電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基本概念與架構(gòu)特點、應(yīng)用與發(fā)展

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國科技實力得到了巨大的提升，當前互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在社會中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電力通信技術(shù)的快速發(fā)展與更新，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成為電力通訊發(fā)展的重要方向。本文已泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為核心，介紹了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等基本概念與架構(gòu)特點，并對電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的難點與問題進行了探討，對電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求與前景進行了展望。

引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會與企業(yè)對電力服務(wù)的需求逐漸增加，分布式發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)得到了快速發(fā)展，傳統(tǒng)的電網(wǎng)形態(tài)已無法滿足當前社會的發(fā)展需要。隨著 5G 通信在各大領(lǐng)域中的廣泛推廣，電網(wǎng)的運營模式與功能必然會得到了新一輪的發(fā)展方向，因此結(jié)合當前電力通信技術(shù)，將電力系統(tǒng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成未來電力能源體系是電力系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢與方向。因此當前國家電網(wǎng)因重視泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展內(nèi)容，探討技術(shù)模式與出現(xiàn)的問題，這將有利于進一步擴大電力的服務(wù)范圍與能力。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

泛在物聯(lián)網(wǎng)通常是指在任何時間地點、人員與物質(zhì)之間信息的有機互聯(lián)與交互，而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)則具體指的是電力用戶、電力企業(yè)與供應(yīng)商和設(shè)備之間的信息互聯(lián)交互?？梢哉f泛在電力物聯(lián)網(wǎng)就是在電力系統(tǒng)中應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)不同信息傳感設(shè)備之間的資源共享，從而實現(xiàn)能夠自我感知標識的智能處理實體，通過實體間的交互與連接使得有關(guān)數(shù)據(jù)信息能夠得到感知與反饋控制，進而形成整體的電力生產(chǎn)體系。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通信可以使電力平臺架構(gòu)上通過智能通訊技術(shù)實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)信息之間的共享與管理，這將提高數(shù)據(jù)和信息的利用效率，同時也有利于數(shù)據(jù)信息之間的交互與連接。通過不同設(shè)備用戶在任意時空與范圍內(nèi)的信息的共享與交互實現(xiàn)對電力整體運營的穩(wěn)定，并有利于能源服務(wù)平臺的在電力市場中得到進一步發(fā)展。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目標

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)目標主要有利于充分發(fā)揮當前物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的技術(shù)優(yōu)勢，充分的包絡(luò)不同數(shù)據(jù)和類型的電力信息，增強數(shù)據(jù)的空間尺度和來源范圍，統(tǒng)一分析與挖掘數(shù)據(jù)的深度與內(nèi)容。這將有利于電力數(shù)據(jù)服務(wù)針對不同的區(qū)域打破數(shù)據(jù)之間的兼容性，實現(xiàn)各類業(yè)務(wù)之間的貫通，將電力數(shù)據(jù)更好的服務(wù)于各個行業(yè)中，通過社會各類行業(yè)的廣泛參與實現(xiàn)商業(yè)模式的建立與發(fā)展。以人工智能和深度學(xué)習(xí)為特征的大數(shù)據(jù)智能技術(shù)將促進電力物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展同時也有利于數(shù)據(jù)知識的挖掘與學(xué)習(xí)。可以預(yù)見未來將促進整體行業(yè)的發(fā)展與進步。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

通常來講泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)主要分為三個方面：技術(shù)架構(gòu)、標準架構(gòu)與應(yīng)用架構(gòu)。就技術(shù)架構(gòu)而言，主要分為感知、網(wǎng)絡(luò)、平臺與應(yīng)用 4 個層面。感知層面主要完成數(shù)據(jù)信息的協(xié)同采集。通過邊緣計算使得終端設(shè)備的智能化得到了廣泛提高。網(wǎng)絡(luò)層則主要利用現(xiàn)代通信技術(shù)實現(xiàn)不同的電力環(huán)節(jié)之間的覆蓋與連接。平臺層則主要用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的管理與不同云端的協(xié)同作用。而應(yīng)用層則主要用于提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得能源系統(tǒng)之間構(gòu)建綜合智能的互聯(lián)網(wǎng)體系。

標準架構(gòu)則主要為整體的數(shù)據(jù)平臺提供標準支撐，在感知層面會使設(shè)備產(chǎn)生不同環(huán)節(jié)之間的大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)往往來源與格式均不相同。如果沒有完善的標準體系，數(shù)據(jù)之間將很難相互溝通與連接。因此為了解決數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)一與通信，建立了統(tǒng)一的平臺標準將促進數(shù)據(jù)的使用利用情況，為數(shù)據(jù)信息的深度挖掘提供準備與保障。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用架構(gòu)，主要用于保障整體電網(wǎng)的運行，提高能源的綜合服務(wù)能力，并且通過經(jīng)濟的市場運營得到良好的能源生態(tài)體系。

