浅谈物联网技术在电网中的应用

　　刘鹏飞
　　安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 202112
　　摘 要： 随着我国对各项事业的政策支持，以及当今社会互联网经济迅猛发展的带动下，发展和应用物联网已经在各行各业中慢慢渗透和体现。传统的企业竞争靠的是品牌的影响力，而新时代下靠的是物联网所提供的平台，是物联网深入发展的一个系统。在移动互联网迅速发展的时代背景下，物联网是继电商经济之后又一个重大发展机遇。由于将要迎来互联网的5G时代，将物联网技术运用在电网行业并进行推广，相信将会成就一个智能化的电力系统新时代。本文想通过对物联网这几年的发展概况进行简单介绍，并就物联网技术在5G时代即将到来的大背景下，其在电网中的应用进行分析和讨论。
　　关键词： 物联网技术；智能电网；5G
　　0 引言
　　为加快推动中国传感网产业的健康发展，引领信息产业浪潮，培育新的经济增长点，物联网就正式被列为中国五大新兴产业之一，物联网的发展前景和将来对中国经济的影响力肯定会引起全社会的高度关注。目前新一代的物联网技术除了应用发展到中国社会生活的和生产的方方面面，而且还在各行各业中得到充分发挥，伴随着5G通讯技术的逐渐开发成熟，电网系统中的多传感器系统也已经建立并发展形成一个较为成熟的物联网系统。
　　1 概述物联网及其涵盖领域、特点、不足
　　1.1物联网的概念
　　专业术语中，物联网技术是一种网络技术，它以建立在互联网络上为基础，并通过这个核心网络实现物与物之间的有效连接。物品和物品之间通过用户端的有效地延伸扩展，从而进行通讯和信息交换。而通俗点来讲，物联网就是通过在物体上植入各种微型感应芯片使其变得智能化，然后借助现代无线网络技术实现人和物体之间的＂沟通＂，以及物体和物体之间的＂交流＂。
　　1.2 物联网技术涵盖领域
　　物联网技术被当今社会应用到多各个技术领域，包括公共交通、工业、教育系统、医疗、环保、城市市政建设、电子通信网络、国家电网等。人们生活的反方方面面现在都涉及到物联网技术的应用，也可以这样说，不论是对社会经济的发展还是提高人们生活质量，物联网技术都起到了巨大的推动作用。随着物联网技术的逐渐成熟，他已经涵盖了很多行业的很多方面，例如：传感器技术、通讯射频识别技术、嵌入式系统技术等等，相信在不久的未来，物联网技术还会伴随着社会的发展延申和发展到其他专业领域，现在先简单的介绍其在这几方面的应用。
　　（1）传感器技术是指：能够感受到被测量，并按照一定的规律进行转换成可用输出信号的器件或装置。传感器技术是互联网技术中应用的关键技术，他是获取各方信息的重要通讯手段，如果没有传感器技术，信息将无法进行有效的获取，进而影响信息传播等后续技术应用。传感器的技术应用领域、种类很多很广泛，致使其应用的原理各有不同而已。
　　（2）通讯射频识别技术是将无线射频技术和嵌入式技术融合在一起的一项综合技术，跟条码扫描技术相类似，但又有所区别，他也属于传感器技术中的传感方式之一。通讯射频识别技术在日常生活中很稀松常见的，比如我们经常接触到的门禁系统、自动收费、车辆识别系统、物流实时跟踪系统等。总的来说，通讯射频识别技术是一种具备简单实用性，且易于操作和适应性强的自动化控制应用技术，对于智能化升级技术有者较强的辅助作用。
　　（3）嵌入式技术是将软件、传感器、集成电路、电子应用等技术综合应用在一起的复杂技术，技术原理通俗的来说就是将接收到的信息进行分门别类地整理的一个过程。嵌入式技术的应用范围广阔，像小到我们日常生活中使用的收音机等电子设备，大到卫星系统，都需要应用嵌入式技术。同时，他也是各种衍生技术的基础。
　　1.3 物联网技术主要具备以下几个特点
　　首先，物联网技术是通过利用通讯射频识别技术和数据通信技术等整合而成的一个网络技术。它的主要特点就是可以为社会上各行各业的信息交流和发展提供便利条件，并能够实现信息和技术的共享。通过已经设定好的规范，在物联网里进行主体之间的交流，从而达到一定的目的。其次，物联网作为信息交流的媒介，能够把实体存在的万事万物与互联网中的虚拟世界融合在一起，形成一个整合、统一的网络。一旦物联网技术足够成熟，全世界的运转包括信息运转在内都会以这个整合完善的互联互通网络作为基础，进行社会事物的处理和运营，所以说，物联网技术具有联通现实与虚拟，此处与远方的效果和特点。再次，物联网技术的应用是一个系统工程，它主要由运用系统做支撑，传感网络系统做信息传输的端点，业务应用作为信息分类整合依据，无线通讯系统作为信息传输的支持。
　　1.4 现今物联网技术不成熟之处
　　如今，我国正大力支持和发展物联网技术，但是由于该技术现在还不够成熟，缺乏合理的规范对其发展进行指导，没有标准的操作流程进行实际运行和操作，缺少统一的物体编码对接物联网技术，而且，重要的是物联网技术作为与网络技术相关的应用，其信息安全仍然是物联网技术急需解决和攻克的技术难题。并且，随着时代的发展，物联网技术需要进一步发展和完善，配套的研发和改善进度人不能满足现有需求，因此，这也是需要物联网行业高度重视的问题所在。
