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淺談智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

日期:2024-12-23 23:13
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摘要:隨著智能電網(wǎng)與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的深入融合和發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用成為近年來研究的熱點。首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念,總結(jié)了當前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)等三個方面中的主要應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,從傳感器、通信、云邊緣計算三個方面對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)特點及其發(fā)展趨勢進行了分析,進而提出了未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、通信和計算處理方面的優(yōu)勢與應(yīng)用前景。

張娟

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要:隨著智能電網(wǎng)與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的深入融合和發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用成為近年來研究的熱點。首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念,總結(jié)了當前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)等三個方面中的主要應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,從傳感器、通信、云邊緣計算三個方面對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)特點及其發(fā)展趨勢進行了分析,進而提出了未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、通信和計算處理方面的優(yōu)勢與應(yīng)用前景。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)深度融合的角度,闡述了智能電網(wǎng)的發(fā)展愿景。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);智能電網(wǎng);電力系統(tǒng);泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

 

0引言

近年來,隨著電力負荷的快速增長,間歇性電源的高比例接入,全球天氣加劇等問題的增多,傳統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行已受到巨大挑戰(zhàn)。針對上述情況,發(fā)展更加智能的電網(wǎng),將先進的通信、信息和控制技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)電網(wǎng),解決源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面的重難點問題將成為未來電網(wǎng)建設(shè)的主要任務(wù)與挑戰(zhàn)。

物聯(lián)網(wǎng)概念由 Kevin Ashton 教授提出,早期的物聯(lián)網(wǎng)是依托 RFID 技術(shù)的物流網(wǎng)絡(luò)。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了較大變化,國際電信聯(lián)盟發(fā)布的《互聯(lián)網(wǎng)報告 2005:物聯(lián)網(wǎng)》認為,(1) 目前的三大網(wǎng)絡(luò),包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)和發(fā)展的基礎(chǔ),物聯(lián)網(wǎng)是在三網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展;(2) 用戶應(yīng)用終端從人與人之間的信息交互與通信擴展到了人與物、物與物、物與人之間的溝通連接[2]。

智能電網(wǎng)由美國首先提出,美國電科院于 2000年前后提出了 Intelli-Grid 的概念,認為這是未來電網(wǎng)發(fā)展的態(tài)勢和解決 21 世紀電網(wǎng)面臨的各種問題的途徑。智能電網(wǎng)具有自愈、互動、優(yōu)化、兼容、集成的特征。目前,國內(nèi)外對智能電網(wǎng)的研究仍屬于熱點。國家電網(wǎng)公司將智能電網(wǎng)定義為以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架,各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ),利用先進的通信、信息和控制技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一堅強的智能化電網(wǎng)。南方電網(wǎng)公司定位要構(gòu)筑一個可靠、綠色能電網(wǎng),以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平,提高系統(tǒng)和資產(chǎn)的運用效率,提高用戶側(cè)

的能效管理和服務(wù)水平,提高資源優(yōu)化配置運用能力,促進資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會發(fā)展為目標。

智能電網(wǎng)建設(shè)涉及面廣,面臨的問題較多,依靠傳統(tǒng)技術(shù)很難滿足其需求,因此更需要云、 大、物、移、智等新興技術(shù)支撐。由此能源互聯(lián)網(wǎng)的概念應(yīng)運而生,成為智能電網(wǎng)更開闊的發(fā)展空間。其中,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為當前科技領(lǐng)域的熱點技術(shù),已有不少學(xué)者分析和探討其在電力領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景。

作為智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)相互融合的產(chǎn)物,隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念的提出,國家電網(wǎng)公司發(fā)布《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)白皮書 2019》,將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)分為兩個階段,構(gòu)建能源生態(tài)、迭代打造企業(yè)中臺、協(xié)同推進智慧物聯(lián)、同步推進管理優(yōu)化,實現(xiàn)到 2024 年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。并提出了《配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展白皮書》,實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)和配電網(wǎng)的融合,對配電物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的規(guī)?;こ虘?yīng)用和場景進行推廣。

目前,在眾多實施的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目中,嘉興烏鎮(zhèn)電力物聯(lián)網(wǎng)作為園區(qū)級綜合示范項目,實現(xiàn)了智慧路燈、電動汽車智慧車聯(lián)網(wǎng)、全感知配電房等多種場景的應(yīng)用,建立了全景智慧用電平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,服務(wù)城市管理、百姓生活。有利于智慧城市的建設(shè)。浙江無錫作為國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)示范城市,系統(tǒng)規(guī)劃了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,促進以物聯(lián)網(wǎng)為龍頭的新一代信息技術(shù)與工業(yè)、經(jīng)濟、城市治理深度融合,形成一系列“讓城市生活更美好”的智慧解決方案和運營管理模式。國網(wǎng)上海電力將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于進博會的供電保障中。實現(xiàn)更快發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題,從而大大提升保電工作的效率及能力。      

智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合是順應(yīng)數(shù)字化浪潮的必然結(jié)果,挖掘電力在源網(wǎng)荷三方面的數(shù)字屬性,提高電力數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值,可以幫助電網(wǎng)實現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率的發(fā)展。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)以數(shù)字技術(shù)為傳統(tǒng)電網(wǎng)賦能,不斷提升電網(wǎng)的感知能力、互動水平和運行效率,有力支撐各種能源接入和綜合利用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是智能傳感器、低功率廣域通信技術(shù)以及邊緣云計算等技術(shù)的成熟,未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用需進行進一步的思考。

基于此,本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面中的主要應(yīng)用。然后從傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和云/邊緣計算角度分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用。結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢與未來電網(wǎng)需求,闡述了智能電網(wǎng)的發(fā)展愿景。

 

