淺談泛在電力物聯(lián)網(wǎng)驅動城市能源轉型

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：城市能源革命是構建清潔低碳、的能源體系的重要路徑，城市能源系統(tǒng)的數(shù)字化轉型是城市能源革命的重要抓手。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設，為電力系統(tǒng)數(shù)字化轉型堅強賦能，進一步推動能源互聯(lián)網(wǎng)的建設和實現(xiàn)城市能源系統(tǒng)的數(shù)字化轉型。

關鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；能源；影響

1城市能源轉型會帶來何種影響？

        以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎的數(shù)字化技術的發(fā)展，很大地改變了城市能源系統(tǒng)的面貌。信息流與能源流的交融共生，讓城市能源系統(tǒng)變得更加智慧和美妙，也使得能源企業(yè)與用戶之間的交互越來越強烈，與此同時，新的商業(yè)模式正逐漸興起。

        物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展對能源系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)均產(chǎn)生了深遠影響。比如生產(chǎn)環(huán)節(jié)，用于提升煤炭、石油、天然氣的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，促進發(fā)電效率、穩(wěn)定運行水平、可再生能源利用水平的大幅提升；輸配環(huán)節(jié)，讓線路故障、故障檢測、線路損耗等問題迎刃而解；消費環(huán)節(jié)，通過智能計量技術讓能源消費越來越可視化和可控化，促進工業(yè)、建筑、交通等重要領域的能效提升和節(jié)約成本；管理環(huán)節(jié)，結合云計算、機器學習等先進技術，實現(xiàn)對能源全鏈條管理和新商業(yè)模式的開拓。

2為什么要進行數(shù)字化轉型？

        數(shù)字化轉型正成為中國和世界經(jīng)濟發(fā)展的強大動力。過去十年，以物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析、云計算、人工智能為代表的數(shù)字技術，以及無遠弗屆的電子商務和社交媒體，帶來了人與人、人與世界關系的巨大革命。到2019年，全球、尤其是中國進入到了數(shù)字化轉型的攻堅之年。微軟與市場調查公司IDC聯(lián)合發(fā)布的一份報告顯示：到2021年，數(shù)字化轉型將為中國GDP的年度增長貢獻1%的增速，價值7160億美元。

        物聯(lián)網(wǎng)技術不僅驅動企業(yè)數(shù)字化轉型，完成現(xiàn)代化大企業(yè)構建，也為全社會數(shù)字化轉型賦能。物聯(lián)網(wǎng)最核心的商業(yè)價值在于通過萬物互聯(lián)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，經(jīng)智能化的處理、分析，最終透過數(shù)據(jù)形成產(chǎn)品或服務，如今已應用在社會的方方面面。手表、家用電器和汽車等日常用品正通過物聯(lián)網(wǎng)提供一系列服務和應用，如個人醫(yī)療保健、智能電網(wǎng)、監(jiān)控、家庭自動化和智能交通等。物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展已經(jīng)對工業(yè)、運輸行業(yè)、汽車行業(yè)、能源行業(yè)、智能生活等各領域產(chǎn)生了深遠影響。

3未來方向是什么？

        電網(wǎng)企業(yè)數(shù)字化轉型是推動城市能源系統(tǒng)轉型的關鍵。物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展促進能源數(shù)字化轉型，潛力是它能夠打破部門之間的界限，提高靈活性并實現(xiàn)整個系統(tǒng)的整合，而電網(wǎng)企業(yè)是這一轉型的核心。電力行業(yè)是“物聯(lián)網(wǎng)＋數(shù)字化"技術應用較早的部門之一，早在20世紀70年代，電力公司就利用新興技術提升電網(wǎng)管理和運行水平。國際能源署分析表明，數(shù)字化有每年節(jié)省約800億美元的潛力，大約占全年發(fā)電成本的5%。

        泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設是電力部門數(shù)字化轉型的重要抓手。通過泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設，數(shù)字化與電氣化交融共生，物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術賦能電力系統(tǒng)的數(shù)字化轉型。例如，發(fā)電廠、輸電和配電線路以及終端能源設備協(xié)調工作，可在的時間和地點為用戶提供可靠、低成本和可持續(xù)的能源。在未來，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應用場景包括：

