張娟

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：隨著智能電網(wǎng)與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的深入融合和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用成為近年來研究的熱點(diǎn)。首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念，總結(jié)了當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)等三個(gè)方面中的主要應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，從傳感器、通信、云邊緣計(jì)算三個(gè)方面對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，進(jìn)而提出了未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、通信和計(jì)算處理方面的優(yōu)勢與應(yīng)用前景。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)深度融合的角度，闡述了智能電網(wǎng)的發(fā)展愿景。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能電網(wǎng)；電力系統(tǒng)；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

0引言

近年來，隨著電力負(fù)荷的快速增長，間歇性電源的高比例接入，全球天氣加劇等問題的增多，傳統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行已受到巨大挑戰(zhàn)。針對上述情況，發(fā)展更加智能的電網(wǎng)，將先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)電網(wǎng)，解決源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面的重難點(diǎn)問題將成為未來電網(wǎng)建設(shè)的主要任務(wù)與挑戰(zhàn)。

物聯(lián)網(wǎng)概念由 Kevin Ashton 教授提出，早期的物聯(lián)網(wǎng)是依托 RFID 技術(shù)的物流網(wǎng)絡(luò)。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了較大變化，國際電信聯(lián)盟發(fā)布的《互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告 2005：物聯(lián)網(wǎng)》認(rèn)為，(1) 目前的三大網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和發(fā)展的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)是在三網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展；(2) 用戶應(yīng)用終端從人與人之間的信息交互與通信擴(kuò)展到了人與物、物與物、物與人之間的溝通連接[2]。

智能電網(wǎng)由美國首先提出，美國電科院于 2000年前后提出了 Intelli-Grid 的概念，認(rèn)為這是未來電網(wǎng)發(fā)展的態(tài)勢和解決 21 世紀(jì)電網(wǎng)面臨的各種問題的途徑。智能電網(wǎng)具有自愈、互動、優(yōu)化、兼容、集成的特征。目前，國內(nèi)外對智能電網(wǎng)的研究仍屬于熱點(diǎn)。國家電網(wǎng)公司將智能電網(wǎng)定義為以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)的智能化電網(wǎng)。南方電網(wǎng)公司定位要構(gòu)筑一個(gè)可靠、綠色能電網(wǎng)，以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，提高系統(tǒng)和資產(chǎn)的運(yùn)用效率，提高用戶側(cè)

的能效管理和服務(wù)水平，提高資源優(yōu)化配置運(yùn)用能力，促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會發(fā)展為目標(biāo)。

智能電網(wǎng)建設(shè)涉及面廣，面臨的問題較多，依靠傳統(tǒng)技術(shù)很難滿足其需求，因此更需要云、 大、物、移、智等新興技術(shù)支撐。由此能源互聯(lián)網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生，成為智能電網(wǎng)更開闊的發(fā)展空間。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為當(dāng)前科技領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)，已有不少學(xué)者分析和探討其在電力領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景。

作為智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)相互融合的產(chǎn)物，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，國家電網(wǎng)公司發(fā)布《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)白皮書 2019》，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)分為兩個(gè)階段，構(gòu)建能源生態(tài)、迭代打造企業(yè)中臺、協(xié)同推進(jìn)智慧物聯(lián)、同步推進(jìn)管理優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)到 2024 年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。并提出了《配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展白皮書》，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)和配電網(wǎng)的融合，對配電物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的規(guī)?；こ虘?yīng)用和場景進(jìn)行推廣。

目前，在眾多實(shí)施的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項(xiàng)目中，嘉興烏鎮(zhèn)電力物聯(lián)網(wǎng)作為園區(qū)級綜合示范項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了智慧路燈、電動汽車智慧車聯(lián)網(wǎng)、全感知配電房等多種場景的應(yīng)用，建立了全景智慧用電平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，服務(wù)城市管理、百姓生活。有利于智慧城市的建設(shè)。浙江無錫作為國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)示范城市，系統(tǒng)規(guī)劃了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)以物聯(lián)網(wǎng)為龍頭的新一代信息技術(shù)與工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、城市治理深度融合，形成一系列“讓城市生活更美好”的智慧解決方案和運(yùn)營管理模式。國網(wǎng)上海電力將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于進(jìn)博會的供電保障中。實(shí)現(xiàn)更快發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，從而大大提升保電工作的效率及能力。      

智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合是順應(yīng)數(shù)字化浪潮的必然結(jié)果，挖掘電力在源網(wǎng)荷三方面的數(shù)字屬性，提高電力數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，可以幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率的發(fā)展。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)以數(shù)字技術(shù)為傳統(tǒng)電網(wǎng)賦能，不斷提升電網(wǎng)的感知能力、互動水平和運(yùn)行效率，有力支撐各種能源接入和綜合利用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是智能傳感器、低功率廣域通信技術(shù)以及邊緣云計(jì)算等技術(shù)的成熟，未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用需進(jìn)行進(jìn)一步的思考。

基于此，本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面中的主要應(yīng)用。然后從傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和云/邊緣計(jì)算角度分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用。結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢與未來電網(wǎng)需求，闡述了智能電網(wǎng)的發(fā)展愿景。

1當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

目前電網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)已經(jīng)成為聯(lián)系到千家萬戶的每一臺電器，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)非常具備。簡單來說，建設(shè)智能電網(wǎng)需要在現(xiàn)有電網(wǎng)上增加傳感測量技術(shù)、集成通信技術(shù)和控制方法，而物聯(lián)網(wǎng)本身就是這三者的有機(jī)結(jié)合，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以和智能電網(wǎng)高度融合，二者相輔相成。