1當前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

目前電網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)已經(jīng)成為聯(lián)系到千家萬戶的每一臺電器,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)非常具備。簡單來說,建設(shè)智能電網(wǎng)需要在現(xiàn)有電網(wǎng)上增加傳感測量技術(shù)、集成通信技術(shù)和控制方法,而物聯(lián)網(wǎng)本身就是這三者的有機結(jié)合,因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以和智能電網(wǎng)高度融合,二者相輔相成。

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)側(cè)重于設(shè)備之間的關(guān)聯(lián),即利用傳感器將各種設(shè)備與資產(chǎn)連接到一起,對關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的相互融合,賦予了雙方新的特征。首先,物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的融合,使物聯(lián)網(wǎng)更注重用戶之間以及用戶與電網(wǎng)之間進行實時連接和互動,并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的收集分析和實時高速傳輸。其次,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)也使物聯(lián)網(wǎng)加強了其智能處理和決策支持功能,智能電網(wǎng)需要物聯(lián)網(wǎng)來分析診斷電網(wǎng)和電網(wǎng)設(shè)備的運行狀況,進而進行決策去排除和避免電力故障。物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用也加強了智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理能力,由于物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)都以信息傳輸為基礎(chǔ),均需要對海量信息進行智能處理,實現(xiàn)終端設(shè)備的實時響應(yīng)處理, 但智能電網(wǎng)主要應(yīng)用在電信息采集控制及用電服務(wù)系統(tǒng)等方面,而物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用在實體屬性信息及控制信息交互,顯然,物聯(lián)網(wǎng)更側(cè)重于數(shù)據(jù)處理,與智能電網(wǎng)的融合可以更好地實現(xiàn)電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的處理。因此,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息化程度,促進智能電網(wǎng)的發(fā)展。

 

本節(jié)從源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面論述物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、云/邊緣計算技術(shù)等的支持在電網(wǎng)運行中的不同應(yīng)用。源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面的通信方式如圖 所示。

1.1 源側(cè)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電源側(cè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在傳感器應(yīng)用及對發(fā)電機實時狀態(tài)監(jiān)測,主要分成傳統(tǒng)電源和分布式電源兩個部分的應(yīng)用來闡述,其中通信一般依靠工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)。

對于傳統(tǒng)電源方面,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于對發(fā)電設(shè)備進行遠程故障診斷,文獻設(shè)計了發(fā)電設(shè)備遠程監(jiān)測系統(tǒng),能夠檢測發(fā)電機組的實時情況,并根據(jù)機組的異常情況查找故障原因。

對于分布式電源方面,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對風能、太陽能等新能源發(fā)電進行監(jiān)測和調(diào)節(jié),從而使新能源更好的并網(wǎng)接入和運行。在光伏發(fā)電方面,文獻可以實現(xiàn)對偏遠地區(qū)的光伏系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制。文獻除了可以實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的監(jiān)測,還可以實現(xiàn)對光伏系統(tǒng)中g(shù)ong率點的跟蹤。在風能發(fā)電方面,由于風電場具有單機數(shù)目大、分布地區(qū)廣且大的特點,因此需要長時間頻繁維護。若將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于風電場組網(wǎng),則可以大大降低其運營維護的成本,文獻提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的風電機組狀態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng),可以監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)。文獻利用物聯(lián)網(wǎng)中的深度學(xué)習(xí)模型實現(xiàn)預(yù)測和診斷風力發(fā)電的故障,能夠提高風力發(fā)電機組的運行可靠性并減少成本。

總而言之,在電源側(cè)物聯(lián)網(wǎng)可以加快新能源的發(fā)展,規(guī)范新能源的并網(wǎng)和運行,但目前基于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)出的這些監(jiān)測系統(tǒng)仍存在系統(tǒng)不夠完善、故障率較高的問題,且在通信方面,由于分布式電源具有隨機性、點多面廣等特點,可能會造成實時數(shù)據(jù)采集負擔、遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)滯后等問題。因此,物聯(lián)網(wǎng)在電源側(cè)的應(yīng)用需要改進的是加強監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和處理能力。

1.2 網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電側(cè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對輸電線路狀態(tài)的監(jiān)測及線路檢修管控,其中通信一般依靠專用通信網(wǎng)(光纖網(wǎng)絡(luò))或通用分組無線服務(wù)(General Packet Radio Service, GPRS)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)在輸電側(cè)的應(yīng)用可以解決目前監(jiān)測系統(tǒng)存在的運行維護費用高、數(shù)據(jù)傳輸率低等問題,從而提高輸電效率。

對于輸電線路的通信方面,目前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)別在于數(shù)據(jù)采集的方式不同或傳輸?shù)耐ㄐ欧绞讲煌?。文獻通過對不同物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的組合,從而實現(xiàn)對長距離輸電設(shè)施的信息傳輸和監(jiān)控。對于高壓線路的監(jiān)測方面,文獻實現(xiàn)了高壓輸電線路的在線監(jiān)測,通過對高壓線路的參數(shù)測量,提高了其通信穩(wěn)定性,但仍存在電磁干擾、防潮、防雷以及各種自然環(huán)境等防護問題。對于輸電塔的保護方面,文獻設(shè)計了輸電塔保護系統(tǒng),可以實現(xiàn)對高壓骨干輸電塔的故障分類、定位和預(yù)警。

 

在變電側(cè)的應(yīng)用主要是對變電站電氣信息、狀態(tài)信息和操作信息進行監(jiān)控預(yù)警,一般通過光纖或工業(yè)以太網(wǎng)進行通信。