        智能需求響應。通過采取價格等激勵政策引導用戶主動改變消費行為，實現(xiàn)供需平衡優(yōu)化。IEA分析表明，可以為電力系統(tǒng)提供185千兆瓦的靈活性，大致相當于澳大利亞和意大利目前的裝機容量之和。可再生能源并網(wǎng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術的運用可更好地匹配電網(wǎng)需求和可再生能源發(fā)電，降低可再生能源波動性。僅在歐盟，新增儲能和數(shù)字化需求響應可以在2040年將太陽能光伏和風能的棄光棄風率從7%減少到1.6%。電動汽車智能充電。引導充電行為向低負荷、供應足時段轉移，提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性和為電網(wǎng)提供更大的靈活性。個人售電。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展有助于家用分布式能源的發(fā)展，如太陽能光伏板和儲能等，提高個人用戶電力市場的參與度。

        可以預見，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設加快，必將在多個領域驅動城市能源系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化轉型。

        推行電網(wǎng)數(shù)字化運營與管理。對設備資產(chǎn)運行集約化，優(yōu)化資產(chǎn)管理，提高資產(chǎn)利用效率；運營細節(jié)可優(yōu)化，對電網(wǎng)關鍵參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)測，基于智能電網(wǎng)技術和先進的測量技術實現(xiàn)電網(wǎng)故障的快速定位，形成優(yōu)化方案庫進行調節(jié)；電力調度經(jīng)濟化，基于天氣預報、負荷預測、市場價格等因素對電力進行科學調度。

        基于電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展電網(wǎng)自愈技術。基于數(shù)字智能傳感器技術實現(xiàn)對故障的快速定位和辨識；通過云平臺對網(wǎng)絡故障庫進行共享，進行匯總和機器學習，形成統(tǒng)一解決方案庫；提高電力系統(tǒng)自動化水平，在保證穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)故障自動處理，包括斷電隔離與換線恢復供電，大幅降低供電中斷時間。

深度挖掘電網(wǎng)大數(shù)據(jù)利用價值。基于大量傳感器采集電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)，包括狀態(tài)數(shù)據(jù)與預警信息（過電壓等），匯集到統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺，結合人工智能、機器學習等先進技術進行分析，挖掘本質特征，為電網(wǎng)規(guī)劃、故障處理、負荷預測等重要內(nèi)容提供支撐。應用物聯(lián)網(wǎng)技術，為可再生能源并網(wǎng)提供更好的保障。結合儲能技術，提高可再生能源并網(wǎng)穿透率，提高分布式能源并網(wǎng)的可行性和穩(wěn)定性。

4安科瑞為電網(wǎng)2021泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設提供解決方案

        安科瑞電氣深耕用戶側能效管理多年，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（負荷）-儲（儲能）"各個環(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（邊緣計算）-端（終端設備）"的生態(tài)系統(tǒng)，參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設，為電網(wǎng)建設“三型兩網(wǎng)"提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現(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、供應商、用戶服務。

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）運營管理云平臺、預付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案，并已經(jīng)廣泛應用在多地國網(wǎng)公司用戶端業(yè)務、環(huán)保部門、安監(jiān)部門、住建部門等。

4.1.1變電所運維云平臺

        據(jù)統(tǒng)計全國高供高計的工商業(yè)用戶數(shù)量達到200多萬戶，規(guī)模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風險預防薄弱等問題。國網(wǎng)公司和眾多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場，這是一個千億級別的市場。

         AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網(wǎng)關及大數(shù)據(jù)分析技術，通過智能網(wǎng)關采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(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、開關狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、煙霧、浸水、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APP下發(fā)運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運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行業(yè)，如辦公建筑、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)絡采集不同區(qū)域多個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、風力、儲能等新能源數(shù)據(jù)，對用能數(shù)據(jù)進行分析，按照區(qū)域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數(shù)據(jù)和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細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)境質量有了很大的改善，這都歸功于層面對環(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)保部門堅決打贏藍天碧水保衛(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，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)提供設備運行監(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)用電和治污設備用電量，進行關聯(lián)分析，及時給出環(huán)保設備異常運行信號或企業(yè)異常生產(chǎn)信號，實現(xiàn)全過程防控。前端設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，再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設施用電實時監(jiān)控，實現(xiàn)對排污企業(yè)生產(chǎn)運行*、全流程監(jiān)控，達到變?nèi)朔罏樾畔⒒挤溃瑥氖潞筇幜P到介入式執(zhí)法，扭轉傳統(tǒng)依靠人力、經(jīng)驗進行現(xiàn)場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實、的監(jiān)管方式，形成長效機制。

