任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著電力體制改革的不斷深化，電力用戶借助分布式發(fā)電、儲能系統(tǒng)和電動汽車等新興技術(shù)已經(jīng)具備了參與電力交易的能力，但傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制方式卻難以適應(yīng)新時代開放電力市場的需求。國家電網(wǎng)有限公司所提出的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)互連、狀態(tài)感知和優(yōu)化控制，是建設(shè)開放電力市場的技術(shù)支撐?；诖?，分析了新時代電力系統(tǒng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)以及建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的必要性；研究了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在開放電力市場中的典型應(yīng)用；對面向電力市場的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論，為構(gòu)建現(xiàn)代化開放電力市場提供參考。

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(UPIoT);電力市場；優(yōu)化控制；可再生能源

引言

電力工業(yè)市場化改革使得電力交易的方式逐步從計劃模式向市場模式的方向過渡，但是由于可再生能源、分布式發(fā)電和需求側(cè)響應(yīng)等新興技術(shù)和機(jī)制的出現(xiàn)，電力市場的發(fā)展將面臨一系列新的挑戰(zhàn)[16]。為應(yīng)對新時代電力系統(tǒng)發(fā)展的挑戰(zhàn)，2019年1月，國家電網(wǎng)有限公司工作會議上第一次提出“三型兩網(wǎng)、世界yi流”的新時代戰(zhàn)略目標(biāo),打造“樞紐型”、“平臺型”和“共享型”企業(yè)，建設(shè)運(yùn)營堅強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，成為我國現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的“航向標(biāo)”。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的高級應(yīng)用，其充分融合了現(xiàn)代通信、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等技術(shù)，依托智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，構(gòu)建一個萬物互聯(lián)和人機(jī)交互的信息物理融合系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將很大程度地提高電力系統(tǒng)的智能化程度，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)感知，優(yōu)化配置各類資源，靈活提供多樣化服務(wù)，為建立全球能源互聯(lián)網(wǎng)邁下堅實的一步。

作為首ci提出的現(xiàn)代化電網(wǎng)新興理念，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)受到了能源、互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備制造等領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。目前已有很多學(xué)者對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的釋義實施策略和關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了研究和展望，討論了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在輸變電設(shè)備和智能配電網(wǎng)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。從物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層面入手，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的含義、技術(shù)要求和應(yīng)用場景。文獻(xiàn)從終端層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層分別指出，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建過程中的關(guān)鍵技術(shù)主要包含物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全和海量數(shù)據(jù)分析及處理等。文獻(xiàn)根據(jù)輸電、變電和配電設(shè)備各自的運(yùn)行特點和檢測需求，分別提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在對應(yīng)領(lǐng)域的建設(shè)方案和應(yīng)用場景，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用之后對電網(wǎng)運(yùn)行管理和技術(shù)發(fā)展等方面帶來的影響。目前，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中應(yīng)用的研究還比較少，文獻(xiàn)提出了一種基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力市場主動服務(wù)感知共享平臺的架構(gòu)和設(shè)想，但對于共享平臺具體運(yùn)行模式和主要功能研究較少。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，討論了新時代電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化和存在的問題，分析了電力企業(yè)角色的轉(zhuǎn)變和面臨的挑戰(zhàn)。針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中的應(yīng)用，提出了一種綜合能源服務(wù)及交易平臺，并討論了該平臺具備的功能和帶來的經(jīng)濟(jì)、社會效益。最后，對面向電力市場的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。

1、新時代電力工業(yè)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)

