劉丹
 

　　安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
 

　　摘要：隨著智能電網與“互聯網+”技術的深入融合和發展，物聯網技術在智能電網建設中的應用成為近年來研究的熱點。首先介紹了物聯網技術的概念，總結了當前物聯網技術在電力系統源側、網側和荷側等三個方面中的主要應用。在此基礎上，從傳感器、通信、云邊緣計算三個方面對物聯網領域關鍵技術特點及其發展趨勢進行了分析，進而提出了未來物聯網技術在智能電網數據采集、通信和計算處理方面的優勢與應用前景。從物聯網技術與智能電網深度融合的角度，闡述了智能電網的發展愿景。
 

　　關鍵詞：物聯網；智能電網；電力系統；泛在電力物聯網
 

　　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，傳統電網的穩定運行已受到巨大挑戰。針對上述情況，發展更加智能的電網，將先進的通信、信息和控制技術應用于傳統電網，解決源側、網側和荷側三方面的重難點問題將成為未來電網建設的主要任務與挑戰。
 

　　物聯網概念由 Kevin Ashton 教授提出，早期的物聯網是依托 RFID 技術的物流網絡。隨著技術和應用的發展，物聯網的內涵已經發生了較大變化，國際電信聯盟發布的《互聯網報告 2005：物聯網》認為，(1) 目前的三大網絡，包括互聯網、電信網、廣播電視網是物聯網實現和發展的基礎，物聯網是在三網基礎上的延伸和擴展；(2) 用戶應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，認為這是未來電網發展的態勢和解決 21 世紀電網面臨的各種問題的途徑。智能電網具有自愈、互動、優化、兼容、集成的特征。目前，國內外對智能電網的研究仍屬于熱點。電網公司將智能電網定義為以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術構建統一堅強的智能化電網。南方電網公司定位要構筑一個可靠、綠色能電網，以提高電力系統穩定水平，提高系統和資產的運用效率，提高用戶側的能效管理和服務水平，提高資源優化配置運用能力，促進資源節約型、環境友好型社會發展為目標。
 

　　智能電網建設涉及面廣，面臨的問題較多，依靠傳統技術很難滿足其需求，因此更需要云、 大、物、移、智等新興技術支撐。由此能源互聯網的概念應運而生，成為智能電網更開闊的發展空間。其中，物聯網技術作為當前科技領域的熱點技術，已有不少學者分析和探討其在電力領域中的應用現狀和前景。
 

　　作為智能電網和物聯網相互融合的產物，隨著泛在電力物聯網概念的提出，電網公司發布《泛在電力物聯網2019》，將泛在電力物聯網建設分為兩個階段，構建能源生態、迭代打造企業中臺、協同推進智慧物聯、同步推進管理優化，實現到 2024 年建成泛在電力物聯網。并提出了《配電物聯網技術發展》，實現了物聯網和配電網的融合，對配電物聯網關鍵技術的規模化工程應用和場景進行推廣。
 

　　目前，在眾多實施的泛在電力物聯網應用項目中，嘉興烏鎮電力物聯網作為園區級綜合示范項目，實現了智慧路燈、電動汽車智慧車聯網、全感知配電房等多種場景的應用，建立了全景智慧用電平臺，實現數據共享，服務城市管理、百姓生活。有利于智慧城市的建設。浙江無錫作為國內的物聯網示范城市，系統規劃了物聯網產業發展，促進以物聯網為龍頭的新一代信息技術與工業、經濟、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。國網上海電力將泛在電力物聯網應用于進博會的供電保障中。實現更快發現設備問題，從而大大提升保電工作的效率及能力。
 

　　智能電網與物聯網的融合是順應數字化浪潮的必然結果，挖掘電力在源網荷三方面的數字屬性，提高電力數據的應用價值，可以幫助電網實現更高質量、更率的發展。泛在電力物聯網以數字技術為傳統電網賦能，不斷提升電網的感知能力、互動水平和運行效率，有力支撐各種能源接入和綜合利用。隨著物聯網技術的不斷發展，特別是智能傳感器、低功率廣域通信技術以及邊緣云計算等技術的成熟，未來物聯網技術在智能電網建設中的應用需進行進一步的思考。
 

　　基于此，本文介紹了物聯網在電力系統源側、網側和荷側三方面中的主要應用。然后從傳感器技術、通信技術和云/邊緣計算角度分析了物聯網技術在智能電網發展中的應用。結合技術發展趨勢與未來電網需求，闡述了智能電網的發展愿景。
 