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)側(cè)重于設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，即利用傳感器將各種設(shè)備與資產(chǎn)連接到一起，對關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的相互融合，賦予了雙方新的特征。首先，物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的融合，使物聯(lián)網(wǎng)更注重用戶之間以及用戶與電網(wǎng)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)連接和互動，并實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的收集分析和實(shí)時(shí)高速傳輸。其次，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)也使物聯(lián)網(wǎng)加強(qiáng)了其智能處理和決策支持功能，智能電網(wǎng)需要物聯(lián)網(wǎng)來分析診斷電網(wǎng)和電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，進(jìn)而進(jìn)行決策去排除和避免電力故障。物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用也加強(qiáng)了智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理能力，由于物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)都以信息傳輸為基礎(chǔ)，均需要對海量信息進(jìn)行智能處理，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的實(shí)時(shí)響應(yīng)處理， 但智能電網(wǎng)主要應(yīng)用在電信息采集控制及用電服務(wù)系統(tǒng)等方面，而物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用在實(shí)體屬性信息及控制信息交互，顯然，物聯(lián)網(wǎng)更側(cè)重于數(shù)據(jù)處理，與智能電網(wǎng)的融合可以更好地實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的處理。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息化程度，促進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。

本節(jié)從源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面論述物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、云/邊緣計(jì)算技術(shù)等的支持在電網(wǎng)運(yùn)行中的不同應(yīng)用。源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面的通信方式如圖 1 所示。

1.1 源側(cè)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電源側(cè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在傳感器應(yīng)用及對發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測，主要分成傳統(tǒng)電源和分布式電源兩個(gè)部分的應(yīng)用來闡述，其中通信一般依靠工業(yè)以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。

對于傳統(tǒng)電源方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于對發(fā)電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，能夠檢測發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)情況，并根據(jù)機(jī)組的異常情況查找故障原因。

對于分布式電源方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)節(jié)，從而使新能源更好的并網(wǎng)接入和運(yùn)行。在光伏發(fā)電方面，文獻(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)對偏遠(yuǎn)地區(qū)的光伏系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制。文獻(xiàn)除了可以實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的監(jiān)測，還可以實(shí)現(xiàn)對光伏系統(tǒng)中g(shù)ong率點(diǎn)的跟蹤。在風(fēng)能發(fā)電方面，由于風(fēng)電場具有單機(jī)數(shù)目大、分布地區(qū)廣且大的特點(diǎn)，因此需要長時(shí)間頻繁維護(hù)。若將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電場組網(wǎng)，則可以大大降低其運(yùn)營維護(hù)的成本，文獻(xiàn)提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。文獻(xiàn)利用物聯(lián)網(wǎng)中的深度學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)預(yù)測和診斷風(fēng)力發(fā)電的故障，能夠提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性并減少成本。

總而言之，在電源側(cè)物聯(lián)網(wǎng)可以加快新能源的發(fā)展，規(guī)范新能源的并網(wǎng)和運(yùn)行，但目前基于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)出的這些監(jiān)測系統(tǒng)仍存在系統(tǒng)不夠完善、故障率較高的問題，且在通信方面，由于分布式電源具有隨機(jī)性、點(diǎn)多面廣等特點(diǎn)，可能會造成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集負(fù)擔(dān)、遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)滯后等問題。因此，物聯(lián)網(wǎng)在電源側(cè)的應(yīng)用需要改進(jìn)的是加強(qiáng)監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和處理能力。

1.2 網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電側(cè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對輸電線路狀態(tài)的監(jiān)測及線路檢修管控，其中通信一般依靠專用通信網(wǎng)(光纖網(wǎng)絡(luò))或通用分組無線服務(wù)(General Packet Radio Service, GPRS)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)在輸電側(cè)的應(yīng)用可以解決目前監(jiān)測系統(tǒng)存在的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、數(shù)據(jù)傳輸率低等問題，從而提高輸電效率。

對于輸電線路的通信方面，目前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)別在于數(shù)據(jù)采集的方式不同或傳輸?shù)耐ㄐ欧绞讲煌Ｎ墨I(xiàn)通過對不同物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的組合，從而實(shí)現(xiàn)對長距離輸電設(shè)施的信息傳輸和監(jiān)控。對于高壓線路的監(jiān)測方面，文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)了高壓輸電線路的在線監(jiān)測，通過對高壓線路的參數(shù)測量，提高了其通信穩(wěn)定性，但仍存在電磁干擾、防潮、防雷以及各種自然環(huán)境等防護(hù)問題。對于輸電塔的保護(hù)方面，文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了輸電塔保護(hù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對高壓骨干輸電塔的故障分類、定位和預(yù)警。

在變電側(cè)的應(yīng)用主要是對變電站電氣信息、狀態(tài)信息和操作信息進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警，一般通過光纖或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

在變電設(shè)備監(jiān)測方面，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以解決傳統(tǒng)變電設(shè)備監(jiān)測裝置相互獨(dú)立、數(shù)據(jù)無法共享、計(jì)算負(fù)荷分配不均及不具備故障初步診斷功能的問題。文獻(xiàn)均實(shí)現(xiàn)了對變電站內(nèi)主要變電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測和對存在的故障隱患進(jìn)行報(bào)警和預(yù)警，文獻(xiàn)針對智能變電站設(shè)備提出全景信息建模方案，提高了設(shè)備性能。文獻(xiàn)通過計(jì)算傳感數(shù)據(jù)的可信度，可以防止異常數(shù)據(jù)導(dǎo)致變電設(shè)備的故障。文獻(xiàn)利用紅外圖像與可見光圖像配準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)對變電設(shè)備異常狀態(tài)監(jiān)控。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高速監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化。在變電站通信方面，對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了變電站數(shù)據(jù)智能分析、遠(yuǎn)程控制的功能。

在配電側(cè)的應(yīng)用包括對設(shè)備提供智能管理，對電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，支撐配電自動化的實(shí)現(xiàn)，目前配網(wǎng)自動化中的通信主要是依靠光纖，沒有條件的地方則主要依靠 GPRS 無線公網(wǎng)。