4.1.4智慧用電云平臺

        據(jù)應急管理部網(wǎng)站數(shù)據(jù)，2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數(shù)的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年全國共接報火災23.7萬起，因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災占總數(shù)的百分之三十四，較大和重大火災事故中，電氣火災的比例更高。國務院、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，從源頭上預防電氣火災的發(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、學校、金融網(wǎng)點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)火災的主要因素（線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設備存在的隱患（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預警，防止電氣火災的發(fā)生。

        系統(tǒng)可以顯示所有監(jiān)測點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，提供隱患分析報告，實時評估企業(yè)用電狀態(tài)。

4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺

        電動汽車現(xiàn)已成為廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運營管理云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(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；通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應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)，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。

        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的和火災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，成為人民生命和財產(chǎn)的一個隱患。基于電動自行車火災的危害和特點，各級部門發(fā)文對電動自行車火災的整治都放在規(guī)范停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理云平臺，針對電動自行車火災治理提供充電管理、資產(chǎn)管理和交易管理的一攬子解決方案，解決充電難、管理難和收費難的問題，可應用于商業(yè)樓宇、小區(qū)、學校、醫(yī)院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。

4.1.6物業(yè)小區(qū)預付費管理云平臺

       安科瑞遠程預付費系統(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)分布式財務操作，在線支付，總部財務扎口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理系

統(tǒng)已經(jīng)成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經(jīng)穩(wěn)定運行多年，適用于物業(yè)公司對小區(qū)、辦公和商鋪租戶的水電預付費管理，或者學校對學生宿舍的用電預付費和用電管控系統(tǒng)。

4.2有線/無線物聯(lián)

        安科瑞根據(jù)多年來的項目經(jīng)驗，結合用戶實際需求，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)關和終端設備。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，服務于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設。

4.3邊緣計算

        安科瑞針對物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)了多款智能網(wǎng)關，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術，現(xiàn)場采集和存儲終端設備數(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、計算、異常報警觸發(fā)邏輯均在網(wǎng)關就地設置，網(wǎng)絡故障時數(shù)據(jù)存儲在本地，網(wǎng)絡恢復后補傳數(shù)據(jù)，斷點續(xù)傳，提高數(shù)據(jù)可靠性。

4.4終端設備

        針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)網(wǎng)儀表，應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)綜合能源服務平臺、上海嘉定區(qū)147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設，提供了包括云平臺、智能網(wǎng)關、終端設備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺在全國各地運行案例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)。"盡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)基礎建設的方方面面。

5結論

        構建能源物聯(lián)網(wǎng)，促進智慧城市建設。在智能建筑、智能家居、智能計量等領域探索拓展新業(yè)務，發(fā)掘綜合能源服務商業(yè)模式。

        例如，為建筑提供節(jié)能服務，基于能源物聯(lián)網(wǎng)技術搭建能源管控平臺，實現(xiàn)電、熱、冷、氣的智能監(jiān)測與控制，優(yōu)化使用成本，提高能源使用效率。智能家居方面，推廣使用智能插座、智慧照明等智能硬件以及相應移動服務APP，實現(xiàn)節(jié)能和提升用戶體驗，形成能源服務生態(tài)鏈。智能計量方面，優(yōu)化改善智能電表，提高用戶交互性體驗，通過移動服務提供能源消費數(shù)據(jù)與分析；發(fā)展多表合一技術，整合不同能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)，共同開發(fā)，共享能源物聯(lián)網(wǎng)建設帶來的成果。

參考文獻

[1]湯廣瑞，陳浩，王丹.以泛在電力物聯(lián)網(wǎng)驅動城市能源轉型

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版