　　1當前物聯網技術在電網中的應用
 

　　目前電網經過多年的建設已經成為聯系到千家萬戶的每一臺電器，實現物聯網的物質基礎非常具備。簡單來說，建設智能電網需要在現有電網上增加傳感測量技術、集成通信技術和控制方法，而物聯網本身就是這三者的有機結合，因此物聯網技術可以和智能電網高度融合，二者相輔相成。
 

　　傳統物聯網側重于設備之間的關聯，即利用傳感器將各種設備與資產連接到一起，對關鍵設備的運行狀況進行實時監控。物聯網和智能電網的相互融合，賦予了雙方新的特征。首先，物聯網與智能電網的融合，使物聯網更注重用戶之間以及用戶與電網之間進行實時連接和互動，并實現對數據信息的收集分析和實時高速傳輸。其次，物聯網應用于智能電網也使物聯網加強了其智能處理和決策支持功能，智能電網需要物聯網來分析診斷電網和電網設備的運行狀況，進而進行決策去排除和避免電力故障。物聯網在智能電網的應用也加強了智能電網的數據處理能力，由于物聯網與智能電網都以信息傳輸為基礎，均需要對海量信息進行智能處理，實現終端設備的實時響應處理， 但智能電網主要應用在電信息采集控制及用電服務系統等方面，而物聯網主要應用在實體屬性信息及控制信息交互，顯然，物聯網更側重于數據處理，與智能電網的融合可以更好地實現電網海量數據的處理。因此，物聯網技術可以提高智能電網各環節的信息化程度，促進智能電網的發展。
 

　　本節從源側、網側和荷側三方面論述物聯網通過傳感器技術、通信技術、云/邊緣計算技術等的支持在電網運行中的不同應用。源側、網側和荷側三方面的通信方式如圖 1 所示。
 

       1.1 源側的應用

 

　　物聯網技術在電源側的應用主要體現在傳感器應用及對發電機實時狀態監測，主要分成傳統電源和分布式電源兩個部分的應用來闡述，其中通信一般依靠工業以太網來實現。
 

　　對于傳統電源方面，物聯網技術可以應用于對發電設備進行遠程故障診斷，文獻設計了發電設備遠程監測系統，能夠檢測發電機組的實時情況，并根據機組的異常情況查找故障原因。
 

　　對于分布式電源方面，物聯網技術可以對風能、太陽能等新能源發電進行監測和調節，從而使新能源更好的并網接入和運行。在光伏發電方面，文獻可以實現對偏遠地區的光伏系統進行監測和控制。文獻除了可以實現光伏系統的監測，還可以實現對光伏系統中功率點的跟蹤。在風能發電方面，由于風電場具有單機數目大、分布地區廣且大的特點，因此需要長時間頻繁維護。若將物聯網技術應用于風電場組網，則可以大大降低其運營維護的成本，文獻提出了基于物聯網的風電機組狀態視頻監控系統，可以監視設備運行狀態。文獻利用物聯網中的深度學習模型實現預測和診斷風力發電的故障，能夠提高風力發電機組的運行可靠性并減少成本。
 

　　總而言之，在電源側物聯網可以加快新能源的發展，規范新能源的并網和運行，但目前基于物聯網開發出的這些監測系統仍存在系統不夠完善、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，可能會造成實時數據采集負擔、遠程監測數據滯后等問題。因此，物聯網在電源側的應用需要改進的是加強監測系統系統的可靠性以及系統的數據傳輸和處理能力。
 

　　1.2 網側的應用
 

　　傳統物聯網技術在輸電側的應用主要體現在對輸電線路狀態的監測及線路檢修管控，其中通信一般依靠專用通信網(光纖網絡)或通用分組無線服務(General Packet Radio Service, GPRS)網絡。物聯網在輸電側的應用可以解決目前監測系統存在的運行維護費用高、數據傳輸率低等問題，從而提高輸電效率。
 