在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對配電網(wǎng)中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，有助于提升電網(wǎng)運(yùn)行水平。對于目前輸變配電設(shè)備監(jiān)測存在人工定期檢測作業(yè)方式效率低、人工監(jiān)測方式存在監(jiān)測不到位的問題。實(shí)現(xiàn)了對輸變配電設(shè)備狀態(tài)的在線運(yùn)行監(jiān)測和智能管理，比傳統(tǒng)監(jiān)控方案更能確保設(shè)備信息感知與監(jiān)控之間的信息可靠交互。在配電自動化方面，利用云計(jì)算實(shí)現(xiàn)了配電自動化，提高了網(wǎng)絡(luò)的帶寬及減少延遲。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于主動配電網(wǎng)絡(luò)，提高主動配電網(wǎng)絡(luò)的效率和可靠性。

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有助于提高網(wǎng)側(cè)的運(yùn)維水平和智能化程度，提高了智能變電站的運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警。但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電側(cè)應(yīng)用仍存在通信傳輸速率較低以及信息在傳輸過程中被遮蔽等問題；在變電側(cè)的應(yīng)用存在設(shè)備之間電磁干擾以及傳感器選擇和安裝等問題；在配電側(cè)的應(yīng)用存在監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較低的問題、復(fù)雜采集網(wǎng)絡(luò)的控制問題，以及智能終端選型、投資布點(diǎn)的問題。因此，物聯(lián)網(wǎng)在輸電側(cè)應(yīng)用需要改進(jìn)的是加強(qiáng)對氣象等影響因素的監(jiān)測和提高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男?；在變電?cè)應(yīng)用需要改進(jìn)的是傳感器的配置，以及解決通信干擾的問題；在配電側(cè)應(yīng)用需要改進(jìn)的是監(jiān)測系統(tǒng)的通信問題，提高系統(tǒng)的傳輸效率和準(zhǔn)確性以及配網(wǎng)智能設(shè)備布點(diǎn)的合理規(guī)劃。

1.3 荷側(cè)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在負(fù)荷側(cè)的應(yīng)用顯著是低壓抄表方式的轉(zhuǎn)變，除此之外，物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)在用電管理、用電方面的應(yīng)用，進(jìn)一步推動了智能家居、智能建筑方面的發(fā)展。

在智能用電服務(wù)方面，智能用電服務(wù)系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)在用戶側(cè)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于提升電網(wǎng)與用戶的互動，提升用戶的生活質(zhì)量，建了雙向互動服務(wù)總體構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)電力流、信息流和業(yè)務(wù)流的雙向互動。設(shè)計(jì)了一種基于多種通信方式混合組網(wǎng)的智能用

電服務(wù)系統(tǒng)，也有效地提升了電網(wǎng)和用戶的互動。利用 ZigBee 技術(shù)進(jìn)行用電信息采集，針對用戶不同的用電特點(diǎn)，為制定節(jié)能方案提供有力支持。

在智能家居、電動汽車方面，設(shè)計(jì)了基于實(shí)時(shí)電價(jià)的智能用電系統(tǒng)，還能達(dá)到平穩(wěn)的電

力負(fù)荷、提高能源利用的效果。在智能家居方面，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 B/S 架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用。用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)樓宇智能化。但物聯(lián)網(wǎng)在用電側(cè)的應(yīng)用仍存在數(shù)據(jù)采集的效率問題。設(shè)計(jì)了智能低成本家庭自動化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)家庭用電監(jiān)控計(jì)量以及在線計(jì)費(fèi)。

在電動汽車方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也促進(jìn)了電動汽車充電技術(shù)的發(fā)展。設(shè)計(jì)了充電導(dǎo)航路徑選擇模型，可以為電動汽車出行者制定快捷方便合理的充電導(dǎo)航路徑。文獻(xiàn)[52]提出一種物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，有助于電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營。

由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能有效提升負(fù)荷側(cè)的用電效率和用電管理水平。但是，物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有應(yīng)用存在用電數(shù)據(jù)挖掘不夠用電信息等問題，因此，物聯(lián)網(wǎng)在負(fù)荷側(cè)應(yīng)用需要改進(jìn)的是進(jìn)一步對用電數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，從而獲取有價(jià)值的用電信息，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

綜上可知，傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)的源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面都有不少應(yīng)用，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來其應(yīng)用場景也會更加豐富。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)的重要組成部分，三者是各類應(yīng)用環(huán)節(jié)的技術(shù)基礎(chǔ)，為物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的傳輸作了重要支持。傳感器作為數(shù)據(jù)獲取的源頭，通信技術(shù)組成了數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，邊緣計(jì)算提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度，云計(jì)算是數(shù)據(jù)處理和管理的平臺，從而使海量的電力數(shù)據(jù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中變得更加可靠，實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。

三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的交叉應(yīng)用，也為物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供了更大的空間。傳感器與邊緣計(jì)算的結(jié)合，可以及時(shí)處理和分析更靠近生成數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)處理變得分散，從而降低數(shù)據(jù)的延遲和管理成本。傳感器與 LPWAN 技術(shù)等先進(jìn)通信技術(shù)的結(jié)合，有利于分布式電源的運(yùn)維，可以解決風(fēng)電場范圍廣大且分布稀疏導(dǎo)致的運(yùn)維成本高的問題。通信技術(shù)與云計(jì)算的結(jié)合，提高了通信的質(zhì)量和計(jì)算量，從而提高了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的效率。物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)使物聯(lián)網(wǎng)具備了控制功能、傳輸采集通信、智能化邊緣計(jì)算等性能，從而使得物聯(lián)網(wǎng)的通信對象范圍得到拓展和擴(kuò)大,將原有的人與人的互聯(lián)轉(zhuǎn)化為人和世界萬物的聯(lián)系。

2.1 傳感器方面

傳統(tǒng)傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并按一定規(guī)律變換后輸出，典型的器件有電阻應(yīng)變式傳感器、電荷耦合器件、霍爾傳感器等。隨著傳感器不斷發(fā)展，具有信息處理功能的智能傳感器占據(jù)較大的應(yīng)用空間，智能傳感器也是物聯(lián)網(wǎng)獲取外界信息的重要途徑。與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器具有高精度、高可靠性、自適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)勢。

