一個傳輸、存儲空間。
       
        3 泛在電力物聯網技術的實際應用效果
       
        3.1 增加業務辦理透明度,提供個性化定制服務
       
        泛在電力物聯網的構建理念是“以客戶為出發點,以提升客戶滿意率為發展目標”,進一步完善了線上應用平臺,廣大用戶可以利用共享平臺,隨時隨地查詢個人或單位的用電數據信息,同時,業務流程得到進一步優化,并且新增了多種服務功能。比如,客戶在購置電動環保汽車時,可以直接在泛在電力物聯網平臺上進行一鍵操作,就可以完成所有相關手續的辦理,業務辦理全程公允透明。此外,該系統的個性化定制服務能夠滿足不同人群的多種不同需求,人們足不出戶就可以進行線上實時操控,大幅提升了業務辦理效率。
       
        3.2 提升電網運行水平
       
        泛在電力物聯網技術具有統一的數據模型,可以直觀清晰地描述出站-線-變-戶的關系,提升了調度能力。當電力系統中的輸配電設備出現故障時,系統能夠迅速發出維護預警信號,而且系統的自治控制技術可以及時排除故障隱患,使電網始終保持穩定運行。
       
        3.3 構建綜合能源生態環境
       
        泛在電力物聯網技術為制定一系列電力系統的應用標準提供了技術保障,這些標準能夠得到全產業鏈的普遍認同,并且滿足了廣大客戶的基本需求。在一系列應用標準的基礎上,整合上下游產業鏈、重構外部生態大環境,進而拉動產業聚合成長,構建一個能源互聯網產業生態圈,既符合國家電力系統的生態保護標準要求,同時促進了電力系統的健康可持續發展。
       
        3.4 構建數據共享服務體系
       
        泛在電力物聯網技術統一了數據接口以及數據傳輸標準,建立了一個統一的數據模型與業務內容全、共享范圍廣的數據,整個電力系統服務鏈條上的所有客戶均可以享有定制化服務,提升了數據應用水平。泛在電力物聯網技術對全生命周期產生的數據信息進行監測,針對社會各個領域電力能源的消耗情況,制定一個科學的用能方案,為各行各業提供確鑿的數據參考。
       
        4 安科瑞為國家電網2021泛在電力物聯網建設提供解決方案
       
        安科瑞電氣深耕用戶側能效管理多年,逐漸完善了從電力物聯網云平臺到終端傳感器的生態體系,在“源(電源)-網(電網)-荷(負荷)-儲(儲能)”各個環節加大研發投入,已經形成“云(云平臺)-管(有線/無線物聯)-邊(邊緣計算)-端(終端設備)”的生態系統,參與泛在電力物聯網建設,為國家電網建設“三型兩網”提供解決方案,使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現信息連接和交互,產生共享數據,從而為電網、發電、供應商、用戶服務。
       
      4.1云平臺
       
        安科瑞電氣近年來已經陸續推出變電所運維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環保用電監管云平臺、充電樁(電動汽車/自行車)運營管理云平臺、預付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案,并已經廣泛應用在多地國網公司用戶端業務、環保部門、安監部門、住建部門等。
       
      4.1.1變電所運維云平臺 
        據統計全國高供高計的工商業用戶數量達到200多萬戶,規模巨大,但是大部分日常的運行維護工作比較傳統,普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風險預防薄弱等問題。國網公司和眾多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場,這是一個千億級別的市場。
       
        AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術,通過智能網關采集現場數據并存儲在本地,再定時向云平臺推送數據。平臺可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平臺采集的數據包括變電所電氣參數和環境數據,包括電流電壓功率、開關狀態、變壓器溫度、環境溫濕度、浸水和煙霧、視頻、門禁等信息,有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到人員手機上,并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環,提高運維效率,即時發現運行缺陷并做消缺處理。
       
        4.1.2能源管理云平臺
       
        Acrelcloud-5000能耗管理云平臺可適用于各個行業,如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫療建筑、商業綜合體等,可通過局域網、互聯網或者4G網絡采集不同區域多個建筑或單位的用能數據。
       
        平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲能等新能源數據,對用能數據進行分析,按照區域、部門、用電設備類型進行細分,提供同比、環比分析比較和用能數據追溯,同時可以提供尖峰平谷各時段用能數據和報表,幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。
       
        4.1.3環保用電監管云平臺
       
        近年來我們的環境質量有了很大的改善,這都歸功于國家層面對環保的重視和環保部門的有力監察執法。安科瑞針對環保監察的痛點研發了環保用電監管系統解決方案,助力環保部門堅決打贏藍天碧水保衛戰。
       
        Acrelcloud-3000環保用電監管平臺主要為環保監察部門和產污排污企業服務,為環保部門提供在線監管和執法依據,為生產企業提供設備運行監控和產污排污數據記錄。
       
        平臺采集生產企業總用電量、生產用電和治污設備用電量,進行關聯分析,及時給出環保設備異常運行信號或企業異常生產信號,實現全過程防控。前端設備采用不停電免接線方案采集用電數據,經LORA無線上傳到環保數據網關,再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環保平臺。各地環保部門通過污染防治設施用電實時監控,實現對排污企業生產運行無死角、全流程監控,達到變人防為信息化技防,從事后處罰到介入式執法,扭轉傳統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態,為環保監管開辟更加切實、有效的監管方式,形成長效機制。
       
