淺析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展形態(tài)與挑戰

摘 要：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是當前智能電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)方向。首先，總結了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要作用和價(jià)值體現；其次，從智能電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節概述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力領(lǐng)域的已有研究和應用基礎；進(jìn)而，構思并提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形態(tài)，包含現階段智能電網(wǎng)、透明電網(wǎng)和零邊際成本電網(wǎng)3個(gè)階段的技術(shù)發(fā)展趨勢，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設的深化提供一些思路；然后，提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的若干技術(shù)挑戰，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；透明電網(wǎng)

1引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與新能源技術(shù)將推動(dòng)新一輪能源革命，智能電網(wǎng)與“互聯(lián)網(wǎng)+"技術(shù)相結合成為當前電氣工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，興起了能源互聯(lián)網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念，為智能電網(wǎng)建設拓展了更開(kāi)闊的發(fā)展空間。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為當前科技領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)，在電力領(lǐng)域中的應用展示了充滿(mǎn)想象力的前景。

根據國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)二維碼識讀設備、射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。國家電網(wǎng)有限公司提出理念，圍繞電力系統各環(huán)節，充分應用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等現代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現電力系統各環(huán)節萬(wàn)物互聯(lián)、人機交互，形成具有狀態(tài)感知、信息快速處理、應用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特別是智能傳感器低功率廣域通信，5G以及云/邊緣計算等技術(shù)的成熟，如何建設UPIoT引起了廣泛的關(guān)注。作為構建透明電網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，小微智能傳感器是傳統傳感器與微處理機相結合的產(chǎn)物，具有采集、處理、交換信息的能力，因其特低功率、便于安裝、抗干擾、價(jià)格低等特點(diǎn)使智能電網(wǎng)透明化運行成為可能。以寬帶載波、5G、LPWAN為代表的通信技術(shù)，將UPIoT的數據傳輸向高傳輸速率、低功耗、遠距離、高可靠性等方向發(fā)展。云/邊緣計算技術(shù)有望解決快速處理海量數據的難題，適應電網(wǎng)數字化、信息化、智能化的數據處理需求。

基于此，本文探討了UPIoT的主要作用和價(jià)值體現，分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)電、輸電、變電、配電和

用電5個(gè)環(huán)節中的已有基礎，闡述了未來(lái)透明電網(wǎng)和零邊際成本電網(wǎng)的概念、內涵和發(fā)展趨勢。然后，

本文提出了UPIoT的若干技術(shù)挑戰。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要作用和價(jià)值體現

電網(wǎng)聯(lián)系到千家萬(wàn)戶(hù)的每一臺設備和電器，非常具備物聯(lián)網(wǎng)萬(wàn)物互聯(lián)的物質(zhì)基礎?，F有電網(wǎng)上增加傳感測量技術(shù)、集成通信技術(shù)和計算控制方法，實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的高度融合。

UPIoT以信息獲取為基礎，注重用戶(hù)之間以及用戶(hù)與電網(wǎng)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)連接和互動(dòng)，并對海量數據信息進(jìn)行收集分析和實(shí)時(shí)高速傳輸，從而加強電網(wǎng)智能處理和決策支持功能。

UPIoT的主要特征表現在：①無(wú)時(shí)不在、無(wú)處不在：除了電力設備外，成千上萬(wàn)的電器，甚至是用戶(hù)的穿戴設備，都將通過(guò)傳感器連接到物聯(lián)網(wǎng)中，支持終端即插即用，用戶(hù)本身也是物聯(lián)網(wǎng)連接的對象之一；②多種業(yè)務(wù)數據貫通：電網(wǎng)多種業(yè)務(wù)打破數據壁壘，各環(huán)節數據統一在大數據平臺進(jìn)行管理，為應用提供強大的數據平臺支撐；③應用功能完善：隨著(zhù)人工智能算法、大數據分析方法的成熟，應用層將會(huì )逐漸完善功能，及時(shí)處理多種數據形成分析結果和優(yōu)化方案反饋回電網(wǎng)，保證電網(wǎng)安全穩定可靠經(jīng)濟運行；④數據呈現巨大效益：電網(wǎng)數據價(jià)值得到充分挖掘，既能實(shí)現電網(wǎng)企業(yè)業(yè)務(wù)轉型升級和盈利模式創(chuàng )新，又能為各種創(chuàng )新型機構提供共享數據，促進(jìn)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展。