在變電設(shè)備監(jiān)測方面,物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以解決傳統(tǒng)變電設(shè)備監(jiān)測裝置相互獨立、數(shù)據(jù)無法共享、計算負荷分配不均及不具備故障初步診斷功能的問題。文獻均實現(xiàn)了對變電站內(nèi)主要變電設(shè)備的實時監(jiān)測和對存在的故障隱患進行報警和預(yù)警,文獻針對智能變電站設(shè)備提出全景信息建模方案,提高了設(shè)備性能。文獻通過計算傳感數(shù)據(jù)的可信度,可以防止異常數(shù)據(jù)導(dǎo)致變電設(shè)備的故障。文獻利用紅外圖像與可見光圖像配準方法,實現(xiàn)對變電設(shè)備異常狀態(tài)監(jiān)控。文獻設(shè)計了基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高速監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)遠程可視化。在變電站通信方面,對傳感器網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計,實現(xiàn)了變電站數(shù)據(jù)智能分析、遠程控制的功能。

在配電側(cè)的應(yīng)用包括對設(shè)備提供智能管理,對電力設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測,支撐配電自動化的實現(xiàn),目前配網(wǎng)自動化中的通信主要是依靠光纖,沒有條件的地方則主要依靠 GPRS 無線公網(wǎng)。

在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對配電網(wǎng)中的設(shè)備運行狀態(tài)、運行環(huán)境狀態(tài)進行監(jiān)測,有助于提升電網(wǎng)運行水平。對于目前輸變配電設(shè)備監(jiān)測存在人工定期檢測作業(yè)方式效率低、人工監(jiān)測方式存在監(jiān)測不到位的問題。實現(xiàn)了對輸變配電設(shè)備狀態(tài)的在線運行監(jiān)測和智能管理,比傳統(tǒng)監(jiān)控方案更能確保設(shè)備信息感知與監(jiān)控之間的信息可靠交互。在配電自動化方面,利用云計算實現(xiàn)了配電自動化,提高了網(wǎng)絡(luò)的帶寬及減少延遲。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于主動配電網(wǎng)絡(luò),提高主動配電網(wǎng)絡(luò)的效率和可靠性。

總而言之,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有助于提高網(wǎng)側(cè)的運維水平和智能化程度,提高了智能變電站的運行管理水平,實現(xiàn)災(zāi)害的實時監(jiān)測和預(yù)警。但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電側(cè)應(yīng)用仍存在通信傳輸速率較低以及信息在傳輸過程中被遮蔽等問題;在變電側(cè)的應(yīng)用存在設(shè)備之間電磁干擾以及傳感器選擇和安裝等問題;在配電側(cè)的應(yīng)用存在監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)準確率較低的問題、復(fù)雜采集網(wǎng)絡(luò)的控制問題,以及智能終端選型、投資布點的問題。因此,物聯(lián)網(wǎng)在輸電側(cè)應(yīng)用需要改進的是加強對氣象等影響因素的監(jiān)測和提高數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男剩辉谧冸妭?cè)應(yīng)用需要改進的是傳感器的配置,以及解決通信干擾的問題;在配電側(cè)應(yīng)用需要改進的是監(jiān)測系統(tǒng)的通信問題,提高系統(tǒng)的傳輸效率和準確性以及配網(wǎng)智能設(shè)備布點的合理規(guī)劃。

1.3 荷側(cè)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在負荷側(cè)的應(yīng)用顯著是低壓抄表方式的轉(zhuǎn)變,除此之外,物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)在用電管理、用電方面的應(yīng)用,進一步推動了智能家居、智能建筑方面的發(fā)展。

 

在智能用電服務(wù)方面,智能用電服務(wù)系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)在用戶側(cè)的重要組成部分,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于提升電網(wǎng)與用戶的互動,提升用戶的生活質(zhì)量,建了雙向互動服務(wù)總體構(gòu)架,實現(xiàn)電力流、信息流和業(yè)務(wù)流的雙向互動。設(shè)計了一種基于多種通信方式混合組網(wǎng)的智能用

電服務(wù)系統(tǒng),也有效地提升了電網(wǎng)和用戶的互動。利用 ZigBee 技術(shù)進行用電信息采集,針對用戶不同的用電特點,為制定節(jié)能方案提供有力支持。

在智能家居、電動汽車方面,設(shè)計了基于實時電價的智能用電系統(tǒng),還能達到平穩(wěn)的電

力負荷、提高能源利用的效果。在智能家居方面,設(shè)計了一個基于 B/S 架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng),實現(xiàn)對智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用。用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)樓宇智能化。但物聯(lián)網(wǎng)在用電側(cè)的應(yīng)用仍存在數(shù)據(jù)采集的效率問題。設(shè)計了智能低成本家庭自動化系統(tǒng),可以實現(xiàn)家庭用電監(jiān)控計量以及在線計費。

在電動汽車方面,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也促進了電動汽車充電技術(shù)的發(fā)展。設(shè)計了充電導(dǎo)航路徑選擇模型,可以為電動汽車出行者制定快捷方便合理的充電導(dǎo)航路徑。文獻[52]提出一種物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),有助于電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的運營。

由此可見,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能有效提升負荷側(cè)的用電效率和用電管理水平。但是,物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有應(yīng)用存在用電數(shù)據(jù)挖掘不夠用電信息等問題,因此,物聯(lián)網(wǎng)在負荷側(cè)應(yīng)用需要改進的是進一步對用電數(shù)據(jù)進行深入挖掘,從而獲取有價值的用電信息,以實現(xiàn)應(yīng)用。

綜上可知,傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)的源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面都有不少應(yīng)用,隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,未來其應(yīng)用場景也會更加豐富。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)三個關(guān)鍵技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)的重要組成部分,三者是各類應(yīng)用環(huán)節(jié)的技術(shù)基礎(chǔ),為物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的傳輸作了重要支持。傳感器作為數(shù)據(jù)獲取的源頭,通信技術(shù)組成了數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),邊緣計算提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度,云計算是數(shù)據(jù)處理和管理的平臺,從而使海量的電力數(shù)據(jù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中變得更加可靠,實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。

