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安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801 摘要#xff1a;在社会经济和科学技术不断发展中#xff0c;配电网实现了角色转变#xff0c;传统的单向供电服务形式已经被双向能流服务形式取代#xff0c;社会多样化的用电需求也得以有效满足。随着物联网技术的发展在社会经济和科学技术不断发展中配电网实现了角色转变传统的单向供电服务形式已经被双向能流服务形式取代社会多样化的用电需求也得以有效满足。随着物联网技术的发展泛在电力物联网开始应用于当今的电力系统。本文分析泛在电力物联网在智能配电系统中的应用希望可以为相关分析与研究提供参考。 关键词泛在电力物联网智能配电系统应用 随着时代的发展配电网的角色在发生转变由单纯的单向电能供应转向复杂的双向能流服务如分布式发电的接入、用户侧多样需求的满足等。但受制于历史发展情况规模庞大的配电网难以立即适应新角色特别在信息化和自动化水平上存在长足进展空间。正是基于此电力企业积极响应打造泛在电力物联网的战略目标其实质是以物联网技术为核心充分吸纳人工智能、大数据分析等要素达成电力生产到电力消费各环节中各类对象的信息互联共享从而实现对配网运行状态的实时感知与精细调控。但泛在电力物联网的研究尚不成熟其与配网的融合更处于起步阶段需要进行有益探索。 1、泛在电力物联网概念及体系架构 在社会高度电气化的当下推进电网信息化智能化的升级己成为世界各国共识。美国、欧盟、日韩等发达经济体均提出了相关远景展望及工作计划。我国是电力大国和电力强国在电网发展的前沿阵地自然占有一席之地。电力公司关于泛在电力物联网的理解将“源-网-荷”层面的人、物、设备等充分连接以达成泛在感知借助可靠通信和高性能信息处理将海量数据在发、供、用之间共享最终实现全网“能量流、信息流、业务流”的一体化融合为价值服务提升提供有效平台。 针对集物联网技术、大数据技术、数据库存储技术等多种技术手段为一体的复杂物联网系统泛在电力物联网多呈现出明显的能量流、信息流与业务流交互耦合的特征并可分为感知层、网络层、平台层以及应用层等四个架构维度。
1.1.感知层 虚拟化是一个全新的运算模型中小企业用户能够利用该模型在任意地点使用网络连接的设备浏览应用程式而使用流程在可大幅伸缩的数据中心公司运算资源也能够在这里动态部署工作并进行公司数据共享。将运算散布于公司巨大的分布式网络计算机系统上而并非在自己的计算机系统或远程服务器设备中因此公司在大型互联网数据中心的操作环境将和网络更接近这就要求公司能够把运算资源迁移到实际需要的实际应用上并按照要求使用计算机系统和数据库管理系统。电力系统出现问题不能正常工作或出现故障时海量信息将会上传到数据中心模块这就对计算机信息处理能力提出了高度的需求与电力系统运营相关的硬件投资成本也是很大的。而由于虚拟化让超级计算能力通过网络随意流动变为了可能公司和个人用户就无须再投资高昂的硬件采购成本而只需利用网络来采购或租用计算能力。电力系统运营就能够大幅节省生产成本这和构建资源节约型社会是能够相互照应的。
1.2.网络层 网络层多用于保障泛在电力物联网中业务通信服务的整体质量多分为内部专网和互联专网两种类型且由于不同系统的通信距离和经济成本往往有所不同因此其所适用的通信方式也会存在较大差异。例如对于电力通信系统其网络层以电力线载波和230MHz无线通信最为常见同时考虑到5G技术的飞速发展以5G技术为核心的通信方式已经成为现阶段泛在电力物联网的主要发展趋势。此外从乌克兰电网黑客攻击事件不难看出针对泛在电力物联网网络层所进行的安全管理往往是保证整个智能配电系统运行稳定性的关键所在因此一般需以不同类型的通信协议为依托来有效降低智能配电系统所存在的互联网攻击风险。
1.3.平台层 泛在电力互联网的平台层的作用在于能够实现系统数据的交互融合依托于大数据存储与分析技术智能配电系统管理人员能够就传统能源生产模式下的信息存储碎片化问题进行有效解决不仅可从根本上消除信息孤岛问题同时也可借助在线信息平台和云数据中心的构建实现对电网运行数据的实时收集和整理最终有助于保障电网发展决策的科学性和合理性并能够在电力数据共享机制的帮助下促进配电系统数据处理模式的快速转型。
1.4.应用层 应用层是电力系统向枢纽型、平台型和共享型变革的外在表现。其功能在于基于海量电网运行数据与用户侧用能大数据并针对电网运营业务(如智能运维、电能结算、配电自动化)、用户用能业务(如个性化用能推荐、电动汽车智能充电、需求侧响应)及综合能源系统运营业务(如协调规划、储能市场)等搭建各类针对性应用平台实现电网与用户及其他能源系统的感知互动。 2、泛在电力物联网在智能配电系统中的关键技术
2.1 应用于感知层的关键技术 对于泛在电力物联网来说感知层的主要作用在于保障系统感知数据的准确性和及时性而在现代智能配电系统发展过程中感知层的监测对象愈发多样监测数据愈发复杂因此应在感知层呈现集成化发展态势的基础上就感知层技术进行进一步以满足现代智能配电系统的具体感知要求。针对新型电力物联网设备研发技术新的感知设备应满足尺寸、环境、电磁兼容等多方面因素要求并尽可能贴合当前阶段电力行业的发展特点针对底层传感器部署技术除了应完善部署方案确保对配电系统所有设备的全覆盖监测外还应在空间正四面体传感器节点部署等部署思想的指导下合理发挥多种传感器的应用价值并以此提升感知层的整体感知效果。
2.2 应用于网络层的关键技术 因为当今的配电网有着点多面广的特点所以如果依然按照传统点对点形式的通信方法进行设计将很难将网络层全面铺开。在设计网络层进行的过程中应该应用有线模式和无线模式两者互补的方式来实现同时应该注重落实所有的安全防御工作。 首先应该注重底层自组网和核心通信网规划技术的应用因为配电通信系统中通常承载着大量的业务传输任务意味着通信系统需要符合很多种的QoS需求。随着通信系统中的接入对象越来越丰富泛在感知信息的数据量和呈现维度将出现指数式上升趋势。为了有效应对这样的情况需要让自组网的路由策略变得更加“健壮”。通过这样的方式可以有效保障底层接入网的控制量和状态量进而实现海量信息的及时传输。在此过程中可以通过网络扩充的相关算法将配网系统和通信系统之间的耦合关系作为基础并从拓扑概念入手对信息物理系统Cyber-PhysicalSystemsCPS进行协同规划。