UPIoT的作用和價(jià)值主要體現在以下4個(gè)方面。

2.1支撐電網(wǎng)運行性能提升

隨著(zhù)智能電網(wǎng)不斷發(fā)展，系統每天都在產(chǎn)生海量數據，對電網(wǎng)的監控、調度和管理帶來(lái)了巨大的作用和挑戰。如何對電力系統中多種類(lèi)型的數據進(jìn)行有效分析和管理成了急需解決的問(wèn)題。包含每一個(gè)用戶(hù)，每一個(gè)用電設備的細顆粒度數據將使得智能電網(wǎng)透明化，通過(guò)大數據計算分析和可視化展示，非常便于電網(wǎng)相關(guān)人員及時(shí)洞察異常和潛在的風(fēng)險，實(shí)時(shí)準確掌握電網(wǎng)的運行狀態(tài)，快速精細預測電網(wǎng)的變化趨勢；多環(huán)節業(yè)務(wù)數據貫通，可打通不同專(zhuān)業(yè)部門(mén)的數據壁壘，提高對電網(wǎng)認知的性，促進(jìn)多環(huán)節業(yè)務(wù)協(xié)同進(jìn)行?？傊?，UPIoT可提高電網(wǎng)運行的安全性、可靠性、性和經(jīng)濟性。

值得一提的是，傳統的集中式控制模式難以滿(mǎn)足海量數據的傳輸處理的要求，而利用邊緣計算可降低對主站系統的壓力，提高數據傳輸的實(shí)時(shí)性、準確性和安全性，在中低壓配電網(wǎng)、微電網(wǎng)等分布式控制中具有巨大的競爭力，為電網(wǎng)企業(yè)面向內部的管理決策提供了全新的技術(shù)手段。

2.2促進(jìn)與用戶(hù)互動(dòng)化的智能用電

隨著(zhù)中國人民生活質(zhì)量的提高，人民對供電質(zhì)量要求也越來(lái)越高，用戶(hù)側的光伏、儲能、充電樁等元素越來(lái)越多，對智能家居和智能用電的體驗感受越來(lái)越重視。在此背景下，傳統的配網(wǎng)運行管理因缺乏必要和充分的用戶(hù)數據獲取及交互手段，難以對用戶(hù)準確建模并將用戶(hù)資源納入電網(wǎng)的協(xié)同柔性控制，也無(wú)法為用戶(hù)提供更和個(gè)性化服務(wù)。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可以對用戶(hù)及配電網(wǎng)運行狀態(tài)進(jìn)行準確的測量和態(tài)勢感知，打通電網(wǎng)與用戶(hù)雙向通信的通道，引導用戶(hù)有序用電，提高用戶(hù)參與電網(wǎng)運行的體驗和收益，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的共贏(yíng)。如何基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現與用戶(hù)數據交互、資源共享，促進(jìn)智能用電服務(wù)是目前用電側需要解決的問(wèn)題。

2.3提升分布式可再生能源消納能力

隨著(zhù)分布式可再生能源在電網(wǎng)中滲透率的不斷提高，其出力的隨機性、間歇性和波動(dòng)性經(jīng)過(guò)和傳統

負荷特性的疊加，容易造成配電網(wǎng)功率和電壓的顯著(zhù)波動(dòng)，形成階段性過(guò)載或者過(guò)電壓風(fēng)險，對配網(wǎng)運

行控制和保護帶來(lái)了挑戰?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，利用智能化的小微傳感器對分布式電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和態(tài)勢預測，基于配調系統或者臺區邊緣端對區域配電網(wǎng)或臺區以及DG及時(shí)進(jìn)行調整，實(shí)現源網(wǎng)荷儲協(xié)作運行，從而降低系統運行風(fēng)險，提高可再生能源分布式消納水平，促進(jìn)能源轉型升級。

