赵丹
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要: 泛在电力物联网是物联网在电力领域的具体体现，建设泛在电力物联网是推进“三型两网”建设的关键环节，也是实现能源转型的必要手段。阐述了泛在电力物联网的定义，从供电公司角度出发，根据北京经济技术开发区实际情况，讨论了依托地区特点的泛在电力物联网实施策略和实际应用场景，分析了可能遇到的问题。得出结论：随着泛在电力物联网的深入建设，供电公司能够为电力客户提供多元化服务，提高客户满意度；地市供电公司能够依托泛在电力物联网开展更多电力相关业务；泛在电力物联网的安全性、实用性、有效性是发展面临的首要问题。
关键词：泛在电力物联网(UPIoT)；智能电网；智能电网；
引言
建设泛在电力物联网(ubiquitous power internet of things，UPIoT)是实现能源转型的必要手段，同时也是推进“三型两网”建设的关键环节，国家电网有限公司于2019 年1 月正式提出建设泛在电力物联网。“泛在电力物联网”指的是应用移动互联、人工智能、大数据、云计算等现代信息技术，实现电力系统各环节、电力公司、用电客户万物互联、人机交互的智慧服务系统。通过数据收集、数据处理、数据共享，为发电、电网、用电客户、研究人员和zf提供服务，充分利用电网枢纽特性，汇集各方面资源，为地区规划建设、生产运行、经营管理、综合服务提供强有力的信息和数据支撑。
北京经济技术开发区总体规划总面积为50.8 km2，由科学规划的产业区、高配置的商务区及高品质的生活区构成，是北京发展的3个新城之一，定位为京津城际发展走廊上的高新技术产业和先进制造业基地。
本文将根据北京经济技术开发区实际情况，因地制宜、面向客户，探索泛在电力物联网在小区域内的实施策略，提出可能遇到的关键问题。
1、智能电网
智能电网是指以特高压电网为骨架，各电压等级的坚强电网为基础，依托先进的信息通信技术、现代传感技术和现代控制技术，高度集成、覆盖城乡的能源、电力、信息和综合服务体系，实现“多网合一，全面覆盖”的新型现代电网，拥有信息、能源的双重载体。智能电网结构如图1 所示，其主要具备如下优点：
1）灵活高效的能源配置，能够有效满足用户需求。
2）安全可靠的输送电网络，供电可靠性高，基本避免了大面积停电风险。
3）覆盖面积广，传递能源及信息量大。
图1 智能电网结构
2、泛在电力物联网
泛在电力物联网旨在将电力用户及其设备、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、电网企业、发电企业、zf和社会服务。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。泛在电力物联网将通过泛在感知、可靠通信和高性能信息处理及高级电力应用，实现电网各环节、全电压等级的“能量流、信息流、业务流”一体化融合，提升系统安全性和运行效率。同时汇集各方数据资源，通过应用大数据、云计算、物联网、人工智能、互联网、区块链等现代先进的信息技术和AI 技术，实现“源、网、荷”通信网络无缝连接，进而实现信息共享与互操作，全面提升电力系统的安全运行能力和资产管理、供电服务水平。泛在电力物联网总体体系架构分为感知层、网络层、平台层和应用层，如图2 所示。
图2 泛在电力物联网分层体系架构
3、地市公司应用探索
传统电力公司在日常工作、研究中更多地倾向于维护和提高公司电力资产运行可靠性及效率。
1）发电方面。主要包括新能源发电技术、分布式电源并网技术等。
2）输变送电方面。主要包括特高压电网、远距离输电技术等。
3）配用电方面。主要包括智能调度技术、配网自动化技术等。
以上部分协同运行、数据处理更多存在于电力公司内部系统。随着技术发展，电力公司越来越聚合，内部运行更智能化、自动化，但是对于外部zf、企业等用电客户，还是过于封闭，坚强智能电网建设，使得电网自身的电能质量、供电可靠性、环保约束、市场化发展适应性等各方面达到了一个比较高的标准。国家电网公司适时推出了泛在电力物联网建设，依托坚强智能电网，实现“源、网、荷、储”达到“人-人、人-物、物-物”在任何时间、任何地点实时互联，依托先进传感技术、信息通信技术、先进控制技术等，充分满足用户电力需求，优化资源配置。
在地市供电公司层面，根据各区域不同情况，能够完全实现或部分实现“源、网、荷、储”全面感知，依托云计算、人工智能、边缘计算等技术，实现客户侧数据的互联互通，配合供电公司自身电网数据，通过大数据分析，及时给予电力客户分析结论和节能建议，同时还能为用户开展内部能效诊断，包括调整用能习惯、更换节能设备等方面的建议，提高整体用能水平。
北京经济技术开发区地处北京东南部，受北京独特的功能定位和zheng治因素影响，亦庄供电公司将发展重点放在了坚强的配电网建设和局属资产维护上。传统供电公司运营模式如图3 所示。
图3 传统供电公司运营模式
随着泛在电力物联网的提出和开发区大规模电动汽车的使用，亦庄供电公司将实现“网”
运维到“网、荷、储”的发展模式转变，如图4所示。数据中心将各方数据尤其是电力客户相关信息汇总后，可以开展相关大数据分析工作，如图5 所示。
图4 基于泛在电力物联网的供电公司运行模式
图5 用户用电行为分析框架
4、电动汽车作为可控负荷的可行性
电动汽车与电网的互动可以等效为移动储能单元，储能具有充放电功能，利用电动汽车这一特性与电网进行双向互动的技术就是车辆到网(vehicle-to-grid，V2G)技术，V2G 技术的出现使电动汽车不仅仅是作为可控负荷，而是作为独立的储能源参与电力竞争。文献[22]将电动汽车作为小型分布式移动储能单元，提出了一种优化控制方案。文献研究了电动汽车聚类分析组合问题，建立常规机组成本与换电站充电负荷方差的组合优化目标函数，同时考虑了电网互动的机组和电动汽车组合问题，对其经济型进行了有效分析。研究了电动汽车充放储一体化电站对电网的影响，通过PSCAD 仿真验证了电动汽车充放储一体化电站对电网的削峰填谷作用。提出了计及电动汽车集群的双层经济调度模型，分析了电动汽车与电网互动策略，制定了合理的充放电计划。
综上所述，通过对用户停驶习惯及充电特点进行大数据统计分析，并根据地区电网运行特点分类适当使用，结合经济补贴或奖励，能够给地区电力系统和车主带来双赢，同时，基于电动汽车的无线通信功能已相对成熟且得到广泛应用，基本具备控制条件。
5、风险防范
面向泛在电力物联网的局部应用探索，必须以确保电网的安全稳定运行和用户的可靠供电为前提。
1）泛在电力物联网虽倡导万物互联、5G 通信、云计算等前沿技术，但本质上依旧是提高清洁能源在电网中的比例，同时为客户提供稳定可靠的电力供应。
2）泛在电力物联网以数据、通信为核心，在传统电网运行基础上，需要重视网络安全、工控设备安全、数据安全等新挑战。
3）亦庄地区作为高新技术产业聚集地和科技成果转化承载地，新能源汽车比重较高，大规模新能源汽车同时接入会对电网造成很大影响，电动汽车参与调峰调压应慎重。
6、安科瑞配电运维产品介绍