目前，小微智能傳感器是傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展方向，小微智能傳感器是傳統(tǒng)傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，也稱為巨磁阻傳感器(Giant Magneto Resistance, GMR)，具有采集、處理、交換信息的能力，因其具有的特低功率、便于安裝、抗干擾等特點(diǎn)使智能電網(wǎng)透明化運(yùn)行成為可能。因此，可以利用小微智能傳感器解決傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用瓶頸，例如將小微智能傳感器應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的感知層，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)測量和收集，進(jìn)一步拓展傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用范圍。小微智能傳感器作為透明電網(wǎng)重要的單元，仍存在電壓測量、功率較大等問題，其未來將要突破的瓶頸是自行實(shí)現(xiàn)能量的補(bǔ)給以及電壓測量的問題。

除此之外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用還有無線傳感網(wǎng)絡(luò)，它通過節(jié)點(diǎn)內(nèi)置傳感器進(jìn)行采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的目標(biāo)信息[55]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，它能為物聯(lián)網(wǎng)帶來傳感、互通和驅(qū)動的高性能。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也存在一定的缺陷，首先不同應(yīng)用場合下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和協(xié)議不同，需要設(shè)計(jì)相同的標(biāo)準(zhǔn)接入到電力通信網(wǎng)；其次無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電網(wǎng)中會受到電磁干擾，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中出現(xiàn)失誤，需要完成電磁兼容的可行性設(shè)計(jì)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要持續(xù)的能量供應(yīng)，若將小微智能傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，從中可以挖掘小微智能傳感器在智能電網(wǎng)中可能的應(yīng)用點(diǎn)。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始逐步應(yīng)用于智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集的場景中，如無線自動抄表、遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控、設(shè)備故障診斷等。

2.2 通信方面

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中一般針對距離的遠(yuǎn)近采用不同的通信技術(shù)，在局域網(wǎng)的場景中，一般采用短距離無線通信技術(shù)如 WIFI、藍(lán)牙等，具有易部署、功耗低、速率高的特點(diǎn)，但應(yīng)用距離有限。在范圍較廣的連接中，可以采用移動蜂窩網(wǎng)通信技術(shù)如 3G、4G，雖距離遠(yuǎn)、覆蓋廣、速率高，但功耗大、成本高。除此之外，傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)還存在多種通信技術(shù)的融合問題。針對傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)功耗與距離無法兼容、信號串?dāng)_等問題，未來通信技術(shù)將向高傳輸速率、低功耗、遠(yuǎn)距離、減少干擾等方向發(fā)展。其中具有代表性的未來通信技術(shù)有：寬帶載波、5G、低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)等。

2.2.1 寬帶載波通信技術(shù)

寬帶載波通信技術(shù)采用先進(jìn)的正交頻分復(fù)用技術(shù) (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)，即一種通信編碼技術(shù)，利用覆蓋范圍廣泛的電力線作為高速數(shù)據(jù)通信的載體，可以免布線、低成本地實(shí)現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)終端接入寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。相較于目前的窄帶載波技術(shù)而言，寬帶載波擁有三大核心優(yōu)勢：高頻點(diǎn)、遠(yuǎn)離電力線干擾；多載波、自動規(guī)避干擾；高速率、減少通信延時(shí)。寬帶載波通信技術(shù)可以解決多臺變信號串?dāng)_問題，可以更好地支撐智能用電。除此之外，寬帶載波通信技術(shù)可以為智能配電網(wǎng)中信息采集等場景提供高速可靠的信息通道。若將其應(yīng)用于城區(qū)的中壓電纜，可以滿足配電系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的傳輸要求，解決通信速率較低的問題。

2.2.2 5G 通信技術(shù)

5G 是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，可以解決海量無線通信需求，將采用包括大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在內(nèi)的一組關(guān)鍵技術(shù)，以滿足各種場景的差異化需求，文獻(xiàn)對此提出了應(yīng)用于 5G 大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)絡(luò)框架。低功耗寬連接和低時(shí)延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，是 5G 新拓展的場景，解決傳統(tǒng)移動通信不能很好地支持物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用的問題。5G 系統(tǒng)具有很高傳輸速率、超大容量帶寬、低延時(shí)低功耗的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)?？梢詰?yīng)用于分布式電源發(fā)電狀況的監(jiān)測，提高能源的利用率；電纜的狀態(tài)評估，有利于發(fā)現(xiàn)和預(yù)防故障發(fā)生；無人機(jī)巡檢輸電線路，可以拍攝更多更高清的圖片視頻，提高巡檢可靠性；還可以應(yīng)用于智能變電站、變電站機(jī)器人、配電自動化等場景。

2.2.3 低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)(LPWAN)技術(shù)

LPWAN 可以優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的 M2M 通信場景，是以星型網(wǎng)絡(luò)覆蓋，支持單節(jié)點(diǎn)覆蓋可達(dá) 100 km的遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。LPWAN 的特點(diǎn)在于覆蓋遠(yuǎn)、功耗低、低帶寬以及可以使用非同步通信。LPWAN 在網(wǎng)絡(luò)配置方面有很大的靈活性，可以支持定位服務(wù)和移動對象，并具有抗干擾的能力。LPWAN 可以應(yīng)用于源網(wǎng)荷互動、電氣設(shè)備溫度監(jiān)測、配電故障指示器等，還可實(shí)現(xiàn)包括發(fā)電廠、變電站、電動交通基礎(chǔ)設(shè)施、分布式發(fā)電運(yùn)維、環(huán)境監(jiān)測等能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的海量小數(shù)據(jù)連接需求。