2.4挖掘用電大數據的增量?jì)r(jià)值

隨著(zhù)近兩年國家對一般工商業(yè)電價(jià)的調控到位，電網(wǎng)公司從傳統的售電商業(yè)模式中獲得利潤的空間和增量已經(jīng)相當有限，挖掘用電大數據的價(jià)值成為電網(wǎng)公司業(yè)務(wù)和利潤的增長(cháng)點(diǎn)。另一方面，用電大數據的商業(yè)價(jià)值一直為社會(huì )各界所關(guān)注，有望為智慧城市、智能交通、智能家居、傳統商業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)、新能源與節能行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、咨詢(xún)行業(yè)、制造業(yè)等各行各業(yè)帶來(lái)重要的信息來(lái)源和決策依據。

從商業(yè)模式來(lái)看，國家電網(wǎng)有限公司提出的UPIoT的建設將搭建一個(gè)以電力供需為核心的泛在電力生態(tài)平臺。電網(wǎng)企業(yè)將在服務(wù)過(guò)程中構建起多條服務(wù)價(jià)值鏈，實(shí)現電網(wǎng)企業(yè)與相關(guān)方的共創(chuàng )共享共贏(yíng)。而用電大數據的基礎必然是配用電物聯(lián)網(wǎng)。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的已有基礎

UPIoT的概念，是基于目前電力系統信息化、智能化的技術(shù)現狀和發(fā)展趨勢提出來(lái)的。本節從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電5個(gè)方面，闡述電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應用基礎。

3.1發(fā)電領(lǐng)域

“互聯(lián)網(wǎng)+"智慧能源的任務(wù)之一就是推動(dòng)能源生產(chǎn)智慧化，提升大規模新能源的消納能力。作為實(shí)現這一目標的技術(shù)基礎，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的應用主要體現在傳感器應用及對發(fā)電機實(shí)時(shí)狀態(tài)監測。文獻基于物聯(lián)網(wǎng)架構，構建了發(fā)電機組遠程狀態(tài)監測系統，實(shí)現了機組狀態(tài)遠程在線(xiàn)專(zhuān)家診斷、故障預報、科學(xué)維護，保障機組安全運行；文獻設計了基于視頻監控、RFID、GPRS等技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)監控平臺，實(shí)現發(fā)電系統各類(lèi)動(dòng)態(tài)數據的可視化。文獻利用ZigBee和嵌入式系統搭建微網(wǎng)分布式電源的控制系統，其中，ZigBee用于短距離通信，嵌入式系統用于數據格式處理和通信協(xié)議轉化，控制命令由遠程服務(wù)器生成并下達。

3.2輸電領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電領(lǐng)域的應用主要體現在對輸電線(xiàn)路狀態(tài)的監測及線(xiàn)路安全檢修管控。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線(xiàn)路監測系統，根據應用場(chǎng)合的不同，數據采集的方式或傳輸層的通信方式也可能不一樣?，F有監測系統往往存在運行維護費用高、數據傳輸率低等問(wèn)題。文獻組建了基于級聯(lián)拓撲無(wú)線(xiàn)Mesh與光纖復合架空地線(xiàn)光傳輸耦合網(wǎng)絡(luò )，滿(mǎn)足輸電線(xiàn)路設備物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò )帶寬、時(shí)延、可靠性和安全性要求。文獻則采用接入網(wǎng)和匯聚網(wǎng)兩級通信網(wǎng)絡(luò )結構進(jìn)行變電站和輸電線(xiàn)路的通信網(wǎng)絡(luò )設計，從而實(shí)現遠距離傳輸。文獻提出扁平式通信網(wǎng)絡(luò )結構和有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)雙通道異構組網(wǎng)技術(shù)，比傳統方法更有效地保障了重負載網(wǎng)絡(luò )性能和網(wǎng)絡(luò )容錯能力。文獻借鑒產(chǎn)品電子代碼設計了輸變電設備標識碼，提高了設備之間的信息聯(lián)系交互能力和共享能力；文獻結合ZigBee和GPRS組成混合網(wǎng)絡(luò )，用來(lái)傳輸桿塔傾角、人員攀爬、導線(xiàn)拉力、桿塔振動(dòng)等監測數據，減少人工巡檢的工作量。