1.1電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)境問題的日益突出，當(dāng)今電力系統(tǒng)在“發(fā)、輸、配、用”等各個方面都發(fā)生了顯著的變化。其表現(xiàn)為：發(fā)電側(cè)逐漸從過去的傳統(tǒng)能源集中發(fā)電方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺桨l(fā)電與分布式發(fā)電、傳統(tǒng)能源發(fā)電與可再生能源發(fā)電并存的方式，由于發(fā)電側(cè)出現(xiàn)了大量的風(fēng)力和光伏等可再生能源，導(dǎo)致系統(tǒng)電源側(cè)的隨機(jī)性和可調(diào)整性受到很大的影響。輸電側(cè)逐漸從過去的以超高壓電網(wǎng)為主網(wǎng)架的局部互聯(lián)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴馗邏弘娋W(wǎng)為骨干網(wǎng)架的廣泛互聯(lián)方式，大容量、遠(yuǎn)距離的特高壓交直流混合輸電的出現(xiàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行特性和穩(wěn)定特性發(fā)生重大變化。配電側(cè)用戶數(shù)量以及用電負(fù)荷種類的增多，導(dǎo)致配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和承載的功能正在發(fā)生改變，由于用戶多樣性的用能需求，配電網(wǎng)的角色已經(jīng)由傳統(tǒng)的單向電能提供逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向能量互動。隨著智能終端、分布式發(fā)電和電動汽車的普及，用電側(cè)已經(jīng)具備了一定程度的參與電網(wǎng)動態(tài)調(diào)整和電能供應(yīng)的能力,用電客戶的角色界定也越來越模糊。

新時代電力系統(tǒng)的組成和所承載的功能已經(jīng)發(fā)生了顯著的轉(zhuǎn)變，因電源、網(wǎng)架和負(fù)荷的變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)備用容量不足、頻率/電壓穩(wěn)定性差和諧波含量高等問題日益凸顯。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)控往往采用棄風(fēng)、棄光和增加備用容量等措施維持系統(tǒng)穩(wěn)定，但這種方式會導(dǎo)致新能源利用率不高、投資成本過大和輸電通道傳輸容量無法充分利用等問題，無法從根本上保證系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，提高電力系統(tǒng)全網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，實時感知當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行方式和精細(xì)控制各方面現(xiàn)有的調(diào)節(jié)容量，是適應(yīng)新時代電網(wǎng)調(diào)控的可行方案。

1.2電網(wǎng)公司角色的轉(zhuǎn)變

伴隨著電力體制改革和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的不斷深化，電網(wǎng)公司和傳統(tǒng)的電信運(yùn)營商一樣，面臨著被“管道化”的可能。過去的20年，互聯(lián)網(wǎng)和移動通信飛速發(fā)展，然而在這個發(fā)展的風(fēng)口上，不斷崛起的是各大互聯(lián)網(wǎng)公司，而提供基礎(chǔ)服務(wù)的三大電信運(yùn)營商不僅沒有從中獲得太多的紅利，反而逐步失去了市場中的主動權(quán)。這是由于在移動通信發(fā)展初期，運(yùn)營商是典型的內(nèi)容提供商，其直接與客戶群體聯(lián)系，為客戶群體提供通話和短信等業(yè)務(wù)并收取費(fèi)用。

然而隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，移動數(shù)據(jù)流量成為了移動通信的主角，各大運(yùn)營商所能提供的服務(wù)幾乎沒有差異?？蛻魧τ谶\(yùn)營商提供短信和通話服務(wù)的黏性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷ヂ?lián)網(wǎng)內(nèi)容的黏性，導(dǎo)致過去運(yùn)營商直接面向客戶的場景轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)公司直接面向客戶，而運(yùn)營商只提供通信“管道”的現(xiàn)狀，如圖1所示?；ヂ?lián)網(wǎng)公司通過自身推出的各項服務(wù)吸引了大批客戶之后，其所提供的服務(wù)將不僅僅限于這些基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，還可以利用大量的客戶群體提供各類增值業(yè)務(wù)(如廣告和理財服務(wù)等,并從中獲得更大的利潤。比較有代表性的例子包括，現(xiàn)在越來越多的人開始使用社交軟件的音頻或者視頻通話取代傳統(tǒng)的電話和短信業(yè)務(wù)，而社交平臺的作用也不僅限于社交，其還提供了公眾號的推廣服務(wù)、內(nèi)嵌其他小程序的廣告服務(wù)和電子貨幣的理財服務(wù)等。在這個過程中，運(yùn)營商已經(jīng)完quan失去了市場的主動權(quán)，不僅無法獲得互聯(lián)網(wǎng)帶來的紅利，還需要承擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護(hù)的龐大費(fèi)用，因此導(dǎo)致運(yùn)營商的利潤逐年下滑。

