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浅谈泛在电力物联网在电力系统中的应用研究

点击次数:81 发布时间:2021-05-07

王蒙蒙

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

 

    摘要:进入21世纪,我网络信息技术实现了跨越式发展,由此衍生出的物联网技术经过近20年的不断探索和实践,已经形成一个独立的全新技术体系,为社会各行各业的稳定发展提供了强大的技术支撑。而以物联网为技术核心的泛在电力物联网借助大数据、云计算、移动通信、人工智能等先进技术,实现了万物互联与人机交互的美好愿景,将所有与电网相关的人、事、物和设备串连到一起,建立了电网一张图、数据一个源、业务一条线的电力系统共享平台。基于此,着眼于泛在电力物联网的主要特征,针对泛在电力物联网技术的实际应用效果展开了论述。

关键词:泛在电力物联网;关键技术;特征;应用效果

 

0 引言 

      泛在电力物联网技术与智能电网技术的深度融合实现了数据信息的高速传递、电力系统故障的快速应急响应以及电力能源的稳定、可持续供给,不仅建立了标准化、智能化、规范化的电力系统,同时也为电力企业创造了新的经济增长点。 

1泛在电力物联网的主要特征

1.1实现了电力能源的全过程管理

      借助于泛在电力物联网智能终端的深度感知系统,能够同时获取水、火、光、风等多类型能源,使新能源布局发生了根本变化,实现对新能源的利用。泛在电力物联网中的多参量传感集成技术能够感知电力系统的运行状态,监测系统的运行环境,当系统出现运行故障时,故障数据信息能够及时传递到系统终端,为排除故障隐患争取了大量宝贵时间。泛在电力物联网技术与人工智能技术的融合,为电力系统的稳定运行提供了一个运行环境,保障了电力能源的稳定输送。       

      广泛在电力物联网采用边缘计算、软件定义终端、站端协同等关键技术,在配用电侧方面,实现了配电网设备的灵活接入,保证互联互通的网络能够做出各项决策。结合大数据技术海量数据的存储势,能够收集和存储大量的用户侧数据信息,并且在电网侧与用户侧之间构建了一个数据互动平台,为用户侧提供用电数据信息。 

1.2信息子系统与电力物理子系统的深度融合

      据调查统计表明,目前我的电力系统信息平台,日采集数据信息量已经达到60 TB,如此巨量的数据完全依托于大数据技术。但是,这些数据信息并未体现出实用价值,信息共享渠道并未开启,这主要是由于电力通信协议缺乏一套完备的数据描述模型。而借助于泛在电力物联网技术构建的感知数据模型,能够对这些海量数据实现智能化处理,对电力系统运行过程中产生的实时数据信息进行动态跟踪监测,并将信息子系统与电力物理子系统融合到一起,使数据信息得到利用,进而为用户侧提供增值服务。 

2 泛在电力物联网的关键技术 

2.1 系统终端智能技术 

      通过感知数据统一模型和基于边缘的数据聚合方法,能够建立设备状态参量模型,并且对传感数据进行及时调整,准确定位故障位置。在系统终端中,数据与应用分离往往借助物联代理的方法实现,这种方法能够增强终端硬件的灵活性,支持软件的加载与卸载。而边缘计算智能技术,具有较强的数据分析能力,能够有效处理泛在电力物联网边缘侧产生的数据,缓解主站以及云端的信息处理压力,使系统终端实现智能自治控制。 

2.2 高精度传感技术 

      应用泛在电力物联网技术,对电力系统的运行状态进行监测,不仅监测数据准确,而且监测范围广、辐射面积大。这正是泛在电力物联网中的高精度传感技术发挥了重要作用,即便在特殊使用场景当中,高精度传感技术完全可以适应该环境,为电力系统决策与协同调控提供大数据支持。 

2.3 五代移动通信网络技术 

      继4G技术后,五代移动通信网络技术横空出世,由于该技术具有通信能力与网络连接能力,目前已经迅速占领了移动通信阵营,并成为信息通信网络转型期的一项关键技术。5G技术支持10 Gbit/s级下行传输带宽,支持千亿数量级的设备超低延时连接,因此,5G技术也对泛在电力物联网产生了深远影响,使终端用户与各种电力设备之间能够接触。 

