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淺談泛在電力物聯網在電力配電網中的應用

　更新時間：2024-07-31　點擊量：742

摘要：建設泛在物聯網的真正含義是為智能電網與能源互聯網提供便利，同時也是配電網的核心內容，為電網彈性可靠平穩(wěn)運行提供保障，更好的接收異質能源，為用戶提供精細化電能服務。配電網是電力系統(tǒng)貫穿產端的核心步驟，利用泛在電力物聯網技術加強深度感知力和精細操控力，轉變配電網運行模式，從之前的“源荷”單向供能到如今的“源荷”雙向供能靠近，從而實現配電網資源共享的目的。

關鍵詞：泛在物聯網，配電網，應用

1、泛在電力物聯網體系結構和性能

1.1感知層

泛在電力物聯網的底端為感知層，其主要作用是選擇不同種類的傳感器植入設備中，從而達到感知的效果。感知層包含的設施有電壓電流互感器、電能表、集中器、智能電器等，利用泛在感知所收集的不同數據來操控決策單元，可以更好的了解電網的運行情況。當電網面臨不同能源時，例如隨機負荷投切、間歇性新能源并網以及電動汽車時空集群效應，可以具體控制系統(tǒng)狀態(tài)，快速找到故障問題，減輕電網運行風險，提高運行安全性。另一方面，合理的調節(jié)電網拓撲，及時掌控電源，*用戶用電模式，增強電網高比例分布式技能和新負荷采納技能，提高電網在解決突發(fā)事件的順利性。

1.2網絡層

網絡層在泛在電力物聯網中占據重要位置，其功效是針對不同種類業(yè)務來明確通信服務質量和安全信息交互渠道。依照安全級別和數據種類加以區(qū)分，網絡層主要分為兩部分：內部專網與互聯外網。詳細通信手段是按照實際情況、輸送間距、經濟成本進行選定，涉及近距離無線傳輸、有線傳輸、傳統(tǒng)互聯網、移動空中網等。其中電力通信系統(tǒng)的特殊通信手段是電力線載波和230MHz無線通信，5G技術是泛在電力物聯網新的通信手段。

1.3平臺層

平臺層所掌握的數據量非常多，例如用戶側用能數據、電網運行數據、其他能源系統(tǒng)數據，進而合并保存和管制這些資源。平臺層的功效是處理傳統(tǒng)能源在生產過程中遺留的信息碎片保存問題，粉碎了信息孤島情況，一同享用這些信息。利用建造數據中心和云平臺的方法，平臺層很快實現采集和革新了大量數據從而完成輸送。針對大數據保存和技術分析而言，將不同種類的數據資源傳輸至高級應用區(qū)，從而完成電力系統(tǒng)的轉型任務。

1.4應用層

應用層是泛在電力物理網的首層，實現樞紐型、共享型、平臺型的革新任務。主要功效有，對電網運行數據和用戶側用能大數據而言，組建不同類型的應用平臺，為用戶用能業(yè)務、綜合能源系統(tǒng)運營業(yè)務、電網運營業(yè)務提供服務，從而達成電網、用戶、其他能源系統(tǒng)的感知互動目標。

2、泛在電力物聯網核心技術

泛在電力物聯所涉及到的技術類型非常多，常見的有感知技術、通信技術、信息處理技術、決策控制技術等。配電網是方便電網和用戶溝通的重要渠道，對于電力系統(tǒng)個別樞紐來講其面向社會服務的特點相對明顯。

2.1感知層技術

完成電力系統(tǒng)精細化調節(jié)和控制的基礎條件是對海量智能終端實施監(jiān)控和管制，促使泛在電力物聯網覆蓋電力系統(tǒng)。相較于輸電網而言，配電網從拓撲構造到電力設備都非常繁瑣，例如分布式能源居多，配網監(jiān)視對象多種多樣，終端數量和監(jiān)控數據雜亂。所以針對配用電雙方來講，為了減少成本，抬高收益，實現互聯共享，后期傳感設備應向著高度集成化目標前進。

2.2網絡層技術

堅實、牢靠的通信渠道是確保泛在電力物聯網具體感知大數據聚集、操控指示精準下達的重要樞紐。面對大范圍城市群體和區(qū)域城鎮(zhèn)，配電網計劃場景越發(fā)復雜，以往的“點對點”有線通信手段因為布線資金多、實際工程近況繁瑣，在應用期間有一些缺陷，無線自組織網絡的損耗低、安頓靈巧、網絡抗毀性能高，所以“有線+無線”互補模式加快了網絡層通信速度。除此之外，為了避免受到網絡襲擊的影響，還需加強泛在電力物聯網的安全性能。

2.3平臺層技術

電網狀況信息、用戶側用能信息、個別關聯數據為配電自動化運維、個性化用能舉薦、全景狀態(tài)感知等應用提供依據。形式多樣化、信息較為繁瑣、數據偏多、隱蔽信息的價值性高是此類數據明顯的特點。另外，唯有整合、管理、采集數據，才可收獲大量數據并且充分展現其內在價值。

2.4應用層技術

隨著間歇性分布式能源、電動汽車負荷的推行在某種程度上使配用電系統(tǒng)問題加重，比如諧波注入、頻率/電壓波動和潮流雙向流動等。以往電網因為感知信息不完整致使自動化水平偏低，在治理方面通常選擇增加備用容量等方法，使彈性承載力低、新能源利用率差、投入資金較多等。隨著應用層技術的引入，將感知電網運營情況，完成精細化調控等工作。