三個關(guān)鍵技術(shù)的交叉應(yīng)用,也為物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供了更大的空間。傳感器與邊緣計算的結(jié)合,可以及時處理和分析更靠近生成數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù),使數(shù)據(jù)處理變得分散,從而降低數(shù)據(jù)的延遲和管理成本。傳感器與 LPWAN 技術(shù)等先進通信技術(shù)的結(jié)合,有利于分布式電源的運維,可以解決風電場范圍廣大且分布稀疏導(dǎo)致的運維成本高的問題。通信技術(shù)與云計算的結(jié)合,提高了通信的質(zhì)量和計算量,從而提高了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的效率。物聯(lián)網(wǎng)三個關(guān)鍵技術(shù)使物聯(lián)網(wǎng)具備了控制功能、傳輸采集通信、智能化邊緣計算等性能,從而使得物聯(lián)網(wǎng)的通信對象范圍得到拓展和擴大,將原有的人與人的互聯(lián)轉(zhuǎn)化為人和世界萬物的聯(lián)系。

 

2.1 傳感器方面

傳統(tǒng)傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并按一定規(guī)律變換后輸出,典型的器件有電阻應(yīng)變式傳感器、電荷耦合器件、霍爾傳感器等。隨著傳感器不斷發(fā)展,具有信息處理功能的智能傳感器占據(jù)較大的應(yīng)用空間,智能傳感器也是物聯(lián)網(wǎng)獲取外界信息的重要途徑。與傳統(tǒng)傳感器相比,智能傳感器具有高精度、高可靠性、自適應(yīng)強等優(yōu)勢。

目前,小微智能傳感器是傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展方向,小微智能傳感器是傳統(tǒng)傳感器與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物,也稱為巨磁阻傳感器(Giant Magneto Resistance, GMR),具有采集、處理、交換信息的能力,因其具有的特低功率、便于安裝、抗干擾等特點使智能電網(wǎng)透明化運行成為可能。因此,可以利用小微智能傳感器解決傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用瓶頸,例如將小微智能傳感器應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的感知層,實現(xiàn)智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)測量和收集,進一步拓展傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用范圍。小微智能傳感器作為透明電網(wǎng)重要的單元,仍存在電壓測量、功率較大等問題,其未來將要突破的瓶頸是自行實現(xiàn)能量的補給以及電壓測量的問題。

除此之外,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用還有無線傳感網(wǎng)絡(luò),它通過節(jié)點內(nèi)置傳感器進行采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的目標信息[55]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、抗干擾能力強等特點,它能為物聯(lián)網(wǎng)帶來傳感、互通和驅(qū)動的高性能。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也存在一定的缺陷,首先不同應(yīng)用場合下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和協(xié)議不同,需要設(shè)計相同的標準接入到電力通信網(wǎng);其次無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電網(wǎng)中會受到電磁干擾,可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中出現(xiàn)失誤,需要完成電磁兼容的可行性設(shè)計;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要持續(xù)的能量供應(yīng),若將小微智能傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,從中可以挖掘小微智能傳感器在智能電網(wǎng)中可能的應(yīng)用點。目前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始逐步應(yīng)用于智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集的場景中,如無線自動抄表、遠程系統(tǒng)監(jiān)控、設(shè)備故障診斷等。

2.2 通信方面

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中一般針對距離的遠近采用不同的通信技術(shù),在局域網(wǎng)的場景中,一般采用短距離無線通信技術(shù)如 WIFI、藍牙等,具有易部署、功耗低、速率高的特點,但應(yīng)用距離有限。在范圍較廣的連接中,可以采用移動蜂窩網(wǎng)通信技術(shù)如 3G、4G,雖距離遠、覆蓋廣、速率高,但功耗大、成本高。除此之外,傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)還存在多種通信技術(shù)的融合問題。針對傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)功耗與距離無法兼容、信號串擾等問題,未來通信技術(shù)將向高傳輸速率、低功耗、遠距離、減少干擾等方向發(fā)展。其中具有代表性的未來通信技術(shù)有:寬帶載波、5G、低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)等。

2.2.1 寬帶載波通信技術(shù)

寬帶載波通信技術(shù)采用先進的正交頻分復(fù)用技術(shù) (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM),即一種通信編碼技術(shù),利用覆蓋范圍廣泛的電力線作為高速數(shù)據(jù)通信的載體,可以免布線、低成本地實現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)終端接入寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。相較于目前的窄帶載波技術(shù)而言,寬帶載波擁有三大核心優(yōu)勢:高頻點、遠離電力線干擾;多載波、自動規(guī)避干擾;高速率、減少通信延時。寬帶載波通信技術(shù)可以解決多臺變信號串擾問題,可以更好地支撐智能用電。除此之外,寬帶載波通信技術(shù)可以為智能配電網(wǎng)中信息采集等場景提供高速可靠的信息通道。若將其應(yīng)用于城區(qū)的中壓電纜,可以滿足配電系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的傳輸要求,解決通信速率較低的問題。

2.2.2 5G 通信技術(shù)

5G 是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù),可以解決海量無線通信需求,將采用包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在內(nèi)的一組關(guān)鍵技術(shù),以滿足各種場景的差異化需求,文獻對此提出了應(yīng)用于 5G 大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)絡(luò)框架。低功耗寬連接和低時延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),是 5G 新拓展的場景,解決傳統(tǒng)移動通信不能很好地支持物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用的問題。5G 系統(tǒng)具有很高傳輸速率、超大容量帶寬、低延時低功耗的點對點傳輸?shù)忍攸c??梢詰?yīng)用于分布式電源發(fā)電狀況的監(jiān)測,提高能源的利用率;電纜的狀態(tài)評估,有利于發(fā)現(xiàn)和預(yù)防故障發(fā)生;無人機巡檢輸電線路,可以拍攝更多更高清的圖片視頻,提高巡檢可靠性;還可以應(yīng)用于智能變電站、變電站機器人、配電自動化等場景。

2.2.3 低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)(LPWAN)技術(shù)