　　2 联网技术在电网的应用
　　2.1 电网应用物联网的技术特点
　　电网体统融合应用物联网技术在学术上称之为电力物联网技术，该项技术指的是：电网系统中各种电力设施设备之间、设施设备与操作人员之间通过不同的传感器而形成的一个智能网络。电力物联网技术的主要特点有：环保、节能、运营安全和稳定、保障操作人员和使用人员的人身财产安全，并且可以积极推进电网作业和管理＂泛在、可知、可控＂体系的建立，建设智慧企业，引领具有卓越竞争力的能源互联网企业建设。
　　世界经济在近年来的快速发展，对能源的需求量也在日渐持续增长，如果能够建立起坚强的智能电网，则能够充分实现物联网技术与智能电网相结合后全面的智能化控制系统。通过运用智能控制的手段，对电网系统中的发电、输电、变电、配电、用电和调度等环节进行全面的智能化管理和控制，从而达到安全、高效、全面、节能的管理效果。而物联网技术作为坚强智能电网的基础，通过对其在电网的应用和推动，实时的对国家电网、变电站、配电线路、用户使用情况、发电厂运行的状态等进行监控，及时发现问题并进行抢修，减少事故发生率，真正的实现对电力系统的全面智能控制和信息的互通有无。
　　2.2 物联网技术在电网的具体应用领域
　　（1）物联网技术应用于输变电、配用电
　　物联网技术应用在电网系统的输电、变电、配用电等环节中是非常广泛和常见的。其一，在电网输电环节中，物联网技术主要应用和体现在对输电线路在线监控系统上面。其中包括：视频和图像的监控系统、时事状态监测、电动态监测、输电塔运行监测、输电线路覆冰监测等等；其二，在电网变电环节中，变电站作为整个电网网络的神经中枢，起到实现电网集中调度，以及变电站设备能够无人值守的状态的作用；最后，在电网配用电环节中，通过在该环节中使用物联网技术，综合考虑结合开放频率的无线通信方式与现有的电网通信系统进行融合，进一步达到配电网络要求的统一通讯的智能电网解决方案。与此同时，在电网中应用物联网技术，可以实现电压的节能技术问题，也就是所谓的，通过在科学范围内适当降低电压来减少用电量，从而达到物联网技术在电网应用中节能减排的目的。最后，物联网技术应用于电网计量设施和智能电表中，在充分保障其运行可靠、安全的前提下，通过互联网络对其使用情况进行监控和数据分析，实现对用户使用的是据分析，及时发现问题、解决问题，并形成只能数据库，为今后应对此类型问题，储存重要信息。
　　（2）物联网技术应用于通信、配网自动化、智能化电网
　　物联网技术为电网在通信、配网、实现智能化方面提供了有力的技术保障。
　　①应急通信技术方面的应用
　　一般情况下，应急通信发生的时间、地点和情况都是不确定的，指挥中心也就无法及时、有效的确定事故发生的具体地点，冥冥之中也就增加了指挥中心与事故地点之间联系的难度系数。而传统做法是，抢险人员到达事故现场后，首先，对发生事故的原因和问题进行详细排查和检查。其次，向指挥中心以电话、视频等方式传达现场情况，这不仅耗费抢险的时间，而且并不利于解决事故问题。但物联网技术在应急通讯技术方面的应用，大大方便和提高了
　　指挥中心的调度工作效率。一方面，物联网技术能够实现指挥中心和应急处理中心对电网状态和设施设备运行的实时监测，并帮助其及时的发现问题。一旦发生意外情况，物联网技术可以对事故现场进行准确的定位，并能够清楚的反馈回来事故现场设施设备的损坏情况，有利于指挥中心和应急处理中心采取及时、具体、准确的救援措施，避免事故损失的进一步扩大。另一方面，如果同时发生多处事故，亦可以根据事故的实际情况，合理调配人员和抢修设备到达现场，即提高了处理事故的效率，也避免了资源配置的浪费。
　　②配网通信方面的应用
　　我国配网通信现在的结构比较复杂，具有电压等级和支线较多、分布面广以及变动比较频繁等特点。现有的配电网不能实现独立通信，需要光纤和载波通信来辅助实现。而现实问题是，配电网点一般固定不做改变，但是配电网的改动次数相对频繁，如何调和二者之间的矛盾，这是个问题。恰恰物联网技术的出现可以解决这一矛盾，物联网技术能够有效连接配电站点于配电网，仅仅需要通过在配电网设备和它的附件上连接互联网，就可以实现和完成配网的通信业务，同时还可以实现遥控、遥感、遥测等自动化技术。
　　③智能电网方面的应用
　　物联网技术在智能电网通信中的应用和作用表现在以下几方面：
　　增强了电网通讯、控制、测量、电网设备状态在线检测技术，强化了电网节能控制系统，实现了对电网设备的实时监测和对事故确定、跟踪。而且，物联网技术与智能电网的结合，不仅保障电网的安全、高效运行，还能够提高电网的灵敏度和管理效率，更是符合当代社会倡导的节能环保、低碳生活的理念。
　　3 物联网技术在电网的应用及未来发展方向
