浅谈泛在电力物联网助力打造绿色智慧园区

王蒙蒙

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：随着我国经济社会持续发展，能源生产和消费模式正在发生重大转变，能源产业肩负着提高能源效率、保障能源稳定、促进新能源消纳和推动环境保护等新使命。传统能源系统建设以单一系统的纵向延伸为主，能源系统间物理互联和信息交互较少。能源生产和消费模式的重大转变，要求改变传统能源系统建设路径和发展模式。

关键词：泛在电力物联网；智慧园区；信息采集

0 引言

    对于园区而言，如何加强园区能源管理，降低园区能耗，提高园区能源利用效率，实现人和能源、能源和能源之间的密切交互，是园区普遍面临的问题。而要打造清洁、低碳的绿色智慧园区，解决上述问题的答案就是泛在电力物联网。

1 泛在电力物联网与绿色智慧园区之间的联系

    泛在电力物联网是国家电网有限公司为电网运行更稳定、管理更精细、投资更准确、服务更好开辟的一条新路，依托现有的坚强智能电网（源、网、荷、储），通过网络、平台、应用将电力用户及设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务；以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。

    当前大部分园区建有较为坚强的配电网络，部分园区已经建设或即将建设分布式电站（光伏、储能、风电、冷热电三联供等）。依托现有的园区内变电站，开发分布式电源，打造园区能源数据平台，形成“三站合一”（变电站、分布式电站、能源数据平台）的能源互联网络结构。通过“三站合一”的形式促进两网（泛在电力物联网、园区配电网）的深度融合，迅速开展负荷曲线、数据平台对园区提供服务能力的数据积累，同时对多种运营模式加以验证，并同步进行管理新模式的探索。基于该模式积累的经验探索园区能源运营和管理模式，打造绿色智慧园区。

2 园区“三站合一”建设思路

2.1建设园区新型变电站

    目前园区配电主要存在电源结构单一、用电负荷复杂、设备陈旧落后、计量表计不全、运维队伍性不强、电能质量差等问题。园区可以通过与电网公司合作，加装计量监测点，更新换代陈旧落后设备，合理开发利用分布式电源并就近进行站内接入，同时依托电网公司强大的运维、检修力量成立运维队伍，进行日常巡视和设备检修工作，建成园区设施、运维一体化的新型变电站。

2.2建设园区能源数据平台

    能源数据平台包括物联网数据采集、数据监控、数据管理。物联网数据采集主要包含现场硬件设施如智能表计、传感器、数据采集器、通讯管理机等物联网智能通讯终端，实现现场数据的采集和传输。可以根据园区场地实际大小、变电站空余负荷、分布式能源站装机容量需求来设计数据站的场地大小和所用设备的计算能力；数据监控主要收集能源的消耗量和重要用能设备的运行参数。支持多种通讯协议和通讯方式的数据采集，实现现场数据的采集，将实时数据进行汇总、过滤、处理后上传给数据管理，起到承上启下的作用。数据管理对采集的数据进行实时监测、统计分析、告警管理、能效分析、能源成本管理等，结合环境稳定等信息建立能源分析模型，实现能源计划、能源绩效指标等管理，并为运营商提供决策依据。

2.3建设园区分布式电站

    可结合园区实际情况及需求，开展分布式光伏、储能、风电、冷热电三联供等分布式电站建设，优化园区能源网络结构。分布式电站的建设规模可根据园区可建设规模和园区近、远期负荷需求情况及电力市场行情合理匹配，其中储能电站建设可以依据园区重要负荷以及其他分布式电源的容量进行合理匹配。

3 运营模式

    园区变电站与分布式电站其功能联系紧密，可以由园区委托电网公司管理运营。数据平台可将数据上传至泛在电力物联网由电网公司运营，园区能源管理部门参与运营决策。

3.1变电站

（1）基于数据平台实现电网智能调度，通过利用分布式电源出力以及储能电站削峰平谷的能力，提高设备利用率，减轻变压器重载（过载）状态压力，延缓园区变电站扩容和输送通道建设。

（2）通过分布式电源及储能电站的有功功率调节和无功控制，快速平衡园区配电系统中由于各种原因产生的不平衡功率，减小对园区配网的冲击，改善园区电能质量，提高园区配电网络稳定性。

（3）整体提高园区配网运行效率，降低运行成本，提供更加稳定的用电保障。

3.2数据平台

（1）可就近存储、分析、利用电力物联网采集的海量数据，为园区用能提供数据服务，同时可以为园区提供其他计算和存储能力。

（2）通过分析园区用电负荷需求、分布式电源出力、储能系统调节能力选择用电来源，优先分布式电源的出力消纳，同时通过储能电站实现有功平衡，用电不足部分可以由电网供电，实现优化园区供电结构、降低园区用能成本的目的。

3.3分布式电站

（1）改善园区用电系统日负荷特性，使分布式电源的利用率大大提高，改善园区用电效率，同时也能部分缓解电网的供电压力。

（2）电网发生故障时，分布式电源可充当园区负荷、数据平台不间断电源或应急电源，提高园区用电可靠性。

（3）通过数据平台的调度，可以平抑园区负荷间歇性波动和瞬间扰动。

（4）正常运行可以辅助调压，提高园区电能质量。

4 安科瑞为国家电网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，为国家电网建设“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国网公司用户端业务、环保部门、安监部门、住建部门等。

4.1.1变电所运维云平台

    据统计全国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。国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、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，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，这都归功于国家层面对环保的重视和环保部门的有力监察。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，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年全国共接报火灾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。国务院、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预警，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警；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、异常报警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国各地运行案例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 结束语

    当前泛在电力物联网尚处于探索阶段，上述观点也只是围绕泛在电力物联网与园区用电之间的联系进行阐述。后续将进一步探索以园区冷、热、电等综合能源为媒介，使泛在电力物联网与园区能源网络深度互联。未来能源发展模式必然是实现电力与其他能源多能互补的能源互联网生态圈。在国家电网公司未来三年发展规划中提出，到2021年，初步建成泛在电力物联网，基本实现业务系统、数据贯通，能源互联网生态初具规模。到2024年，建成泛在电力物联网，形成共建共治共赢的能源互联网生态圈。泛在电力物联网的发展离不开与其他能源供应商的密切合作，希望在未来的能源发展过程中，电网公司与其他能源供应商能加强合作，共同营造一个欣欣向荣的能源互联网生态圈。

参考文献：

[1]万程,黄博文,张岭乔,刘标.泛在电力物联网助力打造绿色智慧园区

[2]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