3、泛在物聯網在電力配電網的應用

3.1在線監(jiān)視與風險評價

目前，配電決策環(huán)節(jié)的信息化方法與技術支持不太*和健全，電力實施時常多發(fā)損壞和檢修情況。由于間歇性能源和新型負荷處于持續(xù)上漲狀態(tài)，在配電網供電安全性和質量方面的要求更加嚴格。泛在電力物聯網技術的使用和推廣，可以讓怕配電系統(tǒng)隨時知曉電力設備運營情況，針對運行風險做出評價和估計，減少故障發(fā)生率。

首先，在線監(jiān)測方法。依附完整的通信系統(tǒng)，打破以往只能利用人工直接對故障種類加以判斷的場景，如今可以利用多樣化手段進行辨認。比如，紅外熱成像技術在線監(jiān)視配電網設備溫度，加快維修人員的搜尋速度和檢修程度，減少設備故障率和停電次數。

其次，安全風險評價。歸納分析與整理歷屆配電網的運行數據，在通過機器學習法和人工智能法來監(jiān)測評估配電網運行狀態(tài)，盡快找到系統(tǒng)問題，增強供電平穩(wěn)性。比如，結合配電網以往的運行數據，推出關聯準則的聚類區(qū)分法，按照現階段數據估測情況，針對智能配電網全景風險加以掌控與自愈。

3.2配電系統(tǒng)合理規(guī)劃及綜合能源平穩(wěn)運行

首先，對于配電系統(tǒng)來講，電網和用戶的差距越發(fā)籠統(tǒng)，不管可再生能源和電動汽車造成的問題，配電通信系統(tǒng)牢固性依舊是配電系統(tǒng)要解決的重點問題。

其次，電力、交通、燃氣都是獨自存在的，各自有各自的運行方案，并且和住戶的關系十分密切。配電網是地區(qū)能源系統(tǒng)的中心和橋梁，肩負水、電、氣的使用。

3.3用戶個性化用能服務

供電是以往配電系統(tǒng)的主要目的，住戶只視為受電端被迫加入配電運營行列。盡管現階段推行了分時電價機制來激勵電力住戶降低負荷高峰，填補負荷低谷，*用電形式。但就目前情況來說，住戶參與積極性不高，需要結合當地或用電戶實際情況進行解決。泛在電力物聯網的應用，物聯網終端與網絡進入到用戶側，電力住戶角色出現明顯轉變：首先，配備屋頂光伏電站和小型風機，部分住戶的電動汽車配備V2G功效，從演變成電能供應方。從廣義上來說，用戶側熱水器、室內空氣都能被看做蓄能設備與配電網同時運行。其次，電力住戶智能終端，比如空調、熱水器、電動汽車均涉及用電行為消息，用戶成為信息供應方。

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯網平臺概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統(tǒng)一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、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、多終端數據訪問。

5、應用場所

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、電力運維等領域。

6、組網結構

7、平臺功能

7.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經過培訓的工程或調試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙，內容有：預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運維情況等。其中*地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

7.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監(jiān)測數據的查詢、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；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、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

7.3 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度，優(yōu)化能源介質平衡、利用能源，提高能源質量、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

7.4預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，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

7.5 充電樁管理

通過物聯網技術，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據采集和監(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、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

7.6 智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設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

7.7 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）進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現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“防患于未然”的目的。

7.8 智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。*原先針對“九小場所”和?；飞a企業(yè)無法監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“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

8、系統(tǒng)硬件配置

類型	型號	外觀	產品功能
能源物聯網云平臺	Acrel-EIOT		提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、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、多終端數據訪問
智能網關	AWT100-4G		1路下行485，上行4G；WIFI、NB、LR網口其他規(guī)格可選
智能網關	ANet-1E2S1-4G		上行：以太網、4G 下行：RS485 斷點續(xù)傳，多平臺轉發(fā)，MQTT協議
電力物聯網儀表	ADW300-4G		三相電壓、電流、功率、功率因數、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路開關量輸入、2路開關量輸出；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、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路開關量輸入4路開關量輸出；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協議
	ADW210		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、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路開關量輸入4路開關量輸出；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 個月歷史電能數據凍結存儲電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F 測量 LCD 顯示：8位段式 LCD 顯示按鍵編程：3按鍵可編程設置密碼、通訊地址、波特率、復費率和通訊協議。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：有源開關量輸入、 3 開關量輸出、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 日歷史凍結數據、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?個月歷史電能數據凍結存儲；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，歷史凍結數據購電記錄；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，歷史凍結數據購電記錄；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）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	AEM72		三相電力參數測量、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）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	ACR系列		三相所有電力參數、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
	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，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、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
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		可實現短路限流滅弧保護，過載限流保護、內部超溫限流保護、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
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（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）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
電氣接點在線測溫裝置	ATC600	$C:\Users\wangshihui\Desktop\智能配電產品圖品2019.12.13\ARTM\ATC\ATC600\7E7A9790.jpg7E7A9790$	ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置?？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協議?？蓴U展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網
智慧照明	ASL200系列		遙控輸出兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出