2.4 低功耗无线接入技术 

      无线接入技术具有低功耗特性,是无线传感器网络与物联网的主要应用类型,为了确保低功耗无线接入技术具有良好的互换性与兼容性,目前电力系统常用的技术执行标准包括3GPP Rel.13LTE Cat-NB1(NB-IoTs)以及Cat-M1(eMTC),其中NB-IoTs是低功耗低频率技术标准,eMTC是低速率通信技术标准,这两项标准可应用于智能抄表以及移动作业当中,能够有效减少技术与安装维护成本,间接为电力企业创造了经济效益。 

2.5 密码技术 

      为了维护电力系统网络,泛在电力物联网采用了终端身份鉴别、数据加密以及可信传递等技术措施,给电力系统中的用户数据信息罩上了一层防护网。泛在电力物联网的密码技术基于通信协议标准、接口标准,建立了完善的控制机制、密钥管理机制、认证机制以及加解密机制,避免了数据信息的泄露风险。其中,在基础层,结合芯片级物理信息泄露机理,将密码技术、数据审计、态势感知、区块链等技术结合到一起,实现了数据的泛在可控,为全景数据信息构建了一个传输、存储空间。 

3 泛在电力物联网技术的实际应用效果 

3.1 增加业务办理透明度,提供个性化定制服务 

      泛在电力物联网的构建理念是“以客户为出发点,以提升客户满意率为发展目标”,进一步完善了线上应用平台,广大用户可以利用共享平台,随时随地查询个人或单位的用电数据信息,同时,业务流程得到进一步化,并且新增了多种服务功能。比如,客户在购置电动环保汽车时,可以直接在泛在电力物联网平台上进行一键操作,就可以完成所有相关手续的办理,业务办理全程公允透明。此外,该系统的个性化定制服务能够满足不同人群的多种不同需求,人们足不出户就可以进行线上实时操控,大幅提升了业务办理效率。 

3.2 提升电网运行水平 

      泛在电力物联网技术具有统一的数据模型,可以直观清晰地描述出站-线-变-户的关系,提升了调度能力。当电力系统中的输配电设备出现故障时,系统能够迅速发出维护信号,而且系统的自治控制技术可以及时排除故障隐患,使电网始终保持稳定运行。 

3.3 构建综合能源生态环境 

      泛在电力物联网技术为制定一系列电力系统的应用标准提供了技术保障,这些标准能够得到全产业链的普遍认同,并且满足了广大客户的基本需求。在一系列应用标准的基础上,整合上下游产业链、重构外部生态大环境,进而拉动产业聚合成长,构建一个能源互联网产业生态圈,既符合电力系统的生态保护标准要求,同时促进了电力系统的健康可持续发展。 

3.4 构建数据共享服务体系 

      泛在电力物联网技术统一了数据接口以及数据传输标准,建立了一个统一的数据模型与业务内容全、共享范围广的数据,整个电力系统服务链条上的所有客户均可以享有定制化服务,提升了数据应用水平。泛在电力物联网技术对全生命周期产生的数据信息进行监测,针对社会各个领域电力能源的消耗情况,制定一个科学的用能方案,为各行各业提供确凿的数据参考。 

4 安科瑞为电网2021泛在电力物联网建设提供解决方案

      安科瑞电气深耕用户侧能效管理多年,逐渐完善了从电力物联网云平台到终端传感器的生态体系,在“源(电源)-网(电网)-荷(负荷)-储(储能)”各个环节加大研发投入,已经形成“云(云平台)-管(有线/无线物联)-边(边缘计算)-端(终端设备)”的生态系统,参与泛在电力物联网建设,为电网建设“三型两网”提供解决方案,使用户在任何时间、地点、人、物之间实现信息连接和交互,产生共享数据,从而为电网、发电、供应商、用户服务。

 

4.1云平台

      安科瑞电气近年来已经陆续推出变电所运维云平台、能源管理云平台、智慧用电云平台、环保用电监管云平台、充电桩(电动汽车/自行车)运营管理云平台、预付费管理云平台等云平台解决方案等解决方案,并已经广泛应用在多地网公司用户端业务、环保部门、安监部门、住建部门等。