LPWAN 可以優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的 M2M 通信場景,是以星型網(wǎng)絡(luò)覆蓋,支持單節(jié)點覆蓋可達 100 km的遠程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。LPWAN 的特點在于覆蓋遠、功耗低、低帶寬以及可以使用非同步通信。LPWAN 在網(wǎng)絡(luò)配置方面有很大的靈活性,可以支持定位服務(wù)和移動對象,并具有抗干擾的能力。LPWAN 可以應(yīng)用于源網(wǎng)荷互動、電氣設(shè)備溫度監(jiān)測、配電故障指示器等,還可實現(xiàn)包括發(fā)電廠、變電站、電動交通基礎(chǔ)設(shè)施、分布式發(fā)電運維、環(huán)境監(jiān)測等能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的海量小數(shù)據(jù)連接需求。

2.3 云計算方面

云計算技術(shù)。云計算利用網(wǎng)格計算將多個計算機實體集成到一個強大的計算系統(tǒng)中,并通過相關(guān)技術(shù)將計算能力分配給用戶。與傳統(tǒng)計算模型相比,云計算具有高速互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力、接近無限存儲和計算能力強大等優(yōu)勢。可以將云計算應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度、電網(wǎng)信息通信、電力數(shù)據(jù)存儲等,實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲和處理以及處理平臺的統(tǒng)一管理和彈性擴容

2.3.1 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè),電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜,規(guī)模也越來越大,為了對電網(wǎng)進行實時監(jiān)控和調(diào)度。如何對大量智能監(jiān)測終端所產(chǎn)生的大規(guī)模運行數(shù)據(jù)信息進行實時可靠的采集、傳輸、存儲和管理就顯得十分必要。

在電網(wǎng)調(diào)度運行分析的過程中,以云計算為核心,以統(tǒng)一模型的數(shù)據(jù)庫為依托,采用相應(yīng)的服務(wù)總線技術(shù),把分布在各個局站的調(diào)度子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和功能,用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的架構(gòu)整合在一起,構(gòu)建具有實時性強、可靠性高的電網(wǎng)調(diào)度云計算平臺。從而實現(xiàn)對不同的調(diào)度實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,支撐支持系統(tǒng)的運行,滿足大計算量應(yīng)用的需求。以及對大規(guī)模信息數(shù)據(jù)可靠的存儲和管理。

2.3.2 電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺

隨著智能電網(wǎng)的規(guī)模日益擴大,各種智能電表、傳感器、信息系統(tǒng)等異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)源持續(xù)不斷地產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)如用戶用電數(shù)據(jù)、調(diào)度運行數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)等,被稱為電力大數(shù)據(jù)。除此之外,分布式電源和電動汽車的大量接入,也會為電網(wǎng)注入更多的數(shù)據(jù)流,從這些數(shù)據(jù)中可以得到有應(yīng)用價值的信息。

目前,智能電網(wǎng)中安裝了許多智能化的測量裝置,從中產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)大多基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫,分析速度慢且可伸縮性差,難以適應(yīng)智能電網(wǎng)時代電力大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)存儲與分析的需求,已成為智能電網(wǎng)建設(shè)的瓶頸,因此,電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺應(yīng)運而生。

電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺一般可以分為數(shù)據(jù)載入與處理、數(shù)據(jù)組織與存儲、數(shù)據(jù)交互式分析與展示三個部分,主要利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理和分析。主要結(jié)合云計算技術(shù)、分布式聯(lián)機分析處理等大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實現(xiàn)對電力用戶側(cè)、電力設(shè)備狀態(tài)的大數(shù)據(jù)分析。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺可以增加電網(wǎng)的透明度,使運行狀態(tài)透明化,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合其他不同的信息源也會有更深層次的應(yīng)用,如電力系統(tǒng)智能安防、用戶行為分析、大用戶節(jié)能服務(wù)、用戶竊電行為挖掘、需求側(cè)管理等。

2.4 邊緣計算方面

邊緣計算的“邊緣”指的是在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源頭之間任一具有計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的路徑。邊緣計算旨在將計算資源推向更靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的位置,其目標是改善網(wǎng)絡(luò)延遲并確保執(zhí)行任務(wù)的效率。這樣能夠快速響應(yīng)用戶請求,并實現(xiàn)較低的時延和較高的帶寬。邊緣計算可以使許多控制從集中式云轉(zhuǎn)移到邊緣,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)對海量數(shù)據(jù)的實時分析。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運行或發(fā)生故障時,傳統(tǒng)方式是將海量信息上傳到集中式系統(tǒng)進行處理,這就對計算機的

數(shù)據(jù)處理能力提出了很高的要求,而云/邊緣技術(shù)就可以解決此問題。除此之外,還可以將邊緣計算應(yīng)用于智能家居、傳輸線路監(jiān)測、智能變電站等,提高系統(tǒng)效率和實時性。當前,邊緣計算的研究主要集中在移動邊緣網(wǎng)絡(luò)、霧計算、邊緣云等方面,移動邊緣計算成為未來的研究方向。

2.4.1 非侵入式負荷監(jiān)測

非侵入式負荷監(jiān)測支撐戶內(nèi)用電數(shù)據(jù)采集、電能質(zhì)量監(jiān)測與源頭識別和支持用戶參與需求側(cè)響應(yīng)。傳統(tǒng)的侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)把傳感器安裝至各個負荷處,監(jiān)控每個負荷的運行情況。而非侵入負荷監(jiān)測的特點是硬件較簡單、分析軟件較復(fù)雜,分析軟件能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)分析,從中獲得有用的信息。因此,只需在用戶的電表加入此模塊,就能夠?qū)崿F(xiàn)對一個用戶所有負荷的在線監(jiān)測和分解。非侵入式負荷監(jiān)測可為用戶提供用能狀況分析等多種用能服務(wù),實現(xiàn)用戶間接管理,提高用能效率,實現(xiàn)用能策略優(yōu)化;可以實現(xiàn)對電動機類負荷的非侵入式故障診斷;可以利用負荷構(gòu)成信息和變化情況實施需求響應(yīng),并可以應(yīng)用于變電站層的擴展及應(yīng)用。面對分布廣泛且群體龐大的電力低壓用戶,若將邊緣計算應(yīng)用于非侵入式負荷監(jiān)測,并將處理好的數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器,有利于將數(shù)據(jù)在用戶側(cè)進行處理,減少數(shù)據(jù)傳輸負擔,有助于實現(xiàn)實時負荷數(shù)據(jù)監(jiān)測。