　　對于輸電線路的通信方面，目前基于物聯網技術的各種監測系統的區別在于數據采集的方式不同或傳輸的通信方式不同。文獻通過對不同物聯網通信技術的組合，從而實現對長距離輸電設施的信息傳輸和監控。對于高壓線路的監測方面，文獻實現了高壓輸電線路的在線監測，通過對高壓線路的參數測量，提高了其通信穩定性，但仍存在電磁干擾、防潮、防雷以及各種自然環境等防護問題。對于輸電塔的保護方面，文獻設計了輸電塔保護系統，可以實現對高壓骨干輸電塔的故障分類、定位和預警。
 

　　在變電側的應用主要是對變電站電氣信息、狀態信息和操作信息進行監控預警，一般通過光纖或工業以太網進行通信。
 

　　在變電設備監測方面，物聯網的應用可以解決傳統變電設備監測裝置相互獨立、數據無法共享、計算負荷分配不均及不具備故障初步診斷功能的問題。文獻均實現了對變電站內主要變電設備的實時監測和對存在的故障隱患進行報警和預警，文獻針對智能變電站設備提出全景信息建模方案，提高了設備性能。文獻通過計算傳感數據的可信度，可以防止異常數據導致變電設備的故障。文獻利用紅外圖像與可見光圖像配準方法，實現對變電設備異常狀態監控。文獻設計了基于工業物聯網的高速監控系統，實現遠程可視化。在變電站通信方面，對傳感器網絡進行設計，實現了變電站數據智能分析、遠程控制的功能。
 

　　在配電側的應用包括對設備提供智能管理，對電力設備的運行狀態進行監測，支撐配電自動化的實現，目前配網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。
 

　　在設備狀態監測方面，物聯網技術可以對配電網中的設備運行狀態、運行環境狀態進行監測，有助于提升電網運行水平。對于目前輸變配電設備監測存在人工定期檢測作業方式效率低、人工監測方式存在監測不到位的問題。實現了對輸變配電設備狀態的在線運行監測和智能管理，比傳統監控方案更能確保設備信息感知與監控之間的信息可靠交互。在配電自動化方面，利用云計算實現了配電自動化，提高了網絡的帶寬及減少延遲。將物聯網技術應用于主動配電網絡，提高主動配電網絡的效率和可靠性。
 

　　總而言之，物聯網技術的應用有助于提高網側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，實現災害的實時監測和預警。但物聯網技術在輸電側應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；在變電側的應用存在設備之間電磁干擾以及傳感器選擇和安裝等問題；在配電側的應用存在監測系統數據準確率較低的問題、復雜采集網絡的控制問題，以及智能終端選型、投資布點的問題。因此，物聯網在輸電側應用需要改進的是加強對氣象等影響因素的監測和提高數據實時傳輸的效率；在變電側應用需要改進的是傳感器的配置，以及解決通信干擾的問題；在配電側應用需要改進的是監測系統的通信問題，提高系統的傳輸效率和準確性以及配網智能設備布點的合理規劃。
 

　　1.3 荷側的應用
 

　　物聯網在負荷側的應用顯著是低壓抄表方式的轉變，除此之外，物聯網可以實現在用電管理、用電方面的應用，進一步推動了智能家居、智能建筑方面的發展。
 

　　在智能用電服務方面，智能用電服務系統是智能電網建設在用戶側的重要組成部分，物聯網技術有助于提升電網與用戶的互動，提升用戶的生活質量，建了雙向互動服務總體構架，實現電力流、信息流和業務流的雙向互動。設計了一種基于多種通信方式混合組網的智能用
 

　　電服務系統，也地提升了電網和用戶的互動。利用 ZigBee 技術進行用電信息采集，針對用戶不同的用電特點，為制定節能方案提供有力支持。
 

　　在智能家居、電動汽車方面，設計了基于實時電價的智能用電系統，還能達到平穩的電
 

　　力負荷、提高能源利用的效果。在智能家居方面，設計了一個基于 B/S 架構的物聯網智能家居系統，實現對智能家居系統的應用。用物聯網實現樓宇智能化。但物聯網在用電側的應用仍存在數據采集的效率問題。設計了智能低成本家庭自動化系統，可以實現家庭用電監控計量以及在線計費。
 

　　在電動汽車方面，物聯網技術也促進了電動汽車充電技術的發展。設計了充電導航路徑選擇模型，可以為電動汽車出行者制定快捷方便合理的充電導航路徑。文獻[52]提出一種物聯網架構，有助于電動汽車智能充換電服務網絡的運營。
 