4.1.1变电所运维云平台

  

          据统计全高供高计的工商业用户数量达到200多万户,规模巨大,但是大部分日常的运行维护工作比较传统,普遍存在人力成本高、工作效率低、故障抢修时间长、风险预防薄弱等问题。网公司和众多电力运维公司正在抢占这块巨大的市场,这是一个千亿级别的市场。

      AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力仪表、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术,通过智能网关采集现场数据并存储在本地,再定时向云平台推送数据。平台可同时接入数以千计的用户变电站数据。平台采集的数据包括变电所电气参数和环境数据,包括电流电压功率、开关状态、变压器温度、环境温湿度、浸水、视频、门禁等信息,有异常发生10S内通过短信和APP发出信号。平台通过手机APP下发运维任务到人员手机上,并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环,提高运维效率,即时发现运行缺陷并做消缺处理。

 

4.1.2能源管理云平台

      Acrelcloud-5000能耗管理云平台可适用于各个行业,如政府办公建筑、工厂、教育建筑、医疗建筑、商业综合体等,可通过局域网、互联网或者4G网络采集不同区域多个建筑或单位的用能数据。

      平台采集建筑电、水、气、冷热量等能源消耗数据和光伏、风力、储能等新能源数据,对用能数据进行分析,按照区域、部门、用电设备类型进行细分,提供同比、环比分析比较和用能数据追溯,同时可以提供尖峰平谷各时段用能数据和报表,帮助用户梳理能源账单明细和制定能源绩效考核。

 

4.1.3环保用电监管云平台

      近年来我们的环境质量有了很大的改善,这都归功于层面对环保的重视和环保部门的有力监察执法。安科瑞针对环保监察的痛点研发了环保用电监管系统解决方案,助力环保部门坚决打赢蓝天碧水保卫战。

      Acrelcloud-3000环保用电监管平台主要为环保监察部门和产污排污企业服务,为环保部门提供在线监管和执法依据,为生产企业提供设备运行监控和产污排污数据记录。

      平台采集生产企业总用电量、生产用电和治污设备用电量,进行关联分析,及时给出环保设备异常运行信号或企业异常生产信号,实现全过程防控。前端设备采用不停电免接线方案采集用电数据,经LORA无线上传到环保数据网关,再通过4G上传平台服务器或县、市、省级环保平台。各地环保部门通过污染防治设施用电实时监控,实现对排污企业生产运行无死角、全流程监控,达到变人防为信息化技防,从事后处罚到介入式执法,扭转传统依靠人力、经验进行现场核查的状态,为环保监管开辟更加切实、有效的监管方式,形成长效机制。

 

 

4.1.4智慧用电云平台

      据应急管理部网站数据,2016~2018年期间因为电气原因导致的火灾占总数的百分之三十到百分之三十四左右,其中2018年全共接报火灾23.7万起,因违反电气安装使用规定引发的火灾占总数的百分之三十四,较大和重大火灾事故中,电气火灾的比例更高。务院、公安部消防局以及各省市自治区直辖市纷纷出台文件推广智慧用电,从源头上预防电气火灾的发生,现用电管理平台已在九小场所、三合一场所、养老福利院、医疗场所、学校、金融网点等人员密集场所广泛开展。

      安科瑞Acrelcloud-6000用电管理云平台对电气引发火灾的主要因素(线缆温度、漏电电流、负荷电流、电压)进行不间断的数据跟踪与统计分析,通过2G/NB-IOT/4G方式采集现场数据,实时发现电气线路和用电设备存在的隐患(如:线缆温度异常、过载、过压、欠压及漏电等)并通过短信、APP推送、自动语音呼叫等方式及时,有效防止电气火灾的发生。系统可以显示所有监测点位的漏电电流等电气参数和线缆温度,并支持巡检记录和派单操作,提供隐患分析报告,实时评估企业用电状态。

 

