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淺談泛在電力物聯網在電力配電網中的應用

更新時間：2024-07-26

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安科瑞陳聰

摘要：建設泛在物聯網的真正含義是為智能電網與能源互聯網提供便利，同時也是配電網的核心內容，為電網彈性可靠平穩運行提供保障，更好的接收異質能源，為用戶提供精細化電能服務。配電網是電力系統貫穿產端的核心步驟，利用泛在電力物聯網技術加強深度感知力和精細操控力，轉變配電網運行模式，從之前的“源荷”單向供能到如今的“源荷”雙向供能靠近，從而實現配電網資源共享的目的。

關鍵詞：泛在物聯網，配電網，應用

1、泛在電力物聯網體系結構和性能

1.1感知層

泛在電力物聯網的底端為感知層，其主要作用是選擇不同種類的傳感器植入設備中，從而達到感知的效果。感知層包含的設施有電壓電流互感器、電能表、集中器、智能電器等，利用泛在感知所收集的不同數據來操控決策單元，可以更好的了解電網的運行情況。當電網面臨不同能源時，例如隨機負荷投切、間歇性新能源并網以及電動汽車時空集群效應，可以具體控制系統狀態，快速找到故障問題，減輕電網運行風險，提高運行安全性。另一方面，合理的調節電網拓撲，及時掌控電源，完善用戶用電模式，增強電網高比例分布式技能和新負荷采納技能，提高電網在解決突發事件的順利性。

1.2網絡層

網絡層在泛在電力物聯網中占據重要位置，其功效是針對不同種類業務來明確通信服務質量和安全信息交互渠道。依照安全級別和數據種類加以區分，網絡層主要分為兩部分：內部專網與互聯外網。詳細通信手段是按照實際情況、輸送間距、經濟成本進行選定，涉及近距離無線傳輸、有線傳輸、傳統互聯網、移動空中網等。其中電力通信系統的特殊通信手段是電力線載波和230MHz無線通信，5G技術是泛在電力物聯網新的通信手段。

1.3平臺層

平臺層所掌握的數據量非常多，例如用戶側用能數據、電網運行數據、其他能源系統數據，進而合并保存和管制這些資源。平臺層的功效是處理傳統能源在生產過程中遺留的信息碎片保存問題，粉碎了信息孤島情況，一同享用這些信息。利用建造數據中心和云平臺的方法，平臺層很快實現采集和革新了大量數據從而完成輸送。針對大數據保存和技術分析而言，將不同種類的數據資源傳輸至高級應用區，從而完成電力系統的轉型任務。

1.4應用層

應用層是泛在電力物理網的首層，實現樞紐型、共享型、平臺型的革新任務。主要功效有，對電網運行數據和用戶側用能大數據而言，組建不同類型的應用平臺，為用戶用能業務、綜合能源系統運營業務、電網運營業務提供服務，從而達成電網、用戶、其他能源系統的感知互動目標。

2、泛在電力物聯網核心技術

泛在電力物聯所涉及到的技術類型非常多，常見的有感知技術、通信技術、信息處理技術、決策控制技術等。配電網是方便電網和用戶溝通的重要渠道，對于電力系統個別樞紐來講其面向社會服務的特點相對明顯。

2.1感知層技術

完成電力系統精細化調節和控制的基礎條件是對海量智能終端實施監控和管制，促使泛在電力物聯網覆蓋電力系統。相較于輸電網而言，配電網從拓撲構造到電力設備都非常繁瑣，例如分布式能源居多，配網監視對象多種多樣，終端數量和監控數據雜亂。所以針對配用電雙方來講，為了減少成本，抬高收益，實現互聯共享，后期傳感設備應向著高度集成化目標前進。

2.2網絡層技術

堅實、牢靠的通信渠道是確保泛在電力物聯網具體感知大數據聚集、操控指示精準下達的重要樞紐。面對大范圍城市群體和區域城鎮，配電網計劃場景越發復雜，以往的“點對點”有線通信手段因為布線資金多、實際工程近況繁瑣，在應用期間有一些缺陷，無線自組織網絡的損耗低、安頓靈巧、網絡抗毀性能高，所以“有線+無線”互補模式加快了網絡層通信速度。除此之外，為了避免受到網絡襲擊的影響，還需加強泛在電力物聯網的安全性能。