2.4.2 輸電線路設(shè)備智能監(jiān)控

針對配電網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、點多面廣的特點以及電網(wǎng)監(jiān)控存在的問題。目前大部分解決方案是將采集的圖片信息上傳至服務(wù)器進行分析,但視頻圖像傳輸量大且有效信息少,會占用和浪費大量網(wǎng)絡(luò)資源,利用邊緣計算可以在后端配備計算能力較強的計算單元,使用回傳數(shù)據(jù)進行深度學(xué)習(xí),建立模型,減少大量無用數(shù)據(jù)的傳輸,增強異常檢測能力。因此,邊緣計算聚焦實時、短周期數(shù)據(jù)分析的特點,更適合實時的數(shù)據(jù)分析和智能化處理。除此之外,對于配電線路設(shè)備數(shù)量多以及管理的問題,通過邊緣終端部署邊緣計算對原始數(shù)據(jù)進行處理,從而降低數(shù)據(jù)傳輸帶寬及處理成本。并能將設(shè)備正常模型下發(fā)到邊緣側(cè),對邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)傳輸進來與模型進行匹配,從而實現(xiàn)預(yù)測性維護,提高設(shè)備的可靠性。

上述三種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展使得以前一些不可能實現(xiàn)或解決的問題有了新的轉(zhuǎn)機,也使得未來智能電網(wǎng)發(fā)展有了新的契機,使未來電網(wǎng)更加智能化。

首先,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以成為解決電力大數(shù)據(jù)的一大利器。隨著我國智能電網(wǎng)不斷發(fā)展,發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù),對電網(wǎng)的監(jiān)控、調(diào)度和管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。如何對電力系統(tǒng)中多種類型的數(shù)據(jù)進行有效的分析和管理成了急需解決的問題。通過傳感器技術(shù)將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行收集,利用通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到主站,對各項數(shù)據(jù)進行分析和可視化

展示,有利于電網(wǎng)相關(guān)人員及時洞察已存在的異常和潛在的故障,實時準確地監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài),有利于提高電網(wǎng)的可靠性。除此之外,傳統(tǒng)的集中式控制模式已無法滿足海量數(shù)據(jù)的傳輸處理要求,利用邊緣計算在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進行智能處理,可降低對主站系統(tǒng)的壓力,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、準確性。

其次,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以促進與用戶交互的智能用電模式的推廣。隨著我國人民生活質(zhì)量的提高,人民對供電質(zhì)量要求也越來越高,傳統(tǒng)的配網(wǎng)運行管理手段已難以有效保障低壓配網(wǎng)的可靠經(jīng)濟運行以及用戶的正常用電。如何在滿足人民用電需求的同時提供高質(zhì)量的供電服務(wù)是目前用電側(cè)需要解決的問題。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)有利于用電側(cè)的管理,通過物聯(lián)網(wǎng)可以對用戶及配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行準確的測量,以保障智能用電的實施,及時處理收集的數(shù)據(jù),對用電的交互也提供了保障。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以降低分布式電源等新能源接入帶來的風險。隨著新能源在電網(wǎng)中的接入和應(yīng)用,對配電網(wǎng)造成較大的影響,使之運行狀態(tài)和特性發(fā)生了新的變化。分布式電源出力的隨機性、間歇性和波動性會造成配電網(wǎng)功率和電壓波動,對配網(wǎng)運行控制和保護帶來了一定的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過對分布式電源進行實時監(jiān)測,及時進行調(diào)整,從而提高用戶的電能質(zhì)量水平。

綜上可知,傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行控制模式已不能適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是提高電網(wǎng)運行智能化水平、提高電網(wǎng)調(diào)度控制保障電網(wǎng)運行的重要途徑。

3 智能電網(wǎng)的發(fā)展愿景——透明配電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

3.1 透明配電網(wǎng)

當前,能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢,即李立浧院士在 2018 鹽城綠色智慧能源大會上提出的“透明電網(wǎng)”方向,透明電網(wǎng)通過各種“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的綜合運用,使電網(wǎng)運行透明可觀可測。區(qū)別于運行數(shù)據(jù)少和設(shè)備狀態(tài)不可見的傳統(tǒng)配電網(wǎng),透明配電網(wǎng)是近年來伴隨著數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)分析技術(shù)在配電網(wǎng)深度應(yīng)用而出現(xiàn)的一種新的配電網(wǎng)形態(tài)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是構(gòu)成透明配電網(wǎng)的重要基礎(chǔ),能為透明配電網(wǎng)提供有力的技術(shù)支持。透明配電網(wǎng)以數(shù)據(jù)監(jiān)測為基礎(chǔ),為了實現(xiàn)配電網(wǎng)的透明化,要求數(shù)據(jù)且數(shù)量足夠多,而傳統(tǒng)的測量裝置無法實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的測量和實時傳送,此時物聯(lián)網(wǎng)便可以發(fā)揮其優(yōu)勢。傳感器技術(shù)可以解決透明配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的需求,實時采集海量數(shù)據(jù),實現(xiàn)配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)透明。通信技術(shù)例如 LORA、NB-IOT可以解決透明配電網(wǎng)的通信需求,可以實時傳輸可靠的數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)