3.3變電領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)在變電領(lǐng)域的應用包括了變電站電氣信息，設備溫度等狀態(tài)信息和運行操作信息的監控預警與故障診斷等方面，著(zhù)力于解決變電設備狀態(tài)實(shí)時(shí)監測、監測裝置孤島運行、故障診斷功能不足等問(wèn)題。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現變電站監控數據實(shí)時(shí)采集、通信和處理的有效手段。文獻設計了變電設備智能監測傳感網(wǎng)絡(luò )，并基于一體化智能監測裝置實(shí)現收發(fā)數據、分布式計算以及設備故障診斷和預警功能。文獻基于視覺(jué)傳感器、信息傳輸和智能視覺(jué)分析組成智能視覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)，將紅外圖像與可見(jiàn)光圖像智能識別相結合，準確、實(shí)時(shí)地檢測和定位變電站設備溫度異常區域。文獻采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)了一套可移動(dòng)、免安裝、無(wú)線(xiàn)化的變電設備局部放電檢測系統，使現場(chǎng)設備可以在不停電下進(jìn)行帶電檢測與在線(xiàn)監測。此外，針對變電站避雷器故障診斷和安全操作的監控也取得不少成果。

3.4配電領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電領(lǐng)域的應用包括對配電設備及其運行狀態(tài)的監測、故障定位、資產(chǎn)管理。文獻采用無(wú)線(xiàn)傳感器反應網(wǎng)絡(luò )（WSANs）構建了智能電網(wǎng)的信息系統，實(shí)現智能電網(wǎng)的可視可控。文獻采用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )建立了配網(wǎng)故障定位系統，相比于傳統故障定位系統，故障定位更準確，性?xún)r(jià)比更高。文獻將RFID應用到資產(chǎn)管理工作中，提高資產(chǎn)管理水平和效率。主動(dòng)地對并網(wǎng)分布式發(fā)電（DG）、儲能、充電樁、有載調壓變壓器、無(wú)功補償等配電網(wǎng)設備的運行進(jìn)行優(yōu)化與控制是主動(dòng)配電網(wǎng)的主要功能，而這些功能的實(shí)現往往依賴(lài)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。兩者的深度融合將形成配電物聯(lián)網(wǎng)，成為能源轉型“再電氣化"發(fā)展的新思路、新模式、新焦點(diǎn)。文獻論述了配電物聯(lián)網(wǎng)的內涵構想和應用特征，提出由“云、管、邊、端"構成的配電物聯(lián)網(wǎng)體系架構；文獻針對配電臺區管理存在設備多、通信基礎薄弱等困難，提出一種新型配電臺區應用實(shí)踐方式、設計理念、關(guān)鍵技術(shù)節點(diǎn)和協(xié)同機制；文獻總結了配電物聯(lián)網(wǎng)建設背景下的智能終端的內涵及基本特征，給出了智能終端硬件的基本結構和軟件的重要組成，分析了智能終端在計算、存儲、通信等方面為配電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)轉型發(fā)展所帶來(lái)的變化。

3.5用電領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)在用電領(lǐng)域的應用主要涉及低壓抄表、用電安全、工廠(chǎng)智能用電、智能家居、智能充電、智能樓宇等。智能用電服務(wù)系統是智能電網(wǎng)建設在用戶(hù)側的重要組成部分，文獻分別從組成架構和信息架構兩方面介紹了用電設備智聯(lián)網(wǎng)的體系架構，并分析了用電設備智聯(lián)網(wǎng)這個(gè)“電力物聯(lián)網(wǎng)"的功能，異構了電力光纖、雙絞線(xiàn)、現場(chǎng)總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等大容量傳輸技術(shù)，可以支撐DG、電動(dòng)汽車(chē)和智能家居的應用。中國已經(jīng)推廣應用了智能電表，結合UPIoT的建設推進(jìn)，智能電表的超計量功能價(jià)值凸顯，智能用電的各種場(chǎng)景都將變得清晰?？傮w上看，UPIoT是電力網(wǎng)-信息網(wǎng)-社會(huì )網(wǎng)的融合。在此階段，需要加強4個(gè)方面的研究：大范圍多設備感知能力強化；多業(yè)務(wù)異構數據統一管理平臺建設，包括數據標準與模型統一、系統技術(shù)架構統一、平臺入口統一等；電力大數據快速分析與應用；用電大數據安全與隱私保護及分級授權方法。

4泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形態(tài)