從電信運(yùn)營商被“管道化”的現(xiàn)象中不難發(fā)現(xiàn)，電力作為一種類似于移動數(shù)據(jù)的無差別商品，隨著開放的電力市場逐步完善，如果電網(wǎng)公司繼續(xù)堅持傳統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營業(yè)務(wù)，就會逐步失去客戶，逐漸變成為新型能源服務(wù)提供基礎(chǔ)支撐的“管道化”企業(yè)。因此在新時代電網(wǎng)公司必須改變傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式和商業(yè)模式，加快推動電網(wǎng)向智能化和物聯(lián)網(wǎng)化的新階段轉(zhuǎn)型，打破傳統(tǒng)通過購銷價差獲得盈利的單一模式，在萬物互聯(lián)的新時代積極開辟新的經(jīng)營方式和發(fā)展理念。

1.3發(fā)電企業(yè)角色的轉(zhuǎn)變

與電網(wǎng)公司不同，在開放的電力市場環(huán)境下，發(fā)電企業(yè)可以成立售電公司，直接與用電客戶進(jìn)行交易，并具備了一定程度上的自主定價權(quán)。發(fā)電企業(yè)進(jìn)入電力市場，一方面能促進(jìn)企業(yè)降本增效，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面也使得企業(yè)面臨市場化的挑戰(zhàn)，增加了企業(yè)的經(jīng)營風(fēng)險。由于受傳統(tǒng)壟斷式的運(yùn)營方式所限，發(fā)電企業(yè)對于電力市場的了解很少，在電力營銷和用戶側(cè)服務(wù)方面的經(jīng)驗非常欠缺。如何打開售電渠道、提高企業(yè)的市場占用率是發(fā)電企業(yè)立足開放電力市場必須解決的問題。

為應(yīng)對市場化所帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，首先，發(fā)電企業(yè)必須加強(qiáng)電力營銷與宣傳的力度，不斷擴(kuò)大自身的用戶群體，充分利用信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，簡化售電的流程，構(gòu)建一條開放、便捷和實時的售電渠道。其次，為增強(qiáng)電力用戶與發(fā)電企業(yè)產(chǎn)品之間的黏性，企業(yè)必須準(zhǔn)確獲取用戶的用能信息和習(xí)慣，針對不同的用戶群體推出精細(xì)化、個性化的服務(wù)，合理安排各種類型的優(yōu)惠政策，突出企業(yè)的特點，增強(qiáng)核心競爭力。

2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中的應(yīng)用場景

2.1綜合能源服務(wù)及交易平臺架構(gòu)

在一個技術(shù)條件齊備和市場管理機(jī)制成熟的開放電力市場下，電力系統(tǒng)中的發(fā)電側(cè)和購電側(cè)完quan市場化，人們可以靈活地參與到電力的交易中來。其中：發(fā)電側(cè)既包含了傳統(tǒng)的發(fā)電集團(tuán)，也包含了個人的小水電、分布式新能源以及電動汽車等；而購電側(cè)則包含了工廠等大客戶以及居民等個人客戶。需要注意的是，除了專門的發(fā)電集團(tuán)以外，其他客戶可以根據(jù)自己當(dāng)前的電能需求、個人電源當(dāng)前能發(fā)出的電量以及上網(wǎng)的實時電價，決定是從電網(wǎng)購電還是向電網(wǎng)售電。

在上述開放的電力市場下，依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建一個綜合能源服務(wù)及交易平臺(以下簡稱“綜合能源服務(wù)平臺”),并開發(fā)相應(yīng)的電腦和手機(jī)客戶端。所有參與電力交易的企業(yè)和個人可以通過實名制賬戶進(jìn)入綜合能源服務(wù)平臺，進(jìn)行實時靈活的電力交易。

2.2電力能源交易

電力能源交易是綜合能源服務(wù)平臺的核心業(yè)務(wù)和基礎(chǔ)功能。所有需要參與電力能源交易的企業(yè)和個人需向有關(guān)部門及運(yùn)營的電網(wǎng)公司提出開戶請求，獲得審核批準(zhǔn)之后，可以登錄綜合能源服務(wù)平臺。