電力通信技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是以通訊技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的新型物聯(lián)網(wǎng)體系，其構(gòu)建的核心是滿足電網(wǎng)能源系統(tǒng)的智能判斷和自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，這將提高能源的替代和利用能力。對于電力物聯(lián)網(wǎng)來說，通訊技術(shù)是其核心的技術(shù)內(nèi)容之一，也是實現(xiàn)萬物互聯(lián)基本的組成單元，凡在電力物聯(lián)網(wǎng)可以保證不同類型的通訊網(wǎng)絡(luò)進行相互的連接與反饋，當前電力通信技術(shù)的快速發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)必然將得到進一步的發(fā)展。

電力通信基本原理

從 2G 通訊技術(shù)發(fā)展開始，移動通訊技術(shù)都以數(shù)字信號作為通訊的基礎(chǔ)模式。對于 5G 通訊來說，也將以數(shù)字信號作為通訊的基礎(chǔ)。簡單來說，移動通訊的概念就是利用電磁波在空氣中自由傳播與通訊實現(xiàn)信號的傳輸。就其組成部件而言，主要包括有：信號發(fā)生器、接收器、調(diào)制解調(diào)器等關(guān)鍵步驟單元。在空氣中無限通訊必然將面對反射散射等各種傳輸情況，5G 通訊也不例外。5G 通訊相較于 4G 通信而言實現(xiàn)了巨大的飛躍。從提高傳輸信號的角度來說，主要包括三個方面內(nèi)容：

1.擴展資源，增加了電磁波信號頻率。

2.沿延拓定理，提升了頻率的使用效率。

3.開發(fā)技術(shù)，物質(zhì)密度更加密集?？蓪崿F(xiàn)頻率資源多次重復(fù)使用，進而得到密度更高的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接。

5G通信基本特征

5G 通訊至少要包括以下 5 個基本特征：高速率、高容量、高可靠性、低時延與低能耗。

1.高速率。5g 通訊的速率主要包括有峰值速率，區(qū)域速率與邊緣速率三個方面的指標。具體來講，峰值速率指的是在好的條件下得到的速率。區(qū)域速率指的是通訊系統(tǒng)整體所保障的總速率。邊緣速率是指差的 5%用戶所得到的通訊速率。高速率的基本特征使得 5G 通訊技術(shù)將在物聯(lián)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

2.高容量。相較于傳統(tǒng)的通訊技術(shù) 5G 通訊將包括有更多的設(shè)備終端。這里不止只有手機，也包括有家用電器、各種穿戴設(shè)備等。這也為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了巨大的物理支撐。

3.高可靠性。電力通信可靠性是電力系統(tǒng)的首要保障。5G 通訊能夠保障信息傳輸?shù)恼w可靠，為電力通訊提供可靠的技術(shù)保障。

4.低時延。通常來講，通信時延就是指信息在傳輸過程中所需要的時間。對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，由于時間影響很大。所以往往被忽視。在未來通信技術(shù)發(fā)展的情景下必然要求時延性更好的通訊方式，進而滿足各種系統(tǒng)之間的協(xié)同配合與控制。

5.低能耗。在傳感器與通訊設(shè)備之間往往需要基本的電力供應(yīng)。新的 5G 技術(shù)，將節(jié)約能源損耗，降低能源的浪費。

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)。

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。

（1）變電所運維云平臺

據(jù)統(tǒng)計全國高供高計的工商業(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。

（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。

（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）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年全國共接報火災(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)。

（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。基于電動自行車火災(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。

（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)。

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)。

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。

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。

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全國各地運行案例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。

電力通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的展望

通信電力網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)間的優(yōu)化發(fā)展

相較于傳統(tǒng)的通訊技術(shù)，現(xiàn)在電力通信技術(shù)已經(jīng)降低了功率能耗。但是隨著未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展必然將增加通訊量，這也會帶來可觀的能量損耗。對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)而言，需要分散的建立 5G 通訊基站，以保障電力能源的供應(yīng)。這也將有利于實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)與通訊網(wǎng)絡(luò)之間的能量交換。對于通訊需求較大的地方可以進一步加強相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)劃與發(fā)展。

多元化的商業(yè)模式

隨著電力通技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，將擴大整體電力系統(tǒng)的商業(yè)模式。新的商業(yè)模式必然會隨著市場條件而產(chǎn)生，這有利于解決電力系統(tǒng)長期以來傳統(tǒng)商業(yè)模式的很多問題。其中實現(xiàn)個人與個人之間的能源交易將成為可能。隨著電力通信技術(shù)將端對端通信技術(shù)實現(xiàn)為 P2P 的交易模式，降低整體交易的通訊成本，有利于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的進一步發(fā)展與優(yōu)化。

審核編輯：郭婷