隨著(zhù)傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與云/邊緣計算技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用深化，UPIoT的形態(tài)也會(huì )逐漸演化。階段，UPIoT基本實(shí)現電網(wǎng)的信息化和自動(dòng)化，建成一系列通信信息平臺和自動(dòng)化系統，對應當前智能電網(wǎng)的發(fā)展水平；第2階段：UPIoT連接對象更加豐富，數據的應用水平明顯提高，數據采集、通信與計算處理分析的效率與質(zhì)量提升，提高電力系統各個(gè)環(huán)節的可觀(guān)可測性，通過(guò)貫通不同業(yè)務(wù)數據，逐漸實(shí)現電網(wǎng)透明化運行；第3階段：UPIoT加強用戶(hù)與電網(wǎng)交互，萬(wàn)千主體在開(kāi)放式平臺上參與電力生產(chǎn)與消費，促進(jìn)電力供應的邊際成本趨近于零，從而可能形成零邊際成本電網(wǎng)形態(tài)。

4.1初級形態(tài)：現階段智能電網(wǎng)

自2000年美國提出智能電網(wǎng)概念以來(lái)，多個(gè)國家興起了智能電網(wǎng)的研究和建設工作，并取得了突出的成果。中國的智能電網(wǎng)建設涵蓋了電網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節，推廣應用了一系列通信信息平臺和自動(dòng)化系統，電網(wǎng)的信息化和自動(dòng)化水平得到了顯著(zhù)的提升。盡管中國大力推進(jìn)智能電網(wǎng)建設，但仍存在著(zhù)數據不貫通、終端覆蓋不足、通信不暢通、資源利用率不高等問(wèn)題。

電力和信息的雙向流動(dòng)性是智能電網(wǎng)的本質(zhì)特征之一，這與UPIoT的理念是一致的。UPIoT的概念是基于現階段智能電網(wǎng)的技術(shù)背景和需求提出的。UPIoT的工作任務(wù)是銜接智能電網(wǎng)的發(fā)展現狀，進(jìn)一步促進(jìn)電力網(wǎng)-信息網(wǎng)-社會(huì )網(wǎng)的融合貫通。因此，可以將現階段智能電網(wǎng)視為UPIoT的初級階段。

4.2形態(tài)：透明電網(wǎng)

李立浧院士在“2018鹽城綠色智慧能源大會(huì )"上提出的“透明電網(wǎng)"方向，通過(guò)信息技術(shù)、計算機技術(shù)、數據通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、自動(dòng)控制理論、運籌學(xué)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的綜合運用，使電網(wǎng)運行透明、可觀(guān)可測。區別于運行數據不全和狀態(tài)難以準確評估預測的傳統電網(wǎng)，透明電網(wǎng)是基于UPIoT的一種新的電網(wǎng)形態(tài)：通過(guò)對并網(wǎng)的設備及關(guān)鍵節點(diǎn)的運行數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、上傳、識別和監控，并在配電網(wǎng)可視化平臺上集中反映，從而實(shí)現全數據采集、全狀態(tài)可見(jiàn)、全態(tài)勢預測以及全網(wǎng)絡(luò )可控的一種透明化電網(wǎng)模式。透明電網(wǎng)與UPIoT的概念不謀而合，其區別在于UPIoT強調的是技術(shù)路線(xiàn)（即泛在物聯(lián)），而透明電網(wǎng)則是強調終效果（即透明）。透明電網(wǎng)實(shí)現了對電網(wǎng)數據及數據蘊含意義、規律、價(jià)值的高度掌控，是UPIoT充分發(fā)展后的結果。在透明電網(wǎng)中，每個(gè)點(diǎn)每條線(xiàn)的數據都可以采集，所有的電網(wǎng)狀態(tài)和設備狀態(tài)都可以獲取，整個(gè)電網(wǎng)的趨勢和任意操作的結果都可以預見(jiàn)。因此，本文將透明電網(wǎng)視為UPIoT的形態(tài)。

透明電網(wǎng)的主要特征表現在：①數據透明：電網(wǎng)的運行數據可以通過(guò)在電網(wǎng)中密集分布的傳感器廣泛收集，電網(wǎng)的資產(chǎn)信息可以通過(guò)實(shí)時(shí)更新的臺賬準確獲??；②狀態(tài)透明：設備的運行狀態(tài)和電網(wǎng)的運行狀態(tài)可以通過(guò)采集到的數據準確評估，電網(wǎng)的拓撲結構可以清晰辨識；③態(tài)勢透明：電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展態(tài)勢可以準確預測，這為快速率解決包含源網(wǎng)荷儲充多維不確定性的智能電網(wǎng)運行維護的安全性、可靠性具有至關(guān)重要的意義。