發(fā)電企業(yè)是典型的售電側(cè)客戶，其根據(jù)發(fā)電調(diào)度計劃和電力需求的情況，決定當(dāng)前該企業(yè)的售電電價并將這部分電能像商品一樣在綜合能源服務(wù)平臺上“上架”。待用電客戶通過綜合能源服務(wù)平臺買走該部分電能之后，發(fā)電企業(yè)將對應(yīng)容量的電能輸送上網(wǎng)。

大型的企業(yè)及工廠是典型的購電側(cè)客戶，其根據(jù)企業(yè)的電能需求和自身的用能特點，在綜合能源服務(wù)平臺上選擇價格合適的售電商。與對應(yīng)的售電商簽訂購買協(xié)議并支付費(fèi)用之后，購電企業(yè)獲得對應(yīng)容量電能的使用權(quán)限。

個人用戶在不同的場景下既可能是售電側(cè)客戶，也可能是購電側(cè)客戶?？紤]當(dāng)用戶家庭安裝有分布式小型發(fā)電及儲能系統(tǒng)時，用戶在滿足自身電能需求的情況下就具備了對外售電的能力。當(dāng)個人的分布式發(fā)電系統(tǒng)所供電能超出了目前個人所需的電能時，用戶可以將這部分多余的電能定價后在綜合能源服務(wù)平臺上“上架”;而當(dāng)分布式發(fā)電不能滿足自身需求時，用戶則可以在平臺上向發(fā)電企業(yè)或其他個人賣家購買電能。

在此過程中，綜合能源服務(wù)平臺相當(dāng)于為售電和購電的客戶提供了一個實時交易的平臺。售電側(cè)和購電側(cè)客戶只需要在平臺上完成交易，負(fù)責(zé)運(yùn)營的電網(wǎng)公司作為中間層負(fù)責(zé)電能的傳輸、調(diào)度和功率平衡，并從中收取一定比例的過網(wǎng)費(fèi)和手續(xù)費(fèi)。對于發(fā)電企業(yè)，綜合能源服務(wù)平臺為其提供了廣大的客戶群體，解決了企業(yè)的售電渠道問題并降低了市場化運(yùn)營的風(fēng)險。對于用電客戶，綜合能源服務(wù)平臺為其提供了更多的選擇，可以根據(jù)自身用能的特點選擇的售電商，從而降低自身的用電成本。另外，對于具備發(fā)電能力的用電客戶，綜合能源服務(wù)平臺為其提供了良好的電力交易環(huán)境，有利于分布式電源廣泛接入和各類能源綜合利用。對于電網(wǎng)公司，其依托傳輸通道和調(diào)度管理的核心地位，擁有了綜合能源服務(wù)平臺的運(yùn)營權(quán)，后續(xù)可在平臺上繼續(xù)開發(fā)高級應(yīng)用，為企業(yè)發(fā)展注入新的動力。

2.3電力需求側(cè)響應(yīng)

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的頻率和電壓調(diào)節(jié)主要通過供給側(cè)改變有功和無功出力的方式實現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法增大了系統(tǒng)的備用容量和投資成本。利用綜合能源服務(wù)平臺上靈活的電力交易機(jī)制，可以通過市場化的調(diào)節(jié)手段鼓勵用電客戶主動參與到電網(wǎng)的調(diào)節(jié)中，從而實現(xiàn)電力的需求側(cè)響應(yīng)。

在電力使用的高峰期，由于電力需求緊張，各個售電商會提高電價。此時為了降低用電成本，企業(yè)和工廠會將部分耗能或者不緊急的業(yè)務(wù)推遲到用電低谷時期，而個人客戶也會將部分可轉(zhuǎn)移負(fù)荷(洗衣機(jī)、洗碗機(jī)和電動汽車充電等)推遲到用電低谷時期。此外，為了賺取更多的售電收益，具備發(fā)電能力的個人用戶還會將儲能系統(tǒng)和電動汽車中多余的電能反送上網(wǎng)進(jìn)行售賣，也能在一定程度上緩解高峰時期電力緊張的程度。

