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浅谈泛在电力物联网时代物联网技术在电力系统中的应用

时间:2021-07-29 点击次数:100

 侯文莉

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要:我国经济技术迅猛发展的同时大量能源也被消耗殆尽,其中很多能源都是再生的,尤其是我国电力行业在传统模式下需要依靠火力发电,燃烧煤炭等再生资源,因此三型两网政策是我国电力行业未来的发展目标,而建设泛在电力物联网是这一目标中非常重要的一个环节,泛在电力物联网的应用能够提高新旧动能转换速度,突破传统模式,更好的实现三型两网发展目标,因此有着非常重要的意义,本文也针对泛在电力物联网在电力系统中的应用展开了研究,希望能够促进我国电力系统的进一步发展。

关键词:电力;物联网;系统;

 

0引言

随着我国信息技术的进步,物联网技术也得到了长足的发展,物联网的优势也逐渐应用到我国电力行业中,二者有效的结合能够促进物联网系统的升级,而大数据技术的应用能够让物联网技术得到进一步的优化,加快创新脚步,不断提高电力系统的效率,提高电力系统的智能化程度。

1建立泛在电力物联网的必要性

能源互联网是智能化能源系统的发展方向之一,其特点非常明显,能够实现部件运用控制、通信、感知以及智能化云端决策等,其中具有神经系统的功能则需要在泛在电力物联网的基础上实现。神经系统包括周边和两种神经系统,周边神经系统与内脏以及皮肤之间的联系非常复杂,覆盖在全体的全身。神经系统的主要功能是决策、感知和协调。实现电力系统的智能化管理需要借鉴神经系统,泛在电力物联网自身相当于周边神经系统,能够通过大量的神经末梢来实现传感、计量和测量,有着一定的传输及控制功能,能够实现智能化边缘计算。

2物联网技术和结构分析

2.1 核心技能

网络技术和 RFID 是物联网初期的关键技能,主要是对各种商品及货物进行有效的管理,随着社会经济的不断发展,人们对各种物质的控制及管理更加有效,能够实现以物换物。物联网自身具有一定的智能性,能够及时的对周边环境进行感知和适应,材料技能不断升级和进步之后,物联网自身的功能属性得到了进一步的拓展,在未来能够实现对宏观物体进行准确控制,同时能够对微生物体实现阻滞。当前人工智能发展的主要方向就是认知运算,以物换物的实现需要加强对外界环境的学习,同时需要对自身行为习惯进行感知和察觉。

2.2 体系结构

现阶段我国物联网的体系结构主要是泛在网分层体系结构,可以将物联网分为五个不同的层次,分别是基础骨干网络、泛在传感器、网络应用平台、中间件、传感器网络。泛在传感网络作为通用物联网结构体系之一,虽然能够发挥一定的作用,但是想要在通用物理网中进行有效的运用及管理还需要进一步研发。感知层面作为物联网的重要核心,能够做到对物理世界中的已知事件感知,对相关数据进行获取。

3物联网技术在泛在电力物联网背景下电力系统中有效运用的对策

3.1 关于应急通信

应急通信的时间与地点并非一成不变的,这就导致指挥所与事故发生地之间联系难度增加,一般来说当工作人员到达事故发生地点并进行检查,然后利用或者视频联系指挥所,这种方式导致事故处理时间较长,事故处理效率较低。物联网技术的应用能够降低指挥所的工作难度,一旦发生问题能够快速帮助指挥所明确事故发生的位置,对现场情况进行及时的了解,缩短了处理时间,提高了处理效率。

3.2 关于智能电网

物联网进行信息交换以及连接物体都需要通过感知层实现,其中有两种类型,一种是延伸通信层,另一种是控制感知层,通过这两种类型来实现连接物理实体以及辨别智能信息两大功能。应用层面需要在基础设施的基础上实现各类应用,对信息资源进行协调,对整个物联网技术的应用进行监督,能够有效实现智能化家居应用,促进智能化电网发挥作用。

3.3 关于设备状态监测及平台化设备管理

物联网技术在监控设备运行状态方面有着很大的租用,关键的就是在线监测运用配电网,利用无线局域网或者以太网无源光网络技术来获取新动态,然后通过远程监测配电网设备能够将其中的问题进行有效的解决,其中有管理电子票证、人员身 份识别等,可以对各个环节进行有效监控。

引发设备运行风险的因素很多,其中人为因素也是非常关键的,对设备进行监管的重要性不言而喻,通过监管能够尽可能的降低电力系统运行风险,实现平台化设备管理非常重要,泛在物联网时代在电力系统中应用物联网技术能够保证各种设备处于好状态,建立科学的评价体系能够实现对电力系统的监管。

4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。

 

4.1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。

4.1.1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、视频、门禁等信息,有异常发生10S内通过短信和APP发信号。平台通过手机APP下发运维任务到人员手机上,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。

4.1.2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。

 

4.1.3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执法。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执法依据,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执法,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。

 

4.1.4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,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。

4.1.5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;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。

 

4.1.6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。

 

4.2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。

4.3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。

4.4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。

4.5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。

5结束语

物联网技术在未来的应用越来越广泛,物联网结合了传感器网络、定位等技术,能够协调物与物、人与物之间的关联,有效的感知层级应用层、网络层体系结构的应用能够对电力系统的运行状态及设备进行智能化监管,实现对资产设备的科学管理,在泛在物联网时代物联网技术在电力系统中的应用有着非常重要的意义,能够促进电力系统新旧动能转换,提高电力系统的工作效率。

 

参考文献

[1] 胡嘉祥,刘鹏宇.泛在电力物联网时代物联网技术在电力系统中的应用

[2] 汪利华.电力电子装置在电力系统中的应用研究 [J].三峡大学学报 :人文社会科学版,2017S2):169-170.

[3曲超.语义物联网事务模型及其应用 [D].华南理工大学

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

 

作者简介

侯文莉,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为智能照明的研发与应用


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