随着泛在电力物联网的深入建设，供电公司能够为电力客户提供多元化服务，提高客户满意度。安科瑞可为供电公司提供包括云平台、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，这些都是泛在电力物联网的一部分。
6.1安科瑞智能网关、终端设备选型
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名称
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型号
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功能
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应用
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智能网关
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ANet-1E2S1-4G
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嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认真等安全需求，支持断点续传，支持Modbus，ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101/103/104
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网络层
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ANet-2E4S1
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ANet-2E8S1
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多功能电表
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APM830
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具有全电量测量，电能统计，采用模块化设计，开关量输入输出，模拟量输入输出，SD卡记录，以太网通讯可定制，开孔安装
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感知层
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DTSD1352
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具有全电量测量，电能统计，80A以内可直接接入，导轨式安装
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物联网电表
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ADW2XX
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ADW2XX系列导轨式物联网仪表主要用于低压三相回路全电参量测量，调试可选择四个回路的电流输入。可直接或间接测量电压、电流、功率、功率因数、相角、不平衡度、谐波等参数。还可通过其RJ45接口扩展辅助功能，实现DI、DO、测温、剩余电流测量，以及4G、LORA、lorawan、NB-Lot无线通信功能。
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物联网电表
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ADW300
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ADW300无线计量仪表主要用于计量低压网络的三相有功电能，具有RS485通讯和LORA无线通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。
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6.2 平台功能
安科瑞变电所运维云平台（AcrelCloud-1000）根据市场需求反馈，运用互联网和大数据技术，为电力运维公司提供配套线上运维服务。该平台作为连接运维单位和用电企业的纽带，监视用户配电系统的运行状态和电量数据，为客户提供更好的运维服务，平台提供系统总览、电力数据监测、电能质量分析、用电统计分析和日/月/年电能统计报表、异常预警、事故报警和事件记录、运行环境监测、运维巡检派单等功能，并支持多平台、多终端数据访问。
通过矢量配电图监测变电所用电情况，画面响应遥信变位、遥测越限报警，点击某个配电回路后可以查询该配电回路的各类详细用电参数，包括实时值、平均值；
实时监测变压器运行情况，包括功率、负荷率、需量、绕组温度等。
提供多种类型的查询报表，可以查询各配电回路的各类电力参数(电压、电流、功率、频率、谐波、三相不平衡度等),系统可以对某电力参数按照天、月进行极值统计，可实现漏电监测、线缆及母排温度监测。
平台可配置遥信变位报警（水浸、烟雾、门磁、开关跳闸等）、遥测越限报警（过压、欠压、过流、线缆温度过高、绕组温度过高等）、运行报警（仪表离线、网关离线等），并将接收到的报警通过短信、网页推送，报警上下限可根据现场情况灵活配置。
按照配电回路、区域、部门、分项（照明、空调、动力等）统计每时、每天、每月、每年用电数据，并进行同环比分析；
按尖、峰、平、谷统计各配电回路的用电量及用电金额；
统计四象限电能并计算每天、每月的平均功率因数；
按月统计每个回路的需量及发生值，为需量申报提供依据。
l 设备档案
系统可配置每个变电所内变压器、进线柜、出线柜、计量柜、高压电缆等设备信息，记录设备的厂家、型号、投运日期等，并可灵活定义设备的巡检项、缺陷类别等信息。
l 巡检消缺
通过系统编制巡检计划，并将计划下发到巡检人员移动端上，巡检人员在变电所现场根据巡检要求执行巡检任务，如果在巡检过程中发现缺陷，可记录缺陷并在系统中生成消缺任务。
通过移动端APP实现配电图查看、视频监视及回放、电力参数查询、需量统计、用能分析，并可通过移动端接收报警、执行巡检、记录缺陷。
7、安科瑞汽车充电桩产品选型及介绍
安科瑞Acrelcloud-9000充电桩收费运营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vx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。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括财务管理、变压器监控和运营分析等功能。
