浅谈泛在电力物联网规划与发展分析

 
摘要：泛在电力物联网作为一种智能化服务系统，是主动式配电网的表现。在阐述泛在电力物联网基本含义及其架构的基础上，根拥国家电网公司的战略安排指导，对泛在电力物联网发展进行趋势分析并提出建设性意见。
关键词：泛在电力物联网；含义；架构；发展；建议
0  引言
       泛在电力物联网即将物联网、人工智能等现代化信息处理及通信技术应用到电力系统的各环节，实现电力系统各环节实时互联、交互，且具有态势感知能力强、信息处理速度快、应用便捷灵活等特征的智能化服务系统。 
1、泛在电力物联网的含义
       通俗来说，泛在电力物联网的本质是一个物联网。物联网是把人与物、物与物相连的一张大网，如用手机控制家里的电视、空调、马桶等就是物联网的一种应用。电力物联网是把电力系统里的各种设备、电力企业和用户相连形成的一个网，而所谓的“泛在”就是“无所不包、无所不在”的意思。以用手机交电费为例，人们之所以可以如此方便地交电费，就是因为物联网实现了手机与智能电表互联互通。这只是泛在电力物联网在用电侧的应用。未来的泛在网络更大的想象空间是在配用电侧，它将是主动式配电网的表现，能够实现分布式发电（DG）与智能用电的结合，网络中无处不在的感知技术与多层次计算能力将解决“电从哪里来”“来电是否清洁”的问题，这也将是对能源互联网概念的诠释。 
       事实上，“泛在网”有能力做到发、输、配、用等电力环节的全覆盖，其在配用电侧有更多的表现是因为发、输电侧的智能化水平比配用电成熟。相对发、输环节而言，配用电坏节的体量更大、影响更深、覆盖范围更广，两者之间类似人体的主动脉与毛细血管之间的关系。但就“泛在”的概念而言，打通电力这个商品的全寿命周期，运用技术手段实现能源生产、输送、消费的保障与经济性，才是未来能源革命的方向。 
2、泛在电力物联网与能源互联网的关系 
       坚强智能电网和泛在电力物联网有机组合构成能源互联网。其中，坚强智能电网较多应用于发、输电环节，尤其在特高压建设和新能源（风、光等）建设方面；而泛在电力物联网侧重在电力需求侧.旨在整合利用大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能等先进信息通信技术.更好地满足用户对能源的多种需求。 
3、泛在电力物联网建设战略安排
       泛在电力物联网未来的建设节奏分为两步：一是到2021年达到网络的初步建成，实现业务数据的基本贯通，以及对物联管理的统一；二是到2024年完成网络的工作，实现数据的物联运行与管理。全部建成后，泛在电力物联网将会成为接入设备较多的物联网生态圈。据有关研究统计预测：目前国网系统接入的终端设备超过了 5.0亿只（包括电表 4.5亿只、其他设备几千万台）。根据国网规划，2025年接入终端设备将超过10.0亿只，2030年将达到20.0亿只。2019年是我国电力信息化投资的元年，预计2019—2021年，国网在电力信息化上的投资将分别达到300亿元、500亿元、600亿元，如此大规模的投资将会带动整个产业的高速增长，每个环节都将迎来周期性的成长机会。同时.作为一种战略驱动的能源革命，泛在电力物联网也将引发电网装备与规划设计思路进行迭代更新。 
4、泛在电力物联网的架构
       作为一种物联网，泛在电力物联网包含感知层、平台层、网络层、应用层这4层结构。整个产业链可以简单概括为“云一管一边一端一芯”，即云端、通信网、边缘计算、终端信息收集器(传感器.RFID等)、人工智能。“管”是“端”和“云”之间的一条数据纽带，利用科学算法实现网络综合管理和快速调用，在云端进行各类型通讯信号的整合，快速拉升网络服务能力，以满足物联网在配电业务应用中所需的条件，即数量大、类型多的接入端口、灵活的调取方式、稳定可靠的工作特性 此外，卫星和5G技术形成的信息传输系统将成为泛在网络实现的关键力量，信息的传输速度与流量是泛在网络的技术保证。 
5、泛在电力物联网的发展逻辑
       在增量配网试点和配售电侧改革不断深入的背景下和国网新一代领导层逐步稳定之际，提出泛在电力物联网概念，是主动出击开拓新方向的求变之举，是国网今后工作的“发力点”。国网未来将建设电力互联网发展与互联网经济相关的新业态，包括清洁能源、智慧人居空间、智能化管理城市等新业务。泛在电力物联网内生的逻辑势必会向智慧小区及智慧城市整体能源解决方案、智慧交通整体能源供给方案、智慧能源套餐及交易模式、用户能效分析及用户画像、智能家居与用能管理等方面延伸。非传统领域的新业态已经和传统电网业务处于同等重要的地位。国家电网虽然沉淀了大量的高素质人才，但目前其竞争优势主要还是来自于垄断.科技公司的形象在公众心中还没有建立起来，电力用户期待获得更多的知情权和参与感，如得到用电断、科学用电方案、差异化电价信息等增值服务。在前有堵截、后有追兵的行业背景下，要建成能源互联网企业，深刻改变用户习惯，让用户的体验感不断增强，通过万物互联的理念来加强与用户之间的粘性，才能进一步贏得发展的先机。
6、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。

6.1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。
6.1.1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。

6.1.2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。

6.1.3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。

 
6.1.4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。

6.1.5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。

6.1.6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。


6.2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。
6.3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。


6.4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。
6.5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。
7、泛在电力物联网建设的建议
       电网的发展升级亟待物联网技术的深度参与，然而物联网作为一项前沿技术尚有诸多难题需要解决：在态势感知方面，现有传感器的识别能力和复杂环境下的可靠性不足；大量数据及时传输问题和无线传输问题均没有普适性的解决方案。物联网产业当前发展提出的新概念多、喊出的口号多、实际产品落地少。这主要是由于现有硬件水平和经济适用性问题尚未有效解决，整个行业处于“摸着石头过河”的阶段，对于电网建设来说，应在这样一个萌芽阶段及时制定远期规划，科学规范引导物联网在电网中的发展，有效避免重复性建设。                             
       泛在电力物联网的建设不是一蹴而就的，需要在探索实践中不断试错来改善更新，这必将是一个漫长的过程，在培养用户习惯、调整路径依赖等非技术层面工作上尤其如此。因此，在传统配电网向泛在电力物联网过渡的过程中，秉承一致的发展原则与规范的技术标准对于整个电网的统筹规划建设至关重要.只有这样才能在技术上一脉相承、在用户习惯上始终如一、在工程建设上精益，短期内规范产业向好发展，长期上确保与国网一号文精神高度一致，为智能坚强大电网建设保驾护航。 
参考文献
[1]蔺鹏忠,蔺鹏伟.泛在电力物联网规划与发展分析
[2]汪洋,苏斌.赵宏波.电力物联网的理念和发展趋势[J].电信科学,2010(S3)：9-I4.
[3]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，女，本科  安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电