而在電力使用的低谷時期，由于電價便宜，工廠和企業(yè)可進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。個人客戶此時可以開始可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的用電，同時給自己的儲能系統(tǒng)和電動汽車進(jìn)行充電。

通過電價激勵的手段，電力客戶會逐漸轉(zhuǎn)變自己的用電習(xí)慣，主動參與到電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中。這不僅可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少電力基礎(chǔ)設(shè)施的投資，還可以在保證用戶生活質(zhì)量的同時，使用戶從中獲得一部分經(jīng)濟(jì)利益。

2.4增值業(yè)務(wù)

2.4.1增值業(yè)務(wù)模式

增值業(yè)務(wù)是綜合能源服務(wù)平臺一大新的經(jīng)濟(jì)增長極，也是平臺型業(yè)務(wù)的特you優(yōu)勢，現(xiàn)代社會每個人都需要參與到電力交易中來，因此綜合能源服務(wù)平臺將會成為擁有客戶占有率的企業(yè)平臺。利用如此龐大的客戶群體，可以通過提供相關(guān)的高級應(yīng)用和增值服務(wù)進(jìn)一步挖掘綜合能源服務(wù)平臺的潛在價值。

2.4.2能源服務(wù)一站化解決

隨著分布式發(fā)電和電動汽車等技術(shù)的快速發(fā)展，出于降低能源消費(fèi)和提高生活質(zhì)量等原因，未來有條件的客戶都可以在自己的家中安裝分布式發(fā)電系統(tǒng)以及電動汽車充放電裝置，綜合能源服務(wù)平臺可以為客戶提供從方案設(shè)計到產(chǎn)品選型再到施工安裝的一站式綜合能源解決方案。對于有相關(guān)需求的客戶，可在綜合能源服務(wù)平臺上填報自己的需求和安裝地址，之后會由專人對現(xiàn)場情況進(jìn)行查看并出具設(shè)計方案和設(shè)備清單?？蛻艨梢栽诰C合能源服務(wù)平臺的電力商城中選購安裝所需要的各類部件，付款后再由專人配送到家并負(fù)責(zé)安裝。

2.4.3電力商城

以能源服務(wù)為契機(jī)，推進(jìn)綜合能源服務(wù)平臺中電力商城業(yè)務(wù)的進(jìn)一步拓寬，打造專業(yè)電力領(lǐng)域的網(wǎng)上商場。所有經(jīng)過認(rèn)證的國內(nèi)外電力設(shè)計及設(shè)備制造的廠家，都可以在電力商場中銷售電力設(shè)備及技術(shù)服務(wù)。通過在產(chǎn)品安裝和售后服務(wù)等方面的專業(yè)優(yōu)勢，提高電力商城相比于其他平臺的競爭力。

2.4.4智能購售電

在開放的電力市場下，電價隨著時間和需求不斷波動。為了提高客戶用電的經(jīng)濟(jì)性，可以利用大數(shù)據(jù)和優(yōu)化算法為客戶實時尋找的購電和售電方案。當(dāng)用戶需要購電或者售電時，其通過在綜合能源服務(wù)平臺上設(shè)定某段時間之內(nèi)所需交易的電量之后，智能購售電程序?qū)⒃谶@段時間內(nèi)不斷尋找和預(yù)測jia格優(yōu)hui的售電商進(jìn)行購買，或?qū)ふ业氖垭姇r間和電價進(jìn)行出售。此外，在用戶配備有儲能系統(tǒng)的情況下，智能購售電業(yè)務(wù)還可以利用波動的電價，通過低價買入和高價賣出的方式獲得部分利潤。

2.4.5貨幣金融業(yè)務(wù)