7.1平台结构
7.2平台主要功能
（一）资源管理
充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。
（二）交易结算
充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表。
（三）用户管理
用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理。
（四）充电服务
充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等。
（五）vx小程序
扫码充电，账单支付等功能。
（六）数据服务
数据采集，短信提醒，数据存储和解析。
（七）变压器监控
监控充电站变压器负荷，超负荷时对充电桩的调度管理。
7.3 汽车充电桩选型
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充电桩型号
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功率
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输入电压
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输出电压
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适配车型
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AEV-AC007D系列
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7kW
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AC220V
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AC220V
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小型乘用车
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AEV-AC040D系列
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40kW
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AC380V
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AC380V
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小型乘用车
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AEV-DC060SLAOG系列
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60kW
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AC380V
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DC300-750V
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小型乘用车、大巴车
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AEV-DC060SLAOD系列
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60kW
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AC380V
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DC200-500V
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小型乘用车
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AEV-DC120SLAOG系列
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120kW
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AC380V
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DC300-750V
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小型乘用车、大巴车
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AEV-AC020DY
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20kW
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AC220V
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DC200-550V
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小型乘用车
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8、结论
1）建设泛在电力物联网，是发展清洁能源，发挥电网在能源汇集传输和转换利用中的枢纽作用，促进清洁低碳、安全高效的能源体系建设，为经济社会发展和人民美好生活提供安全、优质、可持续的能源电力供应的必要手段。
2）随着泛在电力物联网的深入建设，属地供电公司能够为电力客户提供多元化服务，提高客户满意度。
3）地市公司能够依托泛在电力物联网开展更多电力相关业务。
4）泛在电力物联网的安全性、实用性、有效性是发展面临的首要问题。
参考文献
【1】 张亚健，杨挺，孟广雨．泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望[J]．电力建设，2019，40(6)：1-12
【2】 金鑫城，孙浩睿，泛在电力物联网在北京经济技术开发区的应用探索
【3】 安科瑞企业微电网设计及应用手册.2020.6版
作者简介：赵丹，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为物联网智能运维系统