        4.1.4智慧用電云平臺
       
        據應急管理部網站數據,2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數的百分之三十到百分之三十四左右,其中2018年全國共接報火災23.7萬起,因違反電氣安裝使用規定引發的火災占總數的百分之三十四,較大和重大火災事故中,電氣火災的比例更高。國務院、公安部消防局以及各省市自治區直轄市紛紛出臺文件推廣智慧用電,從源頭上預防電氣火災的發生,現用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養老福利院、醫療場所、學校、金融網點等人員密集場所廣泛開展。
       
        安科瑞Acrelcloud-6000用電管理云平臺對電氣引發火災的主要因素(線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓)進行不間斷的數據跟蹤與統計分析,通過2G/NB-IOT/4G方式采集現場數據,實時發現電氣線路和用電設備存在的隱患(如:線纜溫度異常、過載、過壓、欠壓及漏電等)并通過短信、APP推送、自動語音呼叫等方式及時預警,有效防止電氣火災的發生。系統可以顯示所有監測點位的漏電電流等電氣參數和線纜溫度,并支持巡檢記錄和派單操作,提供隱患分析報告,實時評估企業用電狀態。
       
        4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺
       
        電動汽車現已成為廣泛使用的綠色能源交通工具,Acrelcloud-9000充電樁運營管理云平臺系統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;客戶通過微信小程序掃描二維碼,進行支付后,系統發起充電請求,控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯網,配合加密技術和秘鑰分發技術,基于TCP/IP的數據交互協議,與云端進行直連。
       
        電動自行車數量越來越多,解決了老百姓短距離出行問題,但是和電動自行車相關的和火災事故新聞也屢見不鮮,有逐年增長的趨勢,給社會帶來了很大的損失,成為人民生命和財產的一個隱患?;陔妱幼孕熊嚮馂牡奈:吞攸c,各級政府部門發文對電動自行車火災的整治都放在規范停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理云平臺,針對電動自行車火災治理提供充電管理、資產管理和交易管理的一攬子解決方案,解決充電難、管理難和收費難的問題,可應用于商業樓宇、小區、學校、醫院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。
       
        4.1.6物業小區預付費管理云平臺
       
      安科瑞遠程預付費系統可以針對各商業綜合體、小區、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業,學校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業分布式財務操作,在線支付,總部財務扎口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理系統已經成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經穩定運行多年,適用于物業公司對小區、辦公和商鋪租戶的水電預付費管理,或者學校對學生宿舍的用電預付費和用電管控系統。
      4.2有線/無線物聯
       
        安科瑞根據多年來的項目經驗,結合用戶實際需求,開發了各類有線、區域無線、廣域無線通訊產品,包括網關和終端設備。支持RS485、以太網、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式,隨著5G建設步伐的加快,未來將會有越來越多的通訊方式融入產品,服務于泛在電力物聯網建設。
       
        4.3邊緣計算
       
        安科瑞針對物聯網應用開發了多款智能網關,采用嵌入式系統和邊緣計算技術,現場采集和存儲終端設備數據,并根據云平臺的需要,采用不同的協議和云平臺對接。所有數據采集、計算、異常報警觸發邏輯均在網關就地設置,網絡故障時數據存儲在本地,網絡恢復后補傳數據,斷點續傳,提高數據可靠性。
       
        4.4終端設備
       
        針對泛在電力物聯網的建設,安科瑞陸續推出多款物聯網儀表,應用在不同場合以滿足不同需求,2019年全年各類終端儀表出貨量超過185萬臺。
       
        4.5安科瑞產品在泛在電力物聯網的應用
       
        近兩年來,安科瑞已經陸續參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設,提供了包括云平臺、智能網關、終端設備等產品,各類用戶端云平臺在全國各地運行案例700多套,并且根據用戶需求不斷完善產品功能,這些項目就是未來泛在電力物聯網的一部分。
       
        “能源互聯網的春天到了,因其所能,它必將成為充滿活力的新型能源業態。”盡管針對泛在電力物聯網還有一些不同的聲音,但是泛在電力物聯網已經悄無聲息的鋪開來,融入能源互聯網基礎建設的方方面面。
       
        5 結語
       
        泛在電力物聯網既需要理論知識的支撐,同時需要工程實踐的堅強保障。目前,我國已經擁有世界上規模的電力專用通信信息系統,為泛在電力物聯網的建設與遠景規劃奠定了堅實基礎。因此,在注重集約化、智能化建設原則的基礎上,應綜合考慮泛在電力物聯網的經濟實用性。此外,在構建泛在電力物聯網系統過程中,借鑒發達國家的先進技術與實踐經驗,并與外界其他產業鏈建立長期合作關系,實現多方共贏、平等互惠、協同發展的美好愿景。
       
        參考文獻
       
        [1]梁天宇.泛在電力物聯網在電力系統中的應用研究
       
        [2]楊懷琴.泛在電力物聯網時代物聯網技術在電力系統中的應用[J].科技創新與應用
       
        [3]侯秋宇.泛在電力物聯網實施策略研究[J].數碼設計
       
        [4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
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