　　由此可見，物聯網技術能提升負荷側的用電效率和用電管理水平。但是，物聯網現有應用存在用電數據挖掘不夠用電信息等問題，因此，物聯網在負荷側應用需要改進的是進一步對用電數據進行深入挖掘，從而獲取有價值的用電信息，以實現應用。
 

　　綜上可知，傳統物聯網技術在電網的源側、網側和荷側三方面都有不少應用，隨著物聯網技術的不斷發展，未來其應用場景也會更加豐富。
 

　　2 電力物聯網關鍵技術
 

　　物聯網三個關鍵技術是物聯網整體架構的重要組成部分，三者是各類應用環節的技術基礎，為物聯網中數據的傳輸作了重要支持。傳感器作為數據獲取的源頭，通信技術組成了數據傳輸網絡，邊緣計算提高了數據的傳輸速度，云計算是數據處理和管理的平臺，從而使海量的電力數據在泛在電力物聯網中變得更加可靠，實現電力數據的綜合應用。
 

　　三個關鍵技術的交叉應用，也為物聯網在智能電網中的應用提供了更大的空間。傳感器與邊緣計算的結合，可以及時處理和分析更靠近生成數據源的數據，使數據處理變得分散，從而降低數據的延遲和管理成本。傳感器與 LPWAN 技術等先進通信技術的結合，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致的運維成本高的問題。通信技術與云計算的結合，提高了通信的質量和計算量，從而提高了網絡優化的效率。物聯網三個關鍵技術使物聯網具備了控制功能、傳輸采集通信、智能化邊緣計算等性能，從而使得物聯網的通信對象范圍得到拓展和擴大,將原有的人與人的互聯轉化為人和世界萬物的聯系。
 

　　2.1 傳感器方面
 

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

　　目前，小微智能傳感器是傳統傳感器的發展方向，小微智能傳感器是傳統傳感器與微處理機相結合的產物，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網中的應用瓶頸，例如將小微智能傳感器應用于物聯網的感知層，實現智能電網的大數據測量和收集，進一步拓展傳感器在物聯網中的應用范圍。小微智能傳感器作為透明電網重要的單元，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能量的補給以及電壓測量的問題。
 

　　除此之外，物聯網技術在智能電網中的應用還有無線傳感網絡，它通過節點內置傳感器進行采集和處理網絡覆蓋區域中的目標信息[55]。無線傳感器網絡具有自組織性、抗干擾能力強等特點，它能為物聯網帶來傳感、互通和驅動的高性能。但無線傳感器網絡也存在一定的缺陷，首先不同應用場合下無線傳感器網絡的結構和協議不同，需要設計相同的標準接入到電力通信網；其次無線傳感器網絡在電網中會受到電磁干擾，可能會導致數據采集和傳輸過程中出現失誤，需要完成電磁兼容的可行性設計；無線傳感器網絡節點需要持續的能量供應，若將小微智能傳感器與無線傳感器網絡相結合，從中可以挖掘小微智能傳感器在智能電網中可能的應用點。目前，無線傳感器網絡已經開始逐步應用于智能電網的數據收集的場景中，如無線自動抄表、遠程系統監控、設備故障診斷等。
 

　　2.2 通信方面
 

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

　　2.2.1 寬帶載波通信技術
 

　　寬帶載波通信技術采用先進的正交頻分復用技術 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)，即一種通信編碼技術，利用覆蓋范圍廣泛的電力線作為高速數據通信的載體，可以免布線、低成本地實現用戶的數據終端接入寬帶通信網絡。相較于目前的窄帶載波技術而言，寬帶載波擁有三大核心優勢：高頻點、遠離電力線干擾；多載波、自動規避干擾；高速率、減少通信延時。寬帶載波通信技術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，寬帶載波通信技術可以為智能配電網中信息采集等場景提供高速可靠的信息通道。若將其應用于城區的中壓電纜，可以滿足配電系統中海量數據的傳輸要求，解決通信速率較低的問題。
 

　　2.2.2 5G 通信技術
 

　　5G 是實現物聯網的關鍵技術，可以解決海量無線通信需求，將采用包括大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構在內的一組關鍵技術，以滿足各種場景的差異化需求，文獻對此提出了應用于 5G 大規模物聯網連接的網絡框架。低功耗寬連接和低時延高可靠場景主要面向物聯網業務，是 5G 新拓展的場景，解決傳統移動通信不能很好地支持物聯網及垂直行業應用的問題。5G 系統具有很高傳輸速率、超大容量帶寬、低延時低功耗的點對點傳輸等特點。可以應用于分布式電源發電狀況的監測，提高能源的利用率；電纜的狀態評估，有利于發現和預防故障發生；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 低功耗廣域物聯網(LPWAN)技術
 