為了實現(xiàn)綜合能源服務(wù)平臺上能源交易的功能，貨幣交易是該平臺必bu可少的環(huán)節(jié)。用戶將自己的銀行卡與個人賬戶綁定，并將真實貨幣與平臺上的虛擬貨幣進(jìn)行兌換后方可進(jìn)行能源交易。由于在綜合能源服務(wù)平臺上任何時間都可以將虛擬貨幣兌換為等價的電能，實現(xiàn)了該平臺上虛擬貨幣的“實體化”,保證了此虛擬貨幣的價值。為了鼓勵用戶將貨幣存入平臺內(nèi)，綜合能源服務(wù)平臺可以進(jìn)一步開發(fā)貨幣基金、理財產(chǎn)品和gu票等金融業(yè)務(wù)，將能源的平臺進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榻鹑诘钠脚_。

3、面向電力市場的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵

技術(shù)為構(gòu)建本文所提出的綜合能源服務(wù)平臺的體系架構(gòu)和相關(guān)功能，實現(xiàn)全系統(tǒng)能源流、信息流、業(yè)務(wù)流的一體化融合，應(yīng)當(dāng)在狀態(tài)感知、信息交互和數(shù)據(jù)處理等各環(huán)節(jié)著重發(fā)展以下關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 電力物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備

智能化采集終端和用戶終端是綜合能源服務(wù)平臺的“神經(jīng)末梢”,一方面，其可以采集電力設(shè)備的狀態(tài)信息和用戶的用能信息等原始數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確判斷當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行方式和潮流大小，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患并評估運(yùn)行的安全風(fēng)險。另一方面，基于優(yōu)化的運(yùn)行方式，終端設(shè)備可以實時發(fā)布當(dāng)前的電能需求，調(diào)整電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確控制各電源的出力，優(yōu)化調(diào)整用戶的用電模式。

若要發(fā)展電力物聯(lián)網(wǎng)智能終端設(shè)備，首先，應(yīng)在當(dāng)前系統(tǒng)已有的電壓電流互感器、各類傳感器和用戶側(cè)智能電表的基礎(chǔ)上，解決數(shù)據(jù)種類單一和信息交互能力不強(qiáng)的問題。其次，針對系統(tǒng)中新型的分布式發(fā)電單元、用戶側(cè)智能家電和電動汽車等設(shè)備，開發(fā)對應(yīng)的智能傳感接口設(shè)備，實現(xiàn)不同場景、不同設(shè)備的即插即用及能源信息雙向流通的功能[32-35]。最后，由于電力設(shè)備長期運(yùn)行在復(fù)雜多變的環(huán)境中，電磁場、溫濕度和壓力大小都會對傳感器的運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，電力物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備在面對復(fù)雜運(yùn)行工況的情況下，應(yīng)當(dāng)保證多維度信息采集的精度，具備數(shù)據(jù)的初步處理和可靠性評估的能力

3.2 綜合通信網(wǎng)絡(luò)及信息安全

綜合通信網(wǎng)絡(luò)是綜合能源服務(wù)平臺的“傳輸媒介”,其可為設(shè)備狀態(tài)信息、電力交易信息和調(diào)度控制命令等多種類型的業(yè)務(wù)提供可靠、安全的信息交互通道。

綜合能源服務(wù)平臺不僅涉及電力系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息，還需要處理海量的電力客戶用能信息，通信網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍更廣、程度更深且形式更加復(fù)雜。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中采用的電力線載波和專用光纖通信等“點對點”的有線通信方式，存在施工復(fù)雜、投資成本高且使用環(huán)境受限的弊端，因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)實際工況和經(jīng)濟(jì)成本等因素，靈活選擇局域網(wǎng)Zigbee和5G等新興的各類有線和無線通信方式進(jìn)行組網(wǎng)3。另外，針對不同對象所使用的不同通信方式，為了保證各類設(shè)備的接入，需要制定泛在電力物聯(lián)網(wǎng)專用的通信標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建具備設(shè)備自識別、自動注冊和跨平臺信息交互的通信協(xié)議。