2.3 云計(jì)算方面

云計(jì)算技術(shù)。云計(jì)算利用網(wǎng)格計(jì)算將多個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)體集成到一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算系統(tǒng)中，并通過相關(guān)技術(shù)將計(jì)算能力分配給用戶。與傳統(tǒng)計(jì)算模型相比，云計(jì)算具有高速互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力、接近無限存儲和計(jì)算能力強(qiáng)大等優(yōu)勢?？梢詫⒃朴?jì)算應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度、電網(wǎng)信息通信、電力數(shù)據(jù)存儲等，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲和處理以及處理平臺的統(tǒng)一管理和彈性擴(kuò)容

2.3.1 智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，規(guī)模也越來越大，為了對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。如何對大量智能監(jiān)測終端所產(chǎn)生的大規(guī)模運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)可靠的采集、傳輸、存儲和管理就顯得十分必要。

在電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行分析的過程中，以云計(jì)算為核心，以統(tǒng)一模型的數(shù)據(jù)庫為依托，采用相應(yīng)的服務(wù)總線技術(shù)，把分布在各個(gè)局站的調(diào)度子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和功能，用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的架構(gòu)整合在一起，構(gòu)建具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高的電網(wǎng)調(diào)度云計(jì)算平臺。從而實(shí)現(xiàn)對不同的調(diào)度實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，支撐支持系統(tǒng)的運(yùn)行，滿足大計(jì)算量應(yīng)用的需求。以及對大規(guī)模信息數(shù)據(jù)可靠的存儲和管理。

2.3.2 電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺

隨著智能電網(wǎng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，各種智能電表、傳感器、信息系統(tǒng)等異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)源持續(xù)不斷地產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)如用戶用電數(shù)據(jù)、調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)等，被稱為電力大數(shù)據(jù)。除此之外，分布式電源和電動汽車的大量接入，也會為電網(wǎng)注入更多的數(shù)據(jù)流，從這些數(shù)據(jù)中可以得到有應(yīng)用價(jià)值的信息。

目前，智能電網(wǎng)中安裝了許多智能化的測量裝置，從中產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)大多基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫，分析速度慢且可伸縮性差，難以適應(yīng)智能電網(wǎng)時(shí)代電力大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)存儲與分析的需求，已成為智能電網(wǎng)建設(shè)的瓶頸，因此，電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺應(yīng)運(yùn)而生。

電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺一般可以分為數(shù)據(jù)載入與處理、數(shù)據(jù)組織與存儲、數(shù)據(jù)交互式分析與展示三個(gè)部分，主要利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理和分析。主要結(jié)合云計(jì)算技術(shù)、分布式聯(lián)機(jī)分析處理等大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電力用戶側(cè)、電力設(shè)備狀態(tài)的大數(shù)據(jù)分析。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺可以增加電網(wǎng)的透明度，使運(yùn)行狀態(tài)透明化，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合其他不同的信息源也會有更深層次的應(yīng)用，如電力系統(tǒng)智能安防、用戶行為分析、大用戶節(jié)能服務(wù)、用戶竊電行為挖掘、需求側(cè)管理等。

2.4 邊緣計(jì)算方面

邊緣計(jì)算的“邊緣”指的是在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源頭之間任一具有計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的路徑。邊緣計(jì)算旨在將計(jì)算資源推向更靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的位置，其目標(biāo)是改善網(wǎng)絡(luò)延遲并確保執(zhí)行任務(wù)的效率。這樣能夠快速響應(yīng)用戶請求，并實(shí)現(xiàn)較低的時(shí)延和較高的帶寬。邊緣計(jì)算可以使許多控制從集中式云轉(zhuǎn)移到邊緣，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)對海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行或發(fā)生故障時(shí)，傳統(tǒng)方式是將海量信息上傳到集中式系統(tǒng)進(jìn)行處理，這就對計(jì)算機(jī)的

數(shù)據(jù)處理能力提出了很高的要求，而云/邊緣技術(shù)就可以解決此問題。除此之外，還可以將邊緣計(jì)算應(yīng)用于智能家居、傳輸線路監(jiān)測、智能變電站等，提高系統(tǒng)效率和實(shí)時(shí)性。當(dāng)前，邊緣計(jì)算的研究主要集中在移動邊緣網(wǎng)絡(luò)、霧計(jì)算、邊緣云等方面，移動邊緣計(jì)算成為未來的研究方向。

2.4.1 非侵入式負(fù)荷監(jiān)測

非侵入式負(fù)荷監(jiān)測支撐戶內(nèi)用電數(shù)據(jù)采集、電能質(zhì)量監(jiān)測與源頭識別和支持用戶參與需求側(cè)響應(yīng)。傳統(tǒng)的侵入式負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)把傳感器安裝至各個(gè)負(fù)荷處，監(jiān)控每個(gè)負(fù)荷的運(yùn)行情況。而非侵入負(fù)荷監(jiān)測的特點(diǎn)是硬件較簡單、分析軟件較復(fù)雜，分析軟件能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，從中獲得有用的信息。因此，只需在用戶的電表加入此模塊，就能夠?qū)崿F(xiàn)對一個(gè)用戶所有負(fù)荷的在線監(jiān)測和分解。非侵入式負(fù)荷監(jiān)測可為用戶提供用能狀況分析等多種用能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶間接管理，提高用能效率，實(shí)現(xiàn)用能策略優(yōu)化；可以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)類負(fù)荷的非侵入式故障診斷；可以利用負(fù)荷構(gòu)成信息和變化情況實(shí)施需求響應(yīng)，并可以應(yīng)用于變電站層的擴(kuò)展及應(yīng)用。面對分布廣泛且群體龐大的電力低壓用戶，若將邊緣計(jì)算應(yīng)用于非侵入式負(fù)荷監(jiān)測，并將處理好的數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器，有利于將數(shù)據(jù)在用戶側(cè)進(jìn)行處理，減少數(shù)據(jù)傳輸負(fù)擔(dān)，有助于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)監(jiān)測。