2.3平臺層技術

電網狀況信息、用戶側用能信息、個別關聯數據為配電自動化運維、個性化用能舉薦、全景狀態感知等應用提供依據。形式多樣化、信息較為繁瑣、數據偏多、隱蔽信息的價值性高是此類數據明顯的特點。另外，唯有整合、管理、采集數據，才可收獲大量數據并且充分展現其內在價值。

2.4應用層技術

隨著間歇性分布式能源、電動汽車負荷的推行在某種程度上使配用電系統問題加重，比如諧波注入、頻率/電壓波動和潮流雙向流動等。以往電網因為感知信息不完整致使自動化水平偏低，在治理方面通常選擇增加備用容量等方法，使彈性承載力低、新能源利用率差、投入資金較多等。隨著應用層技術的引入，將感知電網運營情況，完成精細化調控等工作。

3、泛在物聯網在電力配電網的應用

3.1在線監視與風險評價

目前，配電決策環節的信息化方法與技術支持不太完善和健全，電力實施時常多發損壞和檢修情況。由于間歇性能源和新型負荷處于持續上漲狀態，在配電網供電安全性和質量方面的要求更加嚴格。泛在電力物聯網技術的使用和推廣，可以讓怕配電系統隨時知曉電力設備運營情況，針對運行風險做出評價和估計，減少故障發生率。

首先，在線監測方法。依附完整的通信系統，打破以往只能利用人工直接對故障種類加以判斷的場景，如今可以利用多樣化手段進行辨認。比如，紅外熱成像技術在線監視配電網設備溫度，加快維修人員的搜尋速度和檢修程度，減少設備故障率和停電次數。

其次，安全風險評價。歸納分析與整理歷屆配電網的運行數據，在通過機器學習法和人工智能法來監測評估配電網運行狀態，盡快找到系統問題，增強供電平穩性。比如，結合配電網以往的運行數據，推出關聯準則的聚類區分法，按照現階段數據估測情況，針對智能配電網全景風險加以掌控與自愈。

3.2配電系統合理規劃及綜合能源平穩運行

首先，對于配電系統來講，電網和用戶的差距越發籠統，不管可再生能源和電動汽車造成的問題，配電通信系統牢固性依舊是配電系統要解決的重點問題。

其次，電力、交通、燃氣都是獨自存在的，各自有各自的運行方案，并且和住戶的關系十分密切。配電網是地區能源系統的中心和橋梁，肩負水、電、氣的使用。

3.3用戶個性化用能服務

供電是以往配電系統的主要目的，住戶只視為受電端被迫加入配電運營行列。盡管現階段推行了分時電價機制來激勵電力住戶降低負荷高峰，填補負荷低谷，完善用電形式。但就目前情況來說，住戶參與積極性不高，需要結合當地或用電戶實際情況進行解決。泛在電力物聯網的應用，物聯網終端與網絡進入到用戶側，電力住戶角色出現明顯轉變：首先，配備屋頂光伏電站和小型風機，部分住戶的電動汽車配備V2G功效，從演變成電能供應方。從廣義上來說，用戶側熱水器、室內空氣都能被看做蓄能設備與配電網同時運行。其次，電力住戶智能終端，比如空調、熱水器、電動汽車均涉及用電行為消息，用戶成為信息供應方。

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯網平臺概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

5、應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

6、組網結構

7、平臺功能

7.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據客戶的行業特性，行業需求，經過培訓的工程或調試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

例如下圖所示的智慧物業駕駛艙，內容有：預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統計、收益統計、運維情況等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

7.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

7.3 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

7.4預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

7.5 充電樁管理

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。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

7.6 智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

照明實時監控

7.7 安全用電

安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現快速時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然”的目的。

7.8 智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。原先針對“九小場所”和危化品生產企業無法監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