2.3 平台层关键技术 数据融合技术。通过泛在感知的海量数据的特点是多源、异构、高冗余必须依托数据融合技术来进行前置处理数据存储管理与挖掘分析技术。为应对泛在电力物联网海量数据的实时更新存储可采取策略基于Hadoop平台的数据压缩方法采用NoSQL技术对实际数据进行分布式存储管理。为提取大数据蕴含价值可吸纳K-means聚类来分析用电行为可借助Apriori算法寻找诱发谐波的主要原因等。
2.4 应用层关键技术 对于泛在电力物联网的应用层来说其以态势感知技术和主动优化运作技术关键。态势感知技术通过分析配电系统大数据来就智能配电系统中的各种安全风险进行实时预警和响应处置能够在将智能配电系统态势感知分为态势察觉、态势理解和态势预测的基础上始终确保配电系统的优化运行主动优化运作技术的应用价值体现于用户侧角度的决策调整如通过调整供电价格来提升电力企业的经济效益等进而在保障智能配电系统发展决策科学性及适用性的基础上确保用户满意度的有效提升。 3、安科瑞Acrel-EIOT能源物联网平台概述 Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台建立统一的上下行数据标准为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。 用户仅需购买安科瑞物联网传感器选配网关自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。 该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能并支持多平台、多语言、多终端数据访问。 4、应用场所 本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。 5、组网结构 6、平台功能
6.1 可定制驾驶舱 可定制化的驾驶舱可根据客户的行业特性行业需求经过培训的工程或调试人员自行绘制客户所需的驾驶舱页面。 例如下图所示的智慧物业驾驶舱内容有预付费、充电桩、电梯、空调、照明等设备管理、能耗统计、收益统计、运维情况等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。 6.2 电力集抄 电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测、遥信、遥控控制对系统进行综合检测和统一管理在数据资源管理方面可以显示或查询供配电室内各设 备运行包括历史和实时参数并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印提高工作效率节约人力资源。 变压器监控 配电图
6.3 能耗分析 能耗分析模块采用自动化、信息化技术实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动 化、科学化管理使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来运用数据处理与分析技术进行离线生产分析 与管理实现全厂能源系统的统一调度优化能源介质平衡、有效利用能源提高能源质量、降低能源消耗达到节能降耗和提 升整体能源管理水平的目的。 能耗概况
6.4预付费管理
1登陆管理管理操作员账户及权限分配查看系统日志等功能
2系统配置对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置
3用户管理对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作
4售电管理对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作
5售水管理对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作
6报表中心提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询本系统所有的报表及记录查询都支持excel格式导出。 预付费看板 6.5 充电桩管理 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。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。 充电桩看板
6.6 智能照明 智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等降低路灯设施的维护难度和成本提升管理水平并达到一定节能减挂的效果。 照明实时监控
6.7 安全用电 安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器对引发电气火灾的主要因素导线温度、电流和剩余电流进行不间断的数据跟踪与统计分析并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员指导企业实现快速时间的排查和治理达到消除潜在电气火灾安全隐患实现“防患于未然”的目的。 6.8 智慧消防 通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白适应于所有公建和民建实现了无人化值守智慧消防实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。 智慧消防看板 7、系统硬件配置 结语 综上所述在当今的电气化时代社会经济与科学技术的发展对各行各业的发展起到了有效的推动作用其中电力行业的发展十分可观。但是当今的电力行业智能配电系统依然在自动化和信息化方面存在着不足。将泛在电力物联网技术应用于智能配电系统将有效弥补其存在的不足利用先进技术为智能配电系统的发展提供动力进一步提升我国电力行业的发展。