　　LPWAN 可以優化物聯網應用中的 M2M 通信場景，是以星型網絡覆蓋，支持單節點覆蓋可達 100 km的遠程無線網絡通信技術。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 在網絡配置方面有很大的靈活性，可以支持定位服務和移動對象，并具有抗干擾的能力。LPWAN 可以應用于源網荷互動、電氣設備溫度監測、配電故障指示器等，還可實現包括發電廠、變電站、電動交通基礎設施、分布式發電運維、環境監測等能源互聯網業務的海量小數據連接需求。
 

　　2.3 云計算方面
 

　　云計算技術。云計算利用網格計算將多個計算機實體集成到一個強大的計算系統中，并通過相關技術將計算能力分配給用戶。與傳統計算模型相比，云計算具有高速互聯網傳輸能力、接近無限存儲和計算能力強大等優勢。可以將云計算應用于電網調度、電網信息通信、電力數據存儲等，實現海量數據的存儲和處理以及處理平臺的統一管理和彈性擴容
 

　　2.3.1 智能電網調度系統
 

　　隨著智能電網的建設，電網結構變得越來越復雜，規模也越來越大，為了對電網進行實時監控和調度。如何對大量智能監測終端所產生的大規模運行數據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。
 

　　在電網調度運行分析的過程中，以云計算為核心，以統一模型的數據庫為依托，采用相應的服務總線技術，把分布在各個局站的調度子系統的數據和功能，用系統結構化的架構整合在一起，構建具有實時性強、可靠性高的電網調度云計算平臺。從而實現對不同的調度實現數據共享，支撐支持系統的運行，滿足大計算量應用的需求。以及對大規模信息數據可靠的存儲和管理。
 

　　2.3.2 電網大數據分析平臺
 

　　隨著智能電網的規模日益擴大，各種智能電表、傳感器、信息系統等異構分布式數據源持續不斷地產生海量數據如用戶用電數據、調度運行數據、設備監測數據等，被稱為電力大數據。除此之外，分布式電源和電動汽車的大量接入，也會為電網注入更多的數據流，從這些數據中可以得到有應用價值的信息。
 

　　目前，智能電網中安裝了許多智能化的測量裝置，從中產生了海量數據。而傳統的電力數據分析系統大多基于關系數據庫，分析速度慢且可伸縮性差，難以適應智能電網時代電力大數據對數據存儲與分析的需求，已成為智能電網建設的瓶頸，因此，電網大數據分析平臺應運而生。
 

　　電網大數據分析平臺一般可以分為數據載入與處理、數據組織與存儲、數據交互式分析與展示三個部分，主要利用大數據處理技術實現數據的處理和分析。主要結合云計算技術、分布式聯機分析處理等大數據處理技術實現對電力用戶側、電力設備狀態的大數據分析。電網大數據分析平臺可以增加電網的透明度，使運行狀態透明化，在此基礎上，結合其他不同的信息源也會有更深層次的應用，如電力系統智能安防、用戶行為分析、大用戶節能服務、用戶竊電行為挖掘、需求側管理等。
 

　　2.4 邊緣計算方面
 

　　邊緣計算的“邊緣”指的是在數據產生源頭之間任一具有計算資源和網絡資源的路徑。邊緣計算旨在將計算資源推向更靠近網絡邊緣的位置，其目標是改善網絡延遲并確保執行任務的效率。這樣能夠快速響應用戶請求，并實現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移到邊緣，實現物聯網對海量數據的實時分析。當電力系統出現不正常運行或發生故障時，傳統方式是將海量信息上傳到集中式系統進行處理，這就對計算機的
 

　　數據處理能力提出了很高的要求，而云/邊緣技術就可以解決此問題。除此之外，還可以將邊緣計算應用于智能家居、傳輸線路監測、智能變電站等，提高系統效率和實時性。當前，邊緣計算的研究主要集中在移動邊緣網絡、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 非侵入式負荷監測
 