透明電網(wǎng)是在UPIoT賦能下的電網(wǎng)運行形態(tài)。利用物聯(lián)網(wǎng)小微傳感器、先進(jìn)通信技術(shù)、大數據分析技術(shù)，電網(wǎng)從業(yè)人員可以理解電網(wǎng)量測數據、調控行為、市場(chǎng)信息等多類(lèi)型數據蘊含的意義、規律、價(jià)值，掌握從微網(wǎng)到復雜大電網(wǎng)運行的特征與策略。

小微智能傳感器是組成透明電網(wǎng)的重要元素，其未來(lái)將要突破的瓶頸是自行實(shí)現能量補給的問(wèn)題。通過(guò)節點(diǎn)內置傳感器進(jìn)行采集和處理目標信息的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )因其具有自組織性、抗干擾能力強等特點(diǎn)，與小微智能傳感器相結合，將為物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)傳感、互通和驅動(dòng)的高性能。

5G通信系統具有高傳輸速率、超大容量帶寬、低延時(shí)、低功耗、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸等特點(diǎn)，使得視頻等海量數據快速傳輸成為可能，更能支撐透明電網(wǎng)的全景實(shí)現。但應該重視的是，因為數據來(lái)源急劇增加，需要特別關(guān)注信息的加密和安全防控，防范不法分子竊取重要數據、通過(guò)網(wǎng)絡(luò )攻擊惡意引發(fā)電網(wǎng)事故。

在5G通信技術(shù)支撐下，電力大數據的智能分析是電網(wǎng)實(shí)現透明化運行的必要手段。電力系統發(fā)展至今，產(chǎn)生的運行數據數量已經(jīng)超過(guò)傳統數據處理方法的能力范圍，依靠大數據分析方法才能滿(mǎn)足當前和未來(lái)電力系統獲取信息的需求。人工智能在電力大數據的價(jià)值挖掘中的作用不可替代，特別是大量視頻圖像數據，離開(kāi)人工智能技術(shù)應用將只會(huì )成為電網(wǎng)運行的負擔。

此外，若將海量數據遠距離傳輸到云端處理，帶來(lái)巨大的網(wǎng)絡(luò )負擔、存儲負擔和計算負擔。邊緣計算在業(yè)務(wù)來(lái)源就近處理數據，只將必要的少量數據上傳到云端，是一種更具有效率的計算方式。當然，過(guò)度配置邊緣計算資源對整個(gè)系統而言也會(huì )造成不必要的浪費。在整個(gè)數據處理周期內，邊緣計算和云計算如何協(xié)同，需要深入研究資源、任務(wù)在云端和邊緣節點(diǎn)的平衡。

4. 3 遠景形態(tài)：零邊際成本電網(wǎng)

《零邊際成本社會(huì )》中描述：“在未來(lái)的時(shí)代，每個(gè)人都會(huì )變成產(chǎn)消者，可以更直接地在物聯(lián)網(wǎng)上生產(chǎn)并相互分享能源和實(shí)物，這種方式的邊際成本接近于零，近乎免費"。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的長(cháng)遠作用下，能源生產(chǎn)力將會(huì )有巨大的飛躍，未來(lái)智能電網(wǎng)可以實(shí)現能源的隨時(shí)接入與使用，實(shí)現分布式能源就近獲取和多種能源網(wǎng)融合，使用戶(hù)逐漸成為產(chǎn)消者，互聯(lián)網(wǎng)交易和共享促進(jìn)能源交易和增值服務(wù)，終發(fā)展成為零邊際成本電網(wǎng)。