配電網(wǎng)的狀態(tài)透明。云邊緣計算可以解決透明配電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)處理的需求,快速處理上傳海量數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)配電網(wǎng)的態(tài)勢透明。因此,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將使配電網(wǎng)透明化成為可能。

3.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

國家電網(wǎng)近期提出來的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”理念,其實質(zhì)與透明電**別是透明配電網(wǎng)的內(nèi)涵高度吻合,即圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié),充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進通信技術(shù),實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互,具有狀態(tài)感知、信息處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)采用的是分層體系,分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層,對應(yīng)的層次特征分別是感知、可靠傳遞、智能處理。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)應(yīng)用的體現(xiàn),可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層這四層結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)如圖 所示。感知層通過傳感器技術(shù)負責數(shù)據(jù)采集和處理,利用邊緣計算處理一些區(qū)域化的計算任務(wù),從而減輕平臺層服務(wù)器的計算壓力,提升實時性和建立統(tǒng)一的終端操作系統(tǒng)是未來感知層的發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)層負責對感知層和平臺層之間的數(shù)據(jù)進行傳輸,利用多種通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸與靈活調(diào)度,提高信息的傳輸速度和流量,電力載波通信技術(shù)和 5G 技術(shù)是未來網(wǎng)絡(luò)層的發(fā)展方向。平臺層通過云計算技術(shù)負責數(shù)據(jù)處理和物聯(lián)管理,是實現(xiàn)應(yīng)用的基礎(chǔ),提高協(xié)同計算與實時響應(yīng)能力是未來平臺層的發(fā)展方向。應(yīng)用層實現(xiàn)電網(wǎng)的生產(chǎn)運營、經(jīng)營管理和相關(guān)的用能服務(wù),如微網(wǎng)運行管理、電動汽車的運營管理、園區(qū)能源管理等,跨專業(yè)的物聯(lián)管理是未來應(yīng)用層的發(fā)展方向。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)為大數(shù)據(jù)與人工智能在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電網(wǎng)三個方面尤其是荷側(cè)有更好的表現(xiàn)。目前對荷側(cè)的感知還不夠深入,從低壓側(cè)只能獲取到電量數(shù)據(jù),若能得到更多類型的數(shù)據(jù),從而可以針對不同類型的用戶用電情況進行更**的分析,通過對電量負荷曲線等規(guī)律研究,深入挖掘荷側(cè)海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。首先,可以實現(xiàn)智能用電、智能家居應(yīng)用,增加與用戶的互動,提高用戶的生活質(zhì)量;其次,可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的商業(yè)價值,比如商家可以針對不同電量的用戶生產(chǎn)銷售對應(yīng)的電氣設(shè)備;進一步實現(xiàn)應(yīng)用,實現(xiàn)電氣互聯(lián)到信息互聯(lián)的轉(zhuǎn)變。泛在物聯(lián)網(wǎng)目標就是從電表、用戶、電網(wǎng)的互聯(lián)變成所有電氣設(shè)備與人的互聯(lián)即萬物互聯(lián)。目前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)仍存在感知層的傳感器數(shù)據(jù)準確性、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性以及大量數(shù)據(jù)接入存儲帶來的電力數(shù)據(jù)問題,若能解決上述問題,泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將會有應(yīng)用空間。

 

 

4安科瑞為國家電網(wǎng)2021泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供解決方案

 

安科瑞電氣深耕用戶側(cè)能效管理多年,逐漸完善了從電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺到終端傳感器的生態(tài)體系,在“源(電源)-網(wǎng)(電網(wǎng))-荷(負荷)-儲(儲能)”各個環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入,已經(jīng)形成“云(云平臺)-管(有線/無線物聯(lián))-邊(邊緣計算)-端(終端設(shè)備)”的生態(tài)系統(tǒng),參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),為國家電網(wǎng)建設(shè)“三型兩網(wǎng)”提供解決方案,使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現(xiàn)信息連接和交互,產(chǎn)生共享數(shù)據(jù),從而為電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商、用戶服務(wù)。

 

4.1云平臺

安科瑞電氣近年來已經(jīng)陸續(xù)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(huán)保用電監(jiān)管云平臺、充電樁(電動汽車/自行車)運營管理云平臺、預(yù)付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案,并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多地國網(wǎng)公司用戶端業(yè)務(wù)、環(huán)保部門、安監(jiān)部門、住建部門等。

4.1.1變電所運維云平臺

據(jù)統(tǒng)計國內(nèi)高供高計的工商業(yè)用戶數(shù)量達到200多萬戶,規(guī)模巨大,但是大部分日常的運行維護工作比較傳統(tǒng),普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風險預(yù)防薄弱等問題。國網(wǎng)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(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地,再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù),包括電流電壓功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息,

 

有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務(wù)到指定人員手機上,并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán),提高運維效率,即時發(fā)現(xiàn)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(yè),如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)綜合體等,可通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡(luò)采集不同區(qū)域多個建筑或單位的用能數(shù)據(jù)。

平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數(shù)據(jù)和光伏、風力、儲能等新能源數(shù)據(jù),對用能數(shù)據(jù)進行分析,按照區(qū)域、部門、用電設(shè)備類型進行細分,提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯,同時可以提供尖峰平谷各時段用能數(shù)據(jù)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(huán)保用電監(jiān)管云平臺

近年來我們的環(huán)境質(zhì)量有了很大的改善,這都歸功于國家層面對環(huán)保的重視和環(huán)保部門的有力監(jiān)察執(zhí)法。安科瑞針對環(huán)保監(jiān)察的痛點研發(fā)了環(huán)保用電監(jiān)管系統(tǒng)解決方案,助力環(huán)保部門堅決打贏藍天碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。

Acrelcloud-3000環(huán)保用電監(jiān)管平臺主要為環(huán)保監(jiān)察部門和產(chǎn)污排污企業(yè)服務(wù),為環(huán)保部門提供在線監(jiān)管和執(zhí)法依據(jù),為生產(chǎn)企業(yè)提供設(shè)備運行監(jiān)控和產(chǎn)污排污數(shù)據(jù)記錄。