智慧消防看板

8、系統硬件配置

類型	型號	外觀	產品功能
能源物聯網云平臺	Acrel-EIOT		提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問
智能網關	AWT100-4G		1路下行485，上行4G；WIFI、NB、LR網口其他規格可選
智能網關	ANet-1E2S1-4G		上行：以太網、4G 下行：RS485 斷點續傳，多平臺轉發，MQTT協議
電力物聯網儀表	ADW300-4G		三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；最大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持4路開關量輸入、2路開關量輸出；支持4路測溫；支持1路剩余電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊
	ADW200		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；最大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議
	ADW210		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；最大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。
單相電子式計量表	DDS		單相有功、無功電能計量，電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F， LCD 顯示， RS485通訊，MODBUS-RTU 和 DL/T645 協議
單相電子式計量表	DDSD		單相電能計量：總電能計量（反向計入正向），3 個月歷史電能數據凍結存儲電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F 測量 LCD 顯示：8位段式 LCD 顯示按鍵編程：3按鍵可編程設置密碼、通訊地址、波特率、復費率和通訊協議。脈沖輸出：L有功電能脈沖輸出復費率：4個時區、2 個時段表、14 個日時段、4 個費率通訊： RS485接口， MODBUS-RTU 、 DL/T645-97 、 DL/T645-07 協議、紅外通訊
三相電子式計量表	DTSD		三相電能計量：有功電能計量（正、反向）、無功電能計量（正、反向）、 A、B、C 分相正向有功電能電參量測量： U、I 、 P、Q、S、PF、F諧波測量： 2~31 次諧波電壓電流LCD 顯示： 8 位段式 LCD 顯示、背光顯示按鍵編程：4 按鍵可編程通信、變比等參數脈沖輸出：有功脈沖輸出、無功脈沖輸出、時鐘脈沖輸出LED 報警：失壓、過壓報警復費率及附帶功能：有源開關量輸入、 3 開關量輸出、支持 4 個時區、2 個時段表、 14 個日時段、4 個費率、最大需量及發生時間、上 48 月、上 90 日歷史凍結數據、日期、時間通訊：紅外通訊、RS485 接口、同時支持 Modbus、DL/T645測溫：支持 3 外置 NTC 測溫
單相電子式計量表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。總電能計量（反向計入正向），3個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。
三相電子式計量表	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C 分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。
單相預付費電表	DDSY-4G		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
三相預付費電表	DTSY-4G		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
多功能電力儀表	AEM96		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、最大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	AEM72		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、最大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	ACR系列		三相所有電力參數、最大需量記錄（ACR320EFL）、分時電能統計及12月電能統計、日期時間顯示、LCD顯示、RS485通訊，事件記錄。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及最大需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
直流電能表	DJSF1352		1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。
智慧用電監測裝置	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、 Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測， 4 路溫度監測，2 路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳
電氣防火限流式保護器	ASCP200-40B		可實現短路限流滅弧保護，過載限流保護、內部超溫限流保護、過電壓保護、漏電監測、線纜溫度監測等功能，1路RS485通訊，1路GPRS（或NB）無線通訊，額度電流0-40A，額定電流菜單可設
故障電弧探測器	AAFD-DU		監測故障電弧、漏電、溫度兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出
電瓶車充電樁	ACX系列		充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電，
汽車充電樁	AEV_AC007		額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方式：4G、藍牙、Wifi 30KW、600KW、120KW多規格可選
電氣接點在線測溫裝置	ARTM-Pn		可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度
電氣接點在線測溫裝置	ATC600	$C:\Users\wangshihui\Desktop\智能配電產品圖品2019.12.13\ARTM\ATC\ATC600\7E7A9790.jpg7E7A9790$	ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置。可接收240個無線溫度傳感器溫度
智能光伏采集裝置	AGF-M系列		光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態監測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量最高DC 1500V
三遙單元	ARTU系列		可擴展DIDO以及多路模擬量輸入輸出單元。通訊方式：RS485接口，Modbus協議。可擴展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網
智慧照明	ASL200系列		遙控輸出兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出