零邊際成本電網(wǎng)是在物聯(lián)網(wǎng)平臺支撐下對傳統垂直電力價(jià)值鏈的反復，它可以使電力供應的邊際成本趨近于零，是具生態(tài)效益的UPIoT形態(tài)。需要指出的是，零邊際成本電網(wǎng)的實(shí)現，不僅需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對生產(chǎn)力的推動(dòng)，同時(shí)也需要經(jīng)濟主體觀(guān)念的轉變——從追求利益到按需生產(chǎn)和消費，這兩者都需要長(cháng)遠的過(guò)程。因此，不妨將零邊際成本電網(wǎng)視為UPIoT的遠景形態(tài)。

在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，電能由即插即用的分布式可再生能源發(fā)電提供，不需要消耗常規能源，生產(chǎn)邊際成本趨近于零；電網(wǎng)的自動(dòng)化控制系統按化的路徑傳輸、分配電能，同時(shí)高溫超導的應用使輸送損耗顯著(zhù)降低，輸送邊際成本趨近于零；用戶(hù)以低廉的價(jià)格獲得電力，而且，用戶(hù)同時(shí)也是電能的生產(chǎn)者，在一段時(shí)間內，電能買(mǎi)賣(mài)基本實(shí)現平衡，消費邊際成本趨近于零。電能供應全鏈條的邊際成本趨近于零。

零邊際成本電網(wǎng)的主要特征表現在：①電力供應邊際成本趨近于零：電力生產(chǎn)采用綠色能源，大大減少高成本化石能源的使用；電網(wǎng)接入大量DG，電力需求自給自足、就近滿(mǎn)足，無(wú)須遠距離輸送電能；小微能源采集器無(wú)處不在，未來(lái)可以隨時(shí)隨地使用能源；種種轉變使電力生產(chǎn)、傳輸、消費等各個(gè)環(huán)節成本不斷降低。②電力市場(chǎng)迎來(lái)協(xié)同共享模式：每個(gè)用戶(hù)同時(shí)也是電力的生產(chǎn)者，眾多產(chǎn)消者參與到電力協(xié)同共享中，形成橫向規模經(jīng)濟。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以釋放潛藏在各處的電力生產(chǎn)力，降低電力供應邊際成本。同時(shí)，開(kāi)放的物聯(lián)網(wǎng)平臺提供了大量產(chǎn)消者進(jìn)行電力共享的條件。毫無(wú)疑問(wèn)，零邊際成本電網(wǎng)的實(shí)現需要依靠物聯(lián)網(wǎng)的大力支撐推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費革命。

零邊際成本電網(wǎng)的目標對UPIoT提出更高的要求，包括：建立多主體開(kāi)放平臺，滿(mǎn)足大量分散產(chǎn)消者參與電力分享的平臺需求，主動(dòng)適應社會(huì )、經(jīng)濟的新發(fā)展；實(shí)現共享經(jīng)濟下的信用管理，保障協(xié)同共享經(jīng)濟模式的可持續發(fā)展。

5泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰

為達到透明電網(wǎng)乃至零邊際成本電網(wǎng)形態(tài)，UPIoT的建設還需要克服多項技術(shù)難題。本節從數據采集、數據通信、數據處理3個(gè)方面，提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰。

5.1傳感器的覆蓋不充分，電網(wǎng)仍存在監測盲區

當前，電網(wǎng)仍存在著(zhù)許多監測盲區：輸電線(xiàn)路跨越的距離長(cháng)，架設的環(huán)境復雜多變，天然具有分布式特性，而現階段對輸電線(xiàn)的監測只是選取了部分重要的節點(diǎn)和分段，遠遠達不到廣域監測的水平；配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣，傳統的測量裝置存在體積大、成本高、功耗大、運維困難等不足，無(wú)法鋪開(kāi)安裝；低壓用電信息沒(méi)有打通，物人互聯(lián)的技術(shù)尚未突破，用戶(hù)參與程度較低。

為消除監測盲區，傳感器技術(shù)的提升是一大挑戰。對于輸電線(xiàn)監測，采用分布式的傳感器（例如光纖測溫），準實(shí)時(shí)獲取沿線(xiàn)的微氣象、微地形、微圖像，輔以大數據分析和人工智能識別技術(shù)，提高線(xiàn)路監測效果，實(shí)現輸電線(xiàn)的廣域監測；對于配電網(wǎng)監測，加強小微傳感器的開(kāi)發(fā)與實(shí)用化，以體積小、成本低、功耗小、運維方便等優(yōu)異特性適應配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣的監測需求；對于用電監測，通過(guò)傳感器連接各種用電終端，或者采用非侵入式負荷監測的方式，與用電終端、用戶(hù)產(chǎn)生連接。