4.1.5电动汽车/电瓶车充电桩运营管理云平台

      电动汽车现已成为广泛使用的绿色能源交通工具,Acrelcloud-9000充电桩运营管理云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控,同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预;用户通过微信小程序扫描二维码,进行支付后,系统发起充电请求,控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网,配合加密技术和秘钥分发技术,基于TCP/IP的数据交互协议,与云端进行直连。

      电动自行车数量越来越多,解决了老百姓短距离出行问题,但是和电动自行车相关的和火灾事故新闻也屡见不鲜,有逐年增长的趋势,给社会带来了很大的损失,成为人民生命和财产的一个隐患。基于电动自行车火灾的危害和特点,各级政府部门发文对电动自行车火灾的整治都放在规范停放和充电行为上。安科瑞Acrelcloud-9500充电桩运营管理云平台,针对电动自行车火灾治理提供充电管理、资产管理和交易管理的一揽子解决方案,解决充电难、管理难和收费难的问题,可应用于商业楼宇、小区、学校、医院等场所设置的电动自行车充电场所的运营管理。

 

4.1.6物业小区预付费管理云平台

 

      安科瑞远程预付费系统可以针对各商业综合体、小区、写字楼、办公楼、酒店式公寓等物业,学校、工厂宿舍的后勤管理部门以及连锁超市、大型物业分布式财务操作,在线支付,总部财务扎口等。目前Acrelcloud-3000预付费管理系统已经成功在上述各场景得到广泛的应用并已经稳定运行多年,适用于物业公司对小区、办公和商铺租户的水电预付费管理,或者学校对学生宿舍的用电预付费和用电管控系统。

  

4.2有线/无线物联

      安科瑞根据多年来的项目经验,结合用户实际需求,开发了各类有线、区域无线、广域无线通讯产品,包括网关和终端设备。支持RS485、以太网、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多种通讯方式,随着5G建设步伐的加快,未来将会有越来越多的通讯方式融入产品,服务于泛在电力物联网建设。

4.3边缘计算

      安科瑞针对物联网应用开发了多款智能网关,采用嵌入式系统和边缘计算技术,现场采集和存储终端设备数据,并根据云平台的需要,采用不同的协议和云平台对接。所有数据采集、计算、触发逻辑均在网关就地设置,网络故障时数据存储在本地,网络恢复后补传数据,断点续传,提高数据可靠性。

 

 

4.4终端设备

      针对泛在电力物联网的建设,安科瑞陆续推出多款物联网仪表,应用在不同场合以满足不同需求,2019年全年各类终端仪表出货量超过185万台。

 

 

4.5安科瑞产品在泛在电力物联网的应用

      近两年来,安科瑞已经陆续参与江苏省部分县市电力公司的用户端能源管理平台、云南省网综合能源服务平台、上海嘉定区147所学校电力运维平台等相关平台的建设,提供了包括云平台、智能网关、终端设备等产品,各类用户端云平台在全各地运行案例700多套,并且根据用户需求不断完善产品功能,这些项目就是未来泛在电力物联网的一部分。

      “能源互联网的春天到了,因其所能,它必将成为充满活力的新型能源业态。”尽管针对泛在电力物联网还有一些不同的声音,但是泛在电力物联网已经悄无声息的铺开来,融入能源互联网基础建设的方方面面。

5 结语 

      泛在电力物联网既需要理论知识的支撑,同时需要工程实践的坚强保障。目前,我已经拥有世界上规模的电力专用通信信息系统,为泛在电力物联网的建设与远景规划奠定了坚实基础。因此,在注重集约化、智能化建设原则的基础上,应综合考虑泛在电力物联网的经济实用性。此外,在构建泛在电力物联网系统过程中,借鉴发达的先进技术与实践经验,并与外界其他产业链建立长期合作关系,实现多方共赢、平等互惠、协同发展的美好愿景。 

 

参考文献

[1]梁天宇.泛在电力物联网在电力系统中的应用研究 

[2]杨怀琴.泛在电力物联网时代物联网技术在电力系统中的应用[J].科技创新与应用

[3]侯秋宇.泛在电力物联网实施策略研究[J].数码设计

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

 

作者简介

王蒙蒙,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为智能照明的研发与应用。

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