平臺采集生產(chǎn)企業(yè)總用電量、生產(chǎn)用電和治污設(shè)備用電量,進行關(guān)聯(lián)分析,及時給出環(huán)保設(shè)備異常運行信號或企業(yè)異常生產(chǎn)信號,實現(xiàn)全過程防控。前端設(shè)備采用不停電免接線方案采集用電數(shù)據(jù),經(jīng)LORA無線上傳到環(huán)保數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān),再通過4G上傳平臺服務(wù)器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設(shè)施用電實時監(jiān)控,實現(xiàn)對排污企業(yè)生產(chǎn)運行無死角、全流程監(jiān)控,達到變?nèi)朔罏樾畔⒒挤?,從事后處罰到介入式執(zhí)法,扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)依靠人力、經(jīng)驗進行現(xiàn)場核查的狀態(tài),為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實、有效的監(jiān)管方式,形成長效機制

4.1.4智慧用電云平臺

據(jù)應(yīng)急管理部網(wǎng)站數(shù)據(jù),2016~2018年期間因為電氣原因?qū)е碌幕馂?zāi)占總數(shù)的百分之三十到百分之三十四左右,其中2018年國內(nèi)共接報火災(zāi)23.7萬起,因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災(zāi)占總數(shù)的百分之三十四,較大和重大火災(zāi)事故中,電氣火災(zāi)的比例更高。國務(wù)院、公安部消防局以及各省市自治區(qū)直轄市紛紛出臺文件推廣智慧用電,從源頭上預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生,現(xiàn)用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養(yǎng)老福利院、醫(yī)療場所、學(xué)校、金融網(wǎng)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(fā)火災(zāi)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(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析,通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),實時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設(shè)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(yù)警,有效防止電氣火災(zāi)的

發(fā)生。系統(tǒng)可以顯示所有監(jiān)測點位的漏電電流等電氣參數(shù)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(yè)用電狀態(tài)。

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(xiàn)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(tǒng)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;用戶通過微信小程序掃描二維碼,進行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制二維碼對應(yīng)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(lián)網(wǎng),配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù),基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議,與云端進行直連。

電動自行車數(shù)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(guān)的和火災(zāi)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(chǎn)的一個隱患?;陔妱幼孕熊嚮馂?zāi)的危害和特點,各級政府部門發(fā)文對電動自行車火災(zāi)的整治都放在規(guī)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(zāi)治理提供充電管理、資產(chǎn)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(yīng)用于商業(yè)樓宇、小區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等場所設(shè)置的電動自行車充電場所的運營管理。

4.1.6物業(yè)小區(qū)預(yù)付費管理云平臺

安科瑞遠程預(yù)付費系統(tǒng)可以針對各商業(yè)綜合體、小區(qū)、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業(yè),學(xué)校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業(yè)分布式財務(wù)操作,在線支付,總部財務(wù)扎口等。目前Acrelcloud-3000預(yù)付費管理系

 

統(tǒng)已經(jīng)成功在上述各場景得到廣泛的應(yīng)用并已經(jīng)穩(wěn)定運行多年,適用于物業(yè)公司對小區(qū)、辦公和商鋪租戶的水電預(yù)付費管理,或者學(xué)校對學(xué)生宿舍的用電預(yù)付費和用電管控系統(tǒng)。

4.2有線/無線物聯(lián)

安科瑞根據(jù)多年來的項目經(jīng)驗,結(jié)合用戶實際需求,開發(fā)了各類有線、區(qū)域無線、廣域無線通訊產(chǎn)品,包括網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備。支持RS485、以太網(wǎng)、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式,隨著5G建設(shè)步伐的加快,未來將會有越來越多的通訊方式融入產(chǎn)品,服務(wù)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

4.3邊緣計算

安科瑞針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)了多款智能網(wǎng)關(guān),采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術(shù),現(xiàn)場采集和存儲終端設(shè)備數(shù)據(jù),并根據(jù)云平臺的需要,采用不同的協(xié)議和云平臺對接。所有數(shù)據(jù)采集、計算、異常報警觸發(fā)邏輯均在網(wǎng)關(guān)就地設(shè)置,網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)存儲在本地,網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后補傳數(shù)據(jù),斷點續(xù)傳,提高數(shù)據(jù)可靠性。

4.4終端設(shè)備

針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè),安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)網(wǎng)儀表,應(yīng)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(chǎn)品在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

近兩年來,安科瑞已經(jīng)陸續(xù)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(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺、上海嘉定區(qū)147所學(xué)校電力運維平臺等相關(guān)平臺的建設(shè),提供了包括云平臺、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品,各類用戶端云平臺在國內(nèi)各地運行案例700多套,并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能,這些項目就是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

“能源互聯(lián)網(wǎng)的春天到了,因其所能,它必將成為充滿活力的新型能源業(yè)態(tài)?!北M管針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還有一些不同的聲音,但是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄無聲息的鋪開來,融入能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的方方面面。

5結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電力系統(tǒng)的各個元素緊密地、有機地聯(lián)系起來,不斷促進電力系統(tǒng)的自動化、信息化和智能化。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與云/邊緣計算技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在電力系統(tǒng)源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面的深化應(yīng)用和擴大影響,推動了電力系統(tǒng)實現(xiàn)可觀可測、可調(diào)可控。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進一步發(fā)展和突破,未來物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)具有巨大的應(yīng)用空間。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下,智能電網(wǎng)將會朝著透明運行和泛在物聯(lián)的形態(tài)發(fā)展。

參考文獻

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[2] 錢志鴻,王義君.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究[J].電子學(xué)報

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介

 

張娟,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能照明的研發(fā)與應(yīng)用

滬公網(wǎng)安備 31011402005091號