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的背景下，電力系統(tǒng)所承載的功能全且業(yè)務(wù)廣，除了傳統(tǒng)的電力流以外，大量的業(yè)務(wù)流、資金流和各類用戶的私人信息都需要在通信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交互，因此信息安全對于電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要性不言而喻。但由于開放性終端設(shè)備和雙向數(shù)據(jù)流通的出現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)通信外網(wǎng)與電力專用內(nèi)網(wǎng)的并存，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題也受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。針對信息安全問題，一方面，需要建立終端設(shè)備安全防護(hù)體系，加強(qiáng)對接入終端設(shè)備的身份認(rèn)證和訪問權(quán)限的控制,過濾并攔截部分可信度較低的信息以及可能的惡意操作等。另一方面，需要對通信網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全管控，通信雙方可以采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)或者安全路由技術(shù)等手段，保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性和完整性，確定每一條信息的合法性和真實性。

3.3 智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺

智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺是綜合能源服務(wù)平臺的“控制中心”,其通過對海量的狀態(tài)信息進(jìn)行分析和處理，從而對目前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)做出整體的判斷，并為系統(tǒng)的運(yùn)行控制和各類用戶的電力交易提供指導(dǎo)。

綜合能源服務(wù)平臺中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來源多樣、格式復(fù)雜且冗余度高，雖然各類信息中所隱含的信息價值很大，但各類信息之間的關(guān)聯(lián)性不直觀，因此物聯(lián)網(wǎng)管控平臺必須具備數(shù)據(jù)的分類匯總、分析處理和信息挖掘的功能。對于系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)，首先，應(yīng)對各類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，解決當(dāng)前電力系統(tǒng)信息碎片化存儲的問題，打破信息的孤島，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享。其次，應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)在冗余的數(shù)據(jù)中對同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，從而減小通信和數(shù)據(jù)存儲的壓力，提高數(shù)據(jù)分析的可信度。最后，針對篩選后的數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)，從數(shù)據(jù)中分析得出當(dāng)前電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等深層次信息，并為綜合能源服務(wù)平臺中的電能交易、需求側(cè)響應(yīng)和智能購售電等高級應(yīng)用提供支撐。

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

5、應(yīng)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(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

6、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

7、平臺功能

7.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據(jù)客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過培訓(xùn)的工程或調(diào)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(yè)駕駛艙，內(nèi)容有：預(yù)付費(fèi)、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運(yùn)維情況等。其中百du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(yù)警顯示。

7.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè) 備運(yùn)行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)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(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析 與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

7.4預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)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(jìn)行遠(yuǎn)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(jìn)行遠(yuǎn)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(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費(fèi)看板

7.5 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

7.6 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

照明實時監(jiān)控

7.7 安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)快速時間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。

7.8 智慧消防

通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。填bu了原先針對“九小場所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細(xì)化”的實際需求。

智慧消防看板

8、系統(tǒng)硬件配置

結(jié)語

對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中的具體應(yīng)用進(jìn)行了展望，并對關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)行歸納總結(jié)，得出如下結(jié)論：

1. 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電力市場環(huán)境的變化，使得傳統(tǒng)的運(yùn)行控制方法無法保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，繼續(xù)采用傳統(tǒng)運(yùn)營模式的電力企業(yè)無法適應(yīng)開放電力市場下的角色轉(zhuǎn)變。大力建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是突破傳統(tǒng)運(yùn)行方式瓶頸、轉(zhuǎn)變電力工業(yè)發(fā)展方向和理念的重大戰(zhàn)略舉措，也是建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的必經(jīng)之路。

2)基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所提出的綜合能源服務(wù)平臺是連接電力工業(yè)各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，實現(xiàn)了開放電力市場下的能源交易、綜合能源服務(wù)以及增值業(yè)務(wù)等多項功能，充分體現(xiàn)了新時代電力系統(tǒng)“樞紐、平臺和共享”的作用，為電力工業(yè)各環(huán)節(jié)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。

3)為實現(xiàn)綜合能源服務(wù)平臺的體系架構(gòu)和相關(guān)功能，還需要在電力物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備、綜合通信網(wǎng)絡(luò)及信息安全和智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域加強(qiáng)研究。

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[2] 楊甲甲，趙俊華，文福拴，等.電力零售核心業(yè)務(wù)架構(gòu)與購售電決策[J].電力系統(tǒng)自動化，2017,41(14):10-23。

[3] 夏超鵬. 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場應(yīng)用中的展望；國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇省南京市210000。

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版。

作者簡介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。