　　电力企业内部也积极展开了电力通信专网的覆盖工作，实现部分生产场所、经营场所接入物联网，升级配电自动化工作系统，优化客户服务，提升办公电话、计量、应急灯等业务，使得物联网真正从内到外，得到充分的发挥和应用。当今物联网技术与电力网络系统的有效融合，不仅满足和方便人们对电力的需求，而且对电力企业而言也是一次革新。物联网技术应用于电网系统有利于对输电技术网络进行优化升级，让其成为配电网络的主要通信手段，并且能够有效改善基础网络的输电通信能力，保证输电通信网络的可靠和稳定运行。目前，物联网总体架构正从垂直一体化封闭模式向以水平环节为核心的开放模式转变，首先水平化是以物联网平台、端系统为核心，正在经历的水平化是以人工智能、大数据处理和边缘计算等信通新技术为核心。通过更加开放的电力企业物联网平台的建设，工作重心转向标准化的通信接入、泛在低功耗的接入、充分的数据共享和完善的安全体系构建。
　　物联网产业快速增长，正处于大爆发前的战略机遇期。物联网涉及的传感、通信、信息、智能化和安全等技术领域发展逐渐成熟、物联网正逐步向工业互联网、智慧能源、智能电网等具体行业应用延伸。未来物联网技术不仅会在电力网络中逐渐提升和发展，而且还会随着技术的成熟，促进电网的进一步升级和优化。相信物联网技术除了在电力网络系统得到充分发挥，他还会在其他行业和领域逐渐发展成熟，为人们带来更多的便利。
　　4 安科瑞为国家电网2020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，积极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、智慧安全用电云平台、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，变电所运维云平台功能一览。
　　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，彻底扭转传统依靠人力、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 智慧安全用电云平台
　　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30%~34%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34.6%，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使用安全用电、智慧用电，从源头上预防电气火灾的发生，现安全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安全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安全隐患（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，提供安全隐患分析报告，实时评估企业用电安全状态。
　　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安全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安全的一个隐患。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重点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安全管理、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安全管控系统。
　　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。
　　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 结语
　　由于＂5G＂时代的即将到来，物联网技术将世间万物联系起来将变成可能，＂万物互联＂的梦想也不再遥远，物联网也将进入高速发展快车道。物联网在发挥其承上启下的平台作用时，更会服务于社会的各种主体，研发出更多的衍生应用和产品，为社会创造出更多价值和贡献。
　　参考文献
　　[1]江潮洪.物联网技术在电网的应用[J].电子世界, 2018, 555(21):135-136.
　　[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
　　作者简介
　　刘鹏飞，男，本科 安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电
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