2.4.2 輸電線路設(shè)備智能監(jiān)控

針對配電網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)以及電網(wǎng)監(jiān)控存在的問題。目前大部分解決方案是將采集的圖片信息上傳至服務(wù)器進(jìn)行分析，但視頻圖像傳輸量大且有效信息少，會占用和浪費(fèi)大量網(wǎng)絡(luò)資源，利用邊緣計(jì)算可以在后端配備計(jì)算能力較強(qiáng)的計(jì)算單元，使用回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，建立模型，減少大量無用數(shù)據(jù)的傳輸，增強(qiáng)異常檢測能力。因此，邊緣計(jì)算聚焦實(shí)時(shí)、短周期數(shù)據(jù)分析的特點(diǎn)，更適合實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和智能化處理。除此之外，對于配電線路設(shè)備數(shù)量多以及管理的問題，通過邊緣終端部署邊緣計(jì)算對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而降低數(shù)據(jù)傳輸帶寬及處理成本。并能將設(shè)備正常模型下發(fā)到邊緣側(cè)，對邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)來與模型進(jìn)行匹配，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)，提高設(shè)備的可靠性。

上述三種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展使得以前一些不可能實(shí)現(xiàn)或解決的問題有了新的轉(zhuǎn)機(jī)，也使得未來智能電網(wǎng)發(fā)展有了新的契機(jī)，使未來電網(wǎng)更加智能化。

首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以成為解決電力大數(shù)據(jù)的一大利器。隨著我國智能電網(wǎng)不斷發(fā)展，發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)的監(jiān)控、調(diào)度和管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。如何對電力系統(tǒng)中多種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析和管理成了急需解決的問題。通過傳感器技術(shù)將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，利用通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到主站，對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化

展示，有利于電網(wǎng)相關(guān)人員及時(shí)洞察已存在的異常和潛在的故障，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，有利于提高電網(wǎng)的可靠性。除此之外，傳統(tǒng)的集中式控制模式已無法滿足海量數(shù)據(jù)的傳輸處理要求，利用邊緣計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行智能處理，可降低對主站系統(tǒng)的壓力，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。

其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以促進(jìn)與用戶交互的智能用電模式的推廣。隨著我國人民生活質(zhì)量的提高，人民對供電質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)的配網(wǎng)運(yùn)行管理手段已難以有效保障低壓配網(wǎng)的可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及用戶的正常用電。如何在滿足人民用電需求的同時(shí)提供高質(zhì)量的供電服務(wù)是目前用電側(cè)需要解決的問題。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)有利于用電側(cè)的管理，通過物聯(lián)網(wǎng)可以對用戶及配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，以保障智能用電的實(shí)施，及時(shí)處理收集的數(shù)據(jù)，對用電的交互也提供了保障。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以降低分布式電源等新能源接入帶來的風(fēng)險(xiǎn)。隨著新能源在電網(wǎng)中的接入和應(yīng)用，對配電網(wǎng)造成較大的影響，使之運(yùn)行狀態(tài)和特性發(fā)生了新的變化。分布式電源出力的隨機(jī)性、間歇性和波動性會造成配電網(wǎng)功率和電壓波動，對配網(wǎng)運(yùn)行控制和保護(hù)帶來了一定的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過對分布式電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而提高用戶的電能質(zhì)量水平。

綜上可知，傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行控制模式已不能適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是提高電網(wǎng)運(yùn)行智能化水平、提高電網(wǎng)調(diào)度控制保障電網(wǎng)運(yùn)行的重要途徑。

3 智能電網(wǎng)的發(fā)展愿景——透明配電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

3.1 透明配電網(wǎng)

當(dāng)前，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢，即李立浧院士在 2018 鹽城綠色智慧能源大會上提出的“透明電網(wǎng)”方向，透明電網(wǎng)通過各種“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的綜合運(yùn)用，使電網(wǎng)運(yùn)行透明可觀可測。區(qū)別于運(yùn)行數(shù)據(jù)少和設(shè)備狀態(tài)不可見的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，透明配電網(wǎng)是近年來伴隨著數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)分析技術(shù)在配電網(wǎng)深度應(yīng)用而出現(xiàn)的一種新的配電網(wǎng)形態(tài)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是構(gòu)成透明配電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，能為透明配電網(wǎng)提供有力的技術(shù)支持。透明配電網(wǎng)以數(shù)據(jù)監(jiān)測為基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的透明化，要求數(shù)據(jù)且數(shù)量足夠多，而傳統(tǒng)的測量裝置無法實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的測量和實(shí)時(shí)傳送，此時(shí)物聯(lián)網(wǎng)便可以發(fā)揮其優(yōu)勢。傳感器技術(shù)可以解決透明配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的需求，實(shí)時(shí)采集海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)透明。通信技術(shù)例如 LORA、NB-IOT可以解決透明配電網(wǎng)的通信需求，可以實(shí)時(shí)傳輸可靠的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)

配電網(wǎng)的狀態(tài)透明。云邊緣計(jì)算可以解決透明配電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)處理的需求，快速處理上傳海量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的態(tài)勢透明。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將使配電網(wǎng)透明化成為可能。