5.2數據模型和通信標準沒(méi)有統一，信息孤島難以消除

電網(wǎng)已推廣應用多個(gè)自動(dòng)化系統和通信信息平臺，不同系統平臺的建設規范不同，數據無(wú)法有效共享和管理，形成信息孤島；另外，配電網(wǎng)的設備制造廠(chǎng)商眾多，不同廠(chǎng)商沒(méi)有遵循統一的數據模型和通信標準，導致配電網(wǎng)的數據管理比較混亂，信息網(wǎng)絡(luò )十分復雜。

因此，需制定統一的數據模型和通信協(xié)議，要求新投運的系統平臺和設備遵循標準；同時(shí)，對于已投運的系統平臺設備，提出數據模型和通信協(xié)議的便捷轉換技術(shù)。從增量和存量2個(gè)方面改進(jìn)，消除信息孤島，實(shí)現對數據的統一管理。配電物聯(lián)網(wǎng)在標準化、數據化、業(yè)務(wù)軟件定義等方面將對新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)帶來(lái)重要的促進(jìn)作用。另外，針對配電網(wǎng)通信條件較差的現狀，利用配電網(wǎng)電線(xiàn)桿塔等基礎設施構建5G基站，將更加有利于配電物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

5.3數據分析智能化程度低，用電數據價(jià)值尚未被有效挖掘

電網(wǎng)有上億的用戶(hù)，其數據是非常有價(jià)值的。一方面，海量的用戶(hù)數據使得電網(wǎng)公司可以充分認識用戶(hù)的特性，可以為電網(wǎng)公司削峰填谷、提高電網(wǎng)利用率、節能降耗、防范竊電、低壓運維、系統規劃帶來(lái)新的技術(shù)支撐手段；另一方面，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能用電可以為用戶(hù)提供更好的用電服務(wù)和增量服務(wù)，例如用戶(hù)節能、用電安全、電氣防火、電器控制、共享充電與停車(chē)、快速復電、DG運維管理、需求響應等。

但是，目前這些數據的價(jià)值還未得到充分的挖掘，其中一個(gè)重要的原因是數據分析智能化程度低。只有對用戶(hù)的數據進(jìn)行多方面的深入挖掘，才能釋放其價(jià)值，實(shí)現低壓拓撲自動(dòng)識別、低壓故障精確診斷、電能質(zhì)量有效控制、線(xiàn)損精益化管理、竊電與管理、細顆粒度負荷預測、光儲一體調度、車(chē)輛到電網(wǎng)（vehicle-to-grid，V2G）、柔性負荷控制與需求側響應，以及用戶(hù)增值服務(wù)（如金融）等目標，為各行業(yè)發(fā)展規劃與決策提供重要支撐。因此，需要加強用電大數據應用建模與智能算法研究，據此掌握用戶(hù)行為規律，挖掘用電信息價(jià)值。

6 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。用戶(hù)僅需購買(mǎi)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和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

（2）應用場(chǎng)所

本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、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、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用先進(jìn)的數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，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，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報表：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁(yè)面

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、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

智慧消防

通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

（5）系統硬件配置

7結論

UPIoT 的提出和發(fā)展給智能電網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)了新的契機。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與云/邊緣計算技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的不斷迭代更新，將會(huì )對智能電網(wǎng)的數據采集、通信與計算處理環(huán)節的效率與質(zhì)量帶來(lái)顯著(zhù)提升，從而提高電力系統發(fā)-輸-變-配-用各個(gè)環(huán)節的可觀(guān)可測性，顯著(zhù)提升電網(wǎng)運行水平，充分挖掘電力數據價(jià)值；物聯(lián)網(wǎng)平臺的開(kāi)放特性，可以有力地支撐電力供應模式的創(chuàng )新變革，釋放電力生產(chǎn)力。泛在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應用將會(huì )推動(dòng)智能電網(wǎng)向透明電網(wǎng)、零邊際成本電網(wǎng)演化，終實(shí)現大眾參與、協(xié)同共享的可持續發(fā)展的電力產(chǎn)業(yè)升級與變革。

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