　　非侵入式負荷監測支撐戶內用電數據采集、電能質量監測與源頭識別和支持用戶參與需求側響應。傳統的侵入式負荷監測系統把傳感器安裝至各個負荷處，監控每個負荷的運行情況。而非侵入負荷監測的特點是硬件較簡單、分析軟件較復雜，分析軟件能夠對采集數據進行數學分析，從中獲得有用的信息。因此，只需在用戶的電表加入此模塊，就能夠實現對一個用戶所有負荷的在線監測和分解。非侵入式負荷監測可為用戶提供用能狀況分析等多種用能服務，實現用戶間接管理，提高用能效率，實現用能策略優化；可以實現對電動機類負荷的非侵入式故障診斷；可以利用負荷構成信息和變化情況實施需求響應，并可以應用于變電站層的擴展及應用。面對分布廣泛且群體龐大的電力低壓用戶，若將邊緣計算應用于非侵入式負荷監測，并將處理好的數據傳輸至云服務器，有利于將數據在用戶側進行處理，減少數據傳輸負擔，有助于實現實時負荷數據監測。
 

　　2.4.2 輸電線路設備智能監控
 

　　針對配電網具有結構復雜、點多面廣的特點以及電網監控存在的問題。目前大部分解決方案是將采集的圖片信息上傳至服務器進行分析，但視頻圖像傳輸量大且信息少，會占用和浪費大量網絡資源，利用邊緣計算可以在后端配備計算能力較強的計算單元，使用回傳數據進行深度學習，建立模型，減少大量無用數據的傳輸，增強異常檢測能力。因此，邊緣計算聚焦實時、短周期數據分析的特點，更適合實時的數據分析和智能化處理。除此之外，對于配電線路設備數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據進行處理，從而降低數據傳輸帶寬及處理成本。并能將設備正常模型下發到邊緣側，對邊緣側的數據傳輸進來與模型進行匹配，從而實現預測性維護，提高設備的可靠性。
 

　　上述三種物聯網關鍵技術的發展使得以前一些不可能實現或解決的問題有了新的轉機，也使得未來智能電網發展有了新的契機，使未來電網更加智能化。
 

　　首先，物聯網技術可以成為解決電力大數據的一大利器。隨著我國智能電網不斷發展，發電側、電網側和用戶側產生了海量數據，對電網的監控、調度和管理帶來了巨大挑戰。如何對電力系統中多種類型的數據進行的分析和管理成了急需解決的問題。通過傳感器技術將產生的數據進行收集，利用通信技術將數據傳送到主站，對各項數據進行分析和可視化
 

　　展示，有利于電網相關人員及時洞察已存在的異常和潛在的故障，實時準確地監測電網的運行狀態，有利于提高電網的可靠性。除此之外，傳統的集中式控制模式已無法滿足海量數據的傳輸處理要求，利用邊緣計算在網絡邊緣側進行智能處理，可降低對主站系統的壓力，提高數據傳輸的實時性、準確性。
 

　　其次，物聯網技術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量的提高，人民對供電質量要求也越來越高，傳統的配網運行管理手段已難以保障低壓配網的可靠經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量的供電服務是目前用電側需要解決的問題。物聯網的出現有利于用電側的管理，通過物聯網可以對用戶及配電網運行狀態進行準確的測量，以保障智能用電的實施，及時處理收集的數據，對用電的交互也提供了保障。
 

　　物聯網技術可以降低分布式電源等新能源接入帶來的風險。隨著新能源在電網中的接入和應用，對配電網造成較大的影響，使之運行狀態和特性發生了新的變化。分布式電源出力的隨機性、間歇性和波動性會造成配電網功率和電壓波動，對配網運行控制和保護帶來了一定的挑戰。物聯網技術通過對分布式電源進行實時監測，及時進行調整，從而提高用戶的電能質量水平。
 

　　綜上可知，傳統電網的運行控制模式已不能適應智能電網的發展，物聯網技術是提高電網運行智能化水平、提高電網調度控制保障電網運行的重要途徑。
 

　　3 智能電網的發展愿景——透明配電網和泛在電力物聯網
 

　　3.1 透明配電網
 

　　當前，能源互聯網的發展出現了新的趨勢，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”方向，透明電網通過各種“互聯網+”技術的綜合運用，使電網運行透明可觀可測。區別于運行數據少和設備狀態不可見的傳統配電網，透明配電網是近年來伴隨著數據采集、數據傳輸及數據分析技術在配電網深度應用而出現的一種新的配電網形態。
 

