浅谈泛在电力物联网驱动城市能源转型
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：城市能源革命是国家构建清洁低碳、有效的能源体系的重要路径，城市能源系统的数字化转型是城市能源革命的重要抓手。泛在电力物联网的建设，为电力系统数字化转型坚强赋能，进一步推动能源互联网的建设和实现城市能源系统的数字化转型。
关键词：泛在电力物联网；能源；影响
以物联网技术为基础的数字化技术的发展，很大地改变了城市能源系统的面貌。信息流与能源流的交融共生，让城市能源系统变得更加智慧和美妙，也使得能源企业与用户之间的交互越来越强烈，与此同时，新的商业模式正逐渐兴起。
物联网技术的发展对能源系统的各个环节均产生了深远影响。比如生产环节，用于提升煤炭、石油、天然气的生产效率和稳定性，促进发电效率、稳定运行水平、可再生能源利用水平的大幅提升；输配环节，让线路故障、故障检测、线路损耗等问题迎刃而解；消费环节，通过智能计量技术让能源消费越来越可视化和可控化，促进工业、建筑、交通等重要领域的能效提升和节约成本；管理环节，结合云计算、机器学习等先进技术，实现对能源全链条管理和新商业模式的开拓。
数字化转型正成为中国和世界经济发展的强大动力。过去十年，以物联网、数据分析、云计算、人工智能为代表的数字技术，以及无远弗届的电子商务和社交媒体，带来了人与人、人与世界关系的巨大革命。到2019年，全球、尤其是中国进入到了数字化转型的攻坚之年。微软与市场调查公司IDC联合发布的一份报告显示：到2021年，数字化转型将为中国GDP的年度增长贡献1%的增速，价值7160亿美元。
物联网技术不仅驱动企业数字化转型，完成现代化大企业构建，也为全社会数字化转型赋能。物联网核心的商业价值在于通过万物互联所产生的海量数据，经智能化的处理、分析，终透过数据形成产品或服务，如今已应用在社会的方方面面。手表、家用电器和汽车等日常用品正通过物联网提供一系列服务和应用，如个人医疗保健、智能电网、监控、家庭自动化和智能交通等。物联网技术的发展已经对工业、运输行业、汽车行业、能源行业、智能生活等各领域产生了深远影响。
电网企业数字化转型是推动城市能源系统转型的关键。物联网技术的发展促进能源数字化转型，潜力是它能够打破部门之间的界限，提高灵活性并实现整个系统的整合，而电网企业是这一转型的核心。电力行业是“物联网＋数字化”技术应用较早的部门之一，早在20世纪70年代，电力公司就利用新兴技术提升电网管理和运行水平。国际能源署分析表明，数字化有每年节省约800亿美元的潜力，大约占全年发电成本的5%。
泛在电力物联网建设是电力部门数字化转型的重要抓手。通过泛在电力物联网的建设，数字化与电气化交融共生，物联网与大数据、云计算、人工智能等技术赋能电力系统的数字化转型。例如，发电厂、输电和配电线路以及终端能源设备协调工作，可在指定的时间和地点为用户提供可靠、低成本和可持续的能源。在未来，泛在电力物联网的应用场景包括：
智能需求响应。通过采取价格等激励政策引导用户主动改变消费行为，实现供需平衡优化。IEA分析表明，可以为电力系统提供185千兆瓦的灵活性，大致相当于澳大利亚和意大利目前的装机容量之和。可再生能源并网。泛在电力物联网技术的运用可更好地匹配电网需求和可再生能源发电，降低可再生能源波动性。仅在欧盟，新增储能和数字化需求响应可以在2040年将太阳能光伏和风能的弃光弃风率从7%减少到1.6%。电动汽车智能充电。引导充电行为向低负荷、供应足时段转移，提升电网的稳定性和为电网提供更大的灵活性。个人售电。泛在电力物联网技术的发展有助于家用分布式能源的发展，如太阳能光伏板和储能等，提高个人用户电力市场的参与度。
可以预见，泛在电力物联网建设加快，必将在多个领域驱动城市能源系统实现数字化转型。
推行电网数字化运营与管理。对设备资产运行集约化，优化资产管理，提高资产利用效率；运营细节可优化，对电网关键参数进行动态监测，基于智能电网技术和先进的测量技术实现电网故障的快速定位，形成优化方案库进行调节；电力调度经济化，基于天气预报、负荷预测、市场价格等因素对电力进行科学调度。
基于电力物联网发展电网自愈技术。基于数字智能传感器技术实现对故障的快速定位和辨识；通过云平台对网络故障库进行共享，进行汇总和机器学习，形成统一解决方案库；提高电力系统自动化水平，在保证稳定的前提下实现故障自动处理，包括断电隔离与换线恢复供电，大幅降低供电中断时间。
深度挖掘电网大数据利用价值。基于大量传感器采集电网海量数据，包括状态数据与预警信息（过电压等），汇集到统一的大数据平台，结合人工智能、机器学习等先进技术进行分析，挖掘本质特征，为电网规划、故障处理、负荷预测等重要内容提供支撑。应用物联网技术，为可再生能源并网提供更好的保障。结合储能技术，提高可再生能源并网穿透率，提高分布式能源并网的可行性和稳定性。
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、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，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预警，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预警；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、异常报警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。
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。
构建能源物联网，促进智慧城市建设。在智能建筑、智能家居、智能计量等领域探索拓展新业务，发掘综合能源服务商业模式。
例如，为建筑提供节能服务，基于能源物联网技术搭建能源管控平台，实现电、热、冷、气的智能监测与控制，优化使用成本，提高能源使用效率。智能家居方面，推广使用智能插座、智慧照明等智能硬件以及相应移动服务APP，实现节能和提升用户体验，形成能源服务生态链。智能计量方面，优化改善智能电表，提高用户交互性体验，通过移动服务提供能源消费数据与分析；发展多表合一技术，整合不同能源统计数据，共同开发，共享能源物联网建设带来的成果。
[1]汤广瑞，陈浩，王丹.以泛在电力物联网驱动城市能源转型
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
何花，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Email:2881392111@qq.com，QQ:2881392111
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