3.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

國家電網(wǎng)近期提出來的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”理念，其實(shí)質(zhì)與透明電**別是透明配電網(wǎng)的內(nèi)涵高度吻合，即圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互，具有狀態(tài)感知、信息處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)采用的是分層體系，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層，對應(yīng)的層次特征分別是感知、可靠傳遞、智能處理。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)應(yīng)用的體現(xiàn)，可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層這四層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。感知層通過傳感器技術(shù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和處理，利用邊緣計(jì)算處理一些區(qū)域化的計(jì)算任務(wù)，從而減輕平臺層服務(wù)器的計(jì)算壓力，提升實(shí)時(shí)性和建立統(tǒng)一的終端操作系統(tǒng)是未來感知層的發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)對感知層和平臺層之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，利用多種通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸與靈活調(diào)度，提高信息的傳輸速度和流量，電力載波通信技術(shù)和 5G 技術(shù)是未來網(wǎng)絡(luò)層的發(fā)展方向。平臺層通過云計(jì)算技術(shù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和物聯(lián)管理，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的基礎(chǔ)，提高協(xié)同計(jì)算與實(shí)時(shí)響應(yīng)能力是未來平臺層的發(fā)展方向。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)營、經(jīng)營管理和相關(guān)的用能服務(wù)，如微網(wǎng)運(yùn)行管理、電動汽車的運(yùn)營管理、園區(qū)能源管理等，跨專業(yè)的物聯(lián)管理是未來應(yīng)用層的發(fā)展方向。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)為大數(shù)據(jù)與人工智能在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電網(wǎng)三個(gè)方面尤其是荷側(cè)有更好的表現(xiàn)。目前對荷側(cè)的感知還不夠深入，從低壓側(cè)只能獲取到電量數(shù)據(jù)，若能得到更多類型的數(shù)據(jù)，從而可以針對不同類型的用戶用電情況進(jìn)行更**的分析，通過對電量負(fù)荷曲線等規(guī)律研究，深入挖掘荷側(cè)海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值。首先，可以實(shí)現(xiàn)智能用電、智能家居應(yīng)用，增加與用戶的互動，提高用戶的生活質(zhì)量；其次，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的商業(yè)價(jià)值，比如商家可以針對不同電量的用戶生產(chǎn)銷售對應(yīng)的電氣設(shè)備；進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)到信息互聯(lián)的轉(zhuǎn)變。泛在物聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)就是從電表、用戶、電網(wǎng)的互聯(lián)變成所有電氣設(shè)備與人的互聯(lián)即萬物互聯(lián)。目前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)仍存在感知層的傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性以及大量數(shù)據(jù)接入存儲帶來的電力數(shù)據(jù)問題，若能解決上述問題，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將會有應(yīng)用空間。

4安科瑞為國家電網(wǎng)2021泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供解決方案

安科瑞電氣深耕用戶側(cè)能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺到終端傳感器的生態(tài)體系，在“源（電源）-網(wǎng)（電網(wǎng)）-荷（負(fù)荷）-儲（儲能）”各個(gè)環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，已經(jīng)形成“云（云平臺）-管（有線/無線物聯(lián)）-邊（邊緣計(jì)算）-端（終端設(shè)備）”的生態(tài)系統(tǒng)，參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，為國家電網(wǎng)建設(shè)“三型兩網(wǎng)”提供解決方案，使用戶在任何時(shí)間、地點(diǎn)、人、物之間實(shí)現(xiàn)信息連接和交互，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，從而為電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商、用戶服務(wù)。

4.1云平臺

安科瑞電氣近年來已經(jīng)陸續(xù)推出變電所運(yùn)維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺、充電樁（電動汽車/自行車）運(yùn)營管理云平臺、預(yù)付費(fèi)管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多地國網(wǎng)公司用戶端業(yè)務(wù)、環(huán)保部門、安監(jiān)部門、住建部門等。

4.1.1變電所運(yùn)維云平臺

據(jù)統(tǒng)計(jì)國內(nèi)高供高計(jì)的工商業(yè)用戶數(shù)量達(dá)到200多萬戶，規(guī)模巨大，但是大部分日常的運(yùn)行維護(hù)工作比較傳統(tǒng)，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時(shí)間長、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防薄弱等問題。國網(wǎng)公司和眾多電力運(yùn)維公司正在搶占這塊巨大的市場，這是一個(gè)千億級別的市場。

AcrelCloud-1000電力運(yùn)維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時(shí)向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺可同時(shí)接入數(shù)以千計(jì)的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，

有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機(jī)APP下發(fā)運(yùn)維任務(wù)到指定人員手機(jī)上，并通過GPS跟蹤運(yùn)維執(zhí)行過程進(jìn)行閉環(huán)，提高運(yùn)維效率，即時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行缺陷并做消缺處理。

4.1.2能源管理云平臺

Acrelcloud-5000能耗管理云平臺可適用于各個(gè)行業(yè)，如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)綜合體等，可通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡(luò)采集不同區(qū)域多個(gè)建筑或單位的用能數(shù)據(jù)。

平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數(shù)據(jù)和光伏、風(fēng)力、儲能等新能源數(shù)據(jù)，對用能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按照區(qū)域、部門、用電設(shè)備類型進(jìn)行細(xì)分，提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯，同時(shí)可以提供尖峰平谷各時(shí)段用能數(shù)據(jù)和報(bào)表，幫助用戶梳理能源賬單明細(xì)和制定能源績效考核。

4.1.3環(huán)保用電監(jiān)管云平臺

近年來我們的環(huán)境質(zhì)量有了很大的改善，這都?xì)w功于國家層面對環(huán)保的重視和環(huán)保部門的有力監(jiān)察執(zhí)法。安科瑞針對環(huán)保監(jiān)察的痛點(diǎn)研發(fā)了環(huán)保用電監(jiān)管系統(tǒng)解決方案，助力環(huán)保部門堅(jiān)決打贏藍(lán)天碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。

Acrelcloud-3000環(huán)保用電監(jiān)管平臺主要為環(huán)保監(jiān)察部門和產(chǎn)污排污企業(yè)服務(wù)，為環(huán)保部門提供在線監(jiān)管和執(zhí)法依據(jù)，為生產(chǎn)企業(yè)提供設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控和產(chǎn)污排污數(shù)據(jù)記錄。

平臺采集生產(chǎn)企業(yè)總用電量、生產(chǎn)用電和治污設(shè)備用電量，進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，及時(shí)給出環(huán)保設(shè)備異常運(yùn)行信號或企業(yè)異常生產(chǎn)信號，實(shí)現(xiàn)全過程防控。前端設(shè)備采用不停電免接線方案采集用電數(shù)據(jù)，經(jīng)LORA無線上傳到環(huán)保數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，再通過4G上傳平臺服務(wù)器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設(shè)施用電實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對排污企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行無死角、全流程監(jiān)控，達(dá)到變?nèi)朔罏樾畔⒒挤溃瑥氖潞筇幜P到介入式執(zhí)法，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)依靠人力、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實(shí)、有效的監(jiān)管方式，形成長效機(jī)制