　　物聯網技術是構成透明配電網的重要基礎，能為透明配電網提供有力的技術支持。透明配電網以數據監測為基礎，為了實現配電網的透明化，要求數據且數量足夠多，而傳統的測量裝置無法實現大量數據的測量和實時傳送，此時物聯網便可以發揮其優勢。傳感器技術可以解決透明配電網數據采集的需求，實時采集海量數據，實現配電網的數據透明。通信技術例如 LORA、NB-IOT可以解決透明配電網的通信需求，可以實時傳輸可靠的數據，從而實現
 

　　配電網的狀態透明。云邊緣計算可以解決透明配電網海量數據處理的需求，快速處理上傳海量數據，從而實現配電網的態勢透明。因此，物聯網技術的發展將使配電網透明化成為可能。
 

　　3.2 泛在電力物聯網
 

　　電網近期提出來的“泛在電力物聯網”理念，其實質與透明電網特別是透明配電網的內涵高度吻合，即圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，具有狀態感知、信息處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統。
 

　　傳統物聯網架構采用的是分層體系，分為感知層、網絡層、應用層三層，對應的層次特征分別是感知、可靠傳遞、智能處理。泛在電力物聯網是物聯網在智能電網應用的體現，可以分為感知層、網絡層、平臺層、應用層這四層結構，結構如圖 2 所示。感知層通過傳感器技術負責數據采集和處理，利用邊緣計算處理一些區域化的計算任務，從而減輕平臺層服務器的計算壓力，提升實時性和建立統一的終端操作系統是未來感知層的發展方向。網絡層負責對感知層和平臺層之間的數據進行傳輸，利用多種通信方式實現數據的可靠傳輸與靈活調度，提高信息的傳輸速度和流量，電力載波通信技術和 5G 技術是未來網絡層的發展方向。平臺層通過云計算技術負責數據處理和物聯管理，是實現應用的基礎，提高協同計算與實時響應能力是未來平臺層的發展方向。應用層實現電網的生產運營、經營管理和相關的用能服務，如微網運行管理、電動汽車的運營管理、園區能源管理等，跨的物聯管理是未來應用層的發展方向。泛在電力物聯網的建設為大數據與人工智能在能源互聯網領域的應用打下了基礎。
 

　　泛在電力物聯網在電網三個方面尤其是荷側有更好的表現。目前對荷側的感知還不夠深入，從低壓側只能獲取到電量數據，若能得到更多類型的數據，從而可以針對不同類型的用戶用電情況進行更精確的分析，通過對電量負荷曲線等規律研究，深入挖掘荷側海量數據的應用價值。首先，可以實現智能用電、智能家居應用，增加與用戶的互動，提高用戶的生活質量；其次，可以實現數據的商業價值，比如商家可以針對不同電量的用戶生產銷售對應的電氣設備；進一步實現應用，實現電氣互聯到信息互聯的轉變。泛在物聯網目標就是從電表、用戶、電網的互聯變成所有電氣設備與人的互聯即萬物互聯。目前泛在電力物聯網仍存在感知層的傳感器數據準確性、網絡層數據傳輸的及時性以及大量數據接入存儲帶來的電力數據問題，若能解決上述問題，泛在電力物聯網將會有應用空間。
 

       4安科瑞為電網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。
 

　　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
 

　　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、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。
 

　　近年來我們的環境質量有了很大的改善，這都歸功于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*、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、的監管方式，形成長效機制
 

　　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，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；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。基于電動自行車火災的危害和特點，各級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。
 

　　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。
 

　　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結論
 

　　物聯網技術將電力系統的各個元素緊密地、有機地聯系起來，不斷促進電力系統的自動化、信息化和智能化。傳感器技術、通信技術與云/邊緣計算技術等物聯網關鍵技術在電力系統源側、網側和荷側三方面的深化應用和擴大影響，推動了電力系統實現可觀可測、可調可控。隨著物聯網技術的進一步發展和突破，未來物聯網在智能電網具有巨大的應用空間。在物聯網技術的支撐下，智能電網將會朝著透明運行和泛在物聯的形態發展。
 

　　參考文獻
 

　　[1] 何奉祿,陳佳琦,李欽豪,羿應棋,張勇軍.智能電網中的物聯網技術應用與發展
 

　　[2] 錢志鴻,王義君.物聯網技術與應用研究[J].電子學報
 

　　[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版