4.1.4智慧用電云平臺

據(jù)應(yīng)急管理部網(wǎng)站數(shù)據(jù)，2016~2018年期間因?yàn)殡姎庠驅(qū)е碌幕馂?zāi)占總數(shù)的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年國內(nèi)共接報(bào)火災(zāi)23.7萬起，因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災(zāi)占總數(shù)的百分之三十四，較大和重大火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)的比例更高。國務(wù)院、公安部消防局以及各省市自治區(qū)直轄市紛紛出臺文件推廣智慧用電，從源頭上預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生，現(xiàn)用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養(yǎng)老福利院、醫(yī)療場所、學(xué)校、金融網(wǎng)點(diǎn)等人員密集場所廣泛開展。

   安科瑞Acrelcloud-6000用電管理云平臺對電氣引發(fā)火災(zāi)的主要因素（線纜溫度、漏電電流、負(fù)荷電流、電壓）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設(shè)備存在的隱患（如：線纜溫度異常、過載、過壓、欠壓及漏電等）并通過短信、APP推送、自動語音呼叫等方式及時(shí)預(yù)警，有效防止電氣火災(zāi)的

發(fā)生。系統(tǒng)可以顯示所有監(jiān)測點(diǎn)位的漏電電流等電氣參數(shù)和線纜溫度，并支持巡檢記錄和派單操作，提供隱患分析報(bào)告，實(shí)時(shí)評估企業(yè)用電狀態(tài)。

4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運(yùn)營管理云平臺

電動汽車現(xiàn)已成為廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運(yùn)營管理云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)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；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動汽車的充電過程。充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。

電動自行車數(shù)量越來越多，解決了老百姓短距離出行問題，但是和電動自行車相關(guān)的和火災(zāi)事故新聞也屢見不鮮，有逐年增長的趨勢，給社會帶來了很大的損失，成為人民生命和財(cái)產(chǎn)的一個(gè)隱患。基于電動自行車火災(zāi)的危害和特點(diǎn)，各級政府部門發(fā)文對電動自行車火災(zāi)的整治都放在規(guī)范停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運(yùn)營管理云平臺，針對電動自行車火災(zāi)治理提供充電管理、資產(chǎn)管理和交易管理的一攬子解決方案，解決充電難、管理難和收費(fèi)難的問題，可應(yīng)用于商業(yè)樓宇、小區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等場所設(shè)置的電動自行車充電場所的運(yùn)營管理。

4.1.6物業(yè)小區(qū)預(yù)付費(fèi)管理云平臺

安科瑞遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)可以針對各商業(yè)綜合體、小區(qū)、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業(yè)，學(xué)校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業(yè)分布式財(cái)務(wù)操作，在線支付，總部財(cái)務(wù)扎口等。目前Acrelcloud-3000預(yù)付費(fèi)管理系

統(tǒng)已經(jīng)成功在上述各場景得到廣泛的應(yīng)用并已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行多年，適用于物業(yè)公司對小區(qū)、辦公和商鋪?zhàn)鈶舻乃婎A(yù)付費(fèi)管理，或者學(xué)校對學(xué)生宿舍的用電預(yù)付費(fèi)和用電管控系統(tǒng)。

4.2有線/無線物聯(lián)

安科瑞根據(jù)多年來的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合用戶實(shí)際需求，開發(fā)了各類有線、區(qū)域無線、廣域無線通訊產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備。支持RS485、以太網(wǎng)、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式，隨著5G建設(shè)步伐的加快，未來將會有越來越多的通訊方式融入產(chǎn)品，服務(wù)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

4.3邊緣計(jì)算

安科瑞針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)了多款智能網(wǎng)關(guān)，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計(jì)算技術(shù)，現(xiàn)場采集和存儲終端設(shè)備數(shù)據(jù)，并根據(jù)云平臺的需要，采用不同的協(xié)議和云平臺對接。所有數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、異常報(bào)警觸發(fā)邏輯均在網(wǎng)關(guān)就地設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)存儲在本地，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后補(bǔ)傳數(shù)據(jù)，斷點(diǎn)續(xù)傳，提高數(shù)據(jù)可靠性。

4.4終端設(shè)備

針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)網(wǎng)儀表，應(yīng)用在不同場合以滿足不同需求，2019年全年各類終端儀表出貨量超過185萬臺

4.5安科瑞產(chǎn)品在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

近兩年來，安科瑞已經(jīng)陸續(xù)參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺、上海嘉定區(qū)147所學(xué)校電力運(yùn)維平臺等相關(guān)平臺的建設(shè)，提供了包括云平臺、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺在國內(nèi)各地運(yùn)行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些項(xiàng)目就是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

“能源互聯(lián)網(wǎng)的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業(yè)態(tài)?！北M管針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的方方面面。

5結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電力系統(tǒng)的各個(gè)元素緊密地、有機(jī)地聯(lián)系起來，不斷促進(jìn)電力系統(tǒng)的自動化、信息化和智能化。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與云/邊緣計(jì)算技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在電力系統(tǒng)源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三方面的深化應(yīng)用和擴(kuò)大影響，推動了電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可觀可測、可調(diào)可控。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和突破，未來物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)具有巨大的應(yīng)用空間。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，智能電網(wǎng)將會朝著透明運(yùn)行和泛在物聯(lián)的形態(tài)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 何奉祿,陳佳琦,李欽豪,羿應(yīng)棋,張勇軍.智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

[2] 錢志鴻,王義君.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究[J].電子學(xué)報(bào)

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介

張娟，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄苷彰鞯难邪l(fā)與應(yīng)用