摘要：隨著電力體制改革的不斷深化，電力用戶借助分布式發(fā)電、儲能系統(tǒng)和電動汽車等新興技術(shù)已經(jīng)具備了參與電力交易的能力，但傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制方式卻難以適應(yīng)新時代開放電力市場的需求。國家電網(wǎng)有限公司所提出的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)互連、狀態(tài)感知和優(yōu)化控制，是建設(shè)開放電力市場的技術(shù)支撐?；诖耍治隽诵聲r代電力系統(tǒng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)以及建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的必要性；研究了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在開放電力市場中的典型應(yīng)用；對面向電力市場的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論，為構(gòu)建現(xiàn)代化開放電力市場提供參考。

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(UPIoT);電力市場；優(yōu)化控制；可再生能源

引言

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)受到了能源、互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備制造等領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。目前已有很多學(xué)者對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的釋義實(shí)施策略和關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了研究和展望，討論了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在輸變電設(shè)備和智能配電網(wǎng)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。從物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層面入手，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的含義、技術(shù)要求和應(yīng)用場景。文獻(xiàn)從終端層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層分別指出，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建過程中的關(guān)鍵技術(shù)主要包含物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全和海量數(shù)據(jù)分析及處理等。文獻(xiàn)根據(jù)輸電、變電和配電設(shè)備各自的運(yùn)行特點(diǎn)和檢測需求，分別提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在對應(yīng)領(lǐng)域的建設(shè)方案和應(yīng)用場景，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用之后對電網(wǎng)運(yùn)行管理和技術(shù)發(fā)展等方面帶來的影響。目前，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中應(yīng)用的研究還比較少，文獻(xiàn)提出了一種基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力市場主動服務(wù)感知共享平臺的架構(gòu)和設(shè)想，但對于共享平臺具體運(yùn)行模式和主要功能研究較少。

1、新時代電力工業(yè)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)

1.1電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)境問題的日益突出，當(dāng)今電力系統(tǒng)在“發(fā)、輸、配、用"等各個方面都發(fā)生了顯著的變化。其表現(xiàn)為：發(fā)電側(cè)逐漸從過去的傳統(tǒng)能源集中發(fā)電方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺桨l(fā)電與分布式發(fā)電、傳統(tǒng)能源發(fā)電與可再生能源發(fā)電并存的方式，由于發(fā)電側(cè)出現(xiàn)了大量的風(fēng)力和光伏等可再生能源，導(dǎo)致系統(tǒng)電源側(cè)的隨機(jī)性和可調(diào)整性受到很大的影響。輸電側(cè)逐漸從過去的以超高壓電網(wǎng)為主網(wǎng)架的局部互聯(lián)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴馗邏弘娋W(wǎng)為骨干網(wǎng)架的廣泛互聯(lián)方式，大容量、遠(yuǎn)距離的特高壓交直流混合輸電的出現(xiàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行特性和穩(wěn)定特性發(fā)生重大變化。配電側(cè)用戶數(shù)量以及用電負(fù)荷種類的增多，導(dǎo)致配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和承載的功能正在發(fā)生改變，由于用戶多樣性的用能需求，配電網(wǎng)的角色已經(jīng)由傳統(tǒng)的單向電能提供逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向能量互動。隨著智能終端、分布式發(fā)電和電動汽車的普及，用電側(cè)已經(jīng)具備了一定程度的參與電網(wǎng)動態(tài)調(diào)整和電能供應(yīng)的能力,用電客戶的角色界定也越來越模糊。

新時代電力系統(tǒng)的組成和所承載的功能已經(jīng)發(fā)生了顯著的轉(zhuǎn)變，因電源、網(wǎng)架和負(fù)荷的變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)備用容量不足、頻率/電壓穩(wěn)定性差和諧波含量高等問題日益凸顯。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)控往往采用棄風(fēng)、棄光和增加備用容量等措施維持系統(tǒng)穩(wěn)定，但這種方式會導(dǎo)致新能源利用率不高、投資成本過大和輸電通道傳輸容量無法充分利用等問題，無法從根本上保證系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，提高電力系統(tǒng)全網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，實(shí)時感知當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行方式和精細(xì)控制各方面現(xiàn)有的調(diào)節(jié)容量，是適應(yīng)新時代電網(wǎng)調(diào)控的可行方案。

1.2電網(wǎng)公司角色的轉(zhuǎn)變

伴隨著電力體制改革和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的不斷深化，電網(wǎng)公司和傳統(tǒng)的電信運(yùn)營商一樣，面臨著被“管道化"的可能。過去的20年，互聯(lián)網(wǎng)和移動通信飛速發(fā)展，然而在這個發(fā)展的風(fēng)口上，不斷崛起的是各大互聯(lián)網(wǎng)公司，而提供基礎(chǔ)服務(wù)的三大電信運(yùn)營商不僅沒有從中獲得太多的紅利，反而逐步失去了市場中的主動權(quán)。這是由于在移動通信發(fā)展初期，運(yùn)營商是典型的內(nèi)容提供商，其直接與客戶群體聯(lián)系，為客戶群體提供通話和短信等業(yè)務(wù)并收取費(fèi)用。

然而隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，移動數(shù)據(jù)流量成為了移動通信的主角，各大運(yùn)營商所能提供的服務(wù)幾乎沒有差異?？蛻魧τ谶\(yùn)營商提供短信和通話服務(wù)的黏性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷ヂ?lián)網(wǎng)內(nèi)容的黏性，導(dǎo)致過去運(yùn)營商直接面向客戶的場景轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)公司直接面向客戶，而運(yùn)營商只提供通信“管道"的現(xiàn)狀，如圖1所示?；ヂ?lián)網(wǎng)公司通過自身推出的各項(xiàng)服務(wù)吸引了大批客戶之后，其所提供的服務(wù)將不僅僅限于這些基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，還可以利用大量的客戶群體提供各類增值業(yè)務(wù)(如廣告和理財(cái)服務(wù)等,并從中獲得更大的利潤。比較有代表性的例子包括，現(xiàn)在越來越多的人開始使用社交軟件的音頻或者視頻通話取代傳統(tǒng)的電話和短信業(yè)務(wù)，而社交平臺的作用也不僅限于社交，其還提供了公眾號的推廣服務(wù)、內(nèi)嵌其他小程序的廣告服務(wù)和電子貨幣的理財(cái)服務(wù)等。

從電信運(yùn)營商被“管道化"的現(xiàn)象中不難發(fā)現(xiàn)，電力作為一種類似于移動數(shù)據(jù)的無差別商品，隨著開放的電力市場逐步完善，如果電網(wǎng)公司繼續(xù)堅(jiān)持傳統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營業(yè)務(wù)，就會逐步失去客戶，逐漸變成為新型能源服務(wù)提供基礎(chǔ)支撐的“管道化"企業(yè)。因此在新時代電網(wǎng)公司必須改變傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式和商業(yè)模式，加快推動電網(wǎng)向智能化和物聯(lián)網(wǎng)化的新階段轉(zhuǎn)型，打破傳統(tǒng)通過購銷價差獲得盈利的單一模式，在萬物互聯(lián)的新時代積極開辟新的經(jīng)營方式和發(fā)展理念。

1.3發(fā)電企業(yè)角色的轉(zhuǎn)變

與電網(wǎng)公司不同，在開放的電力市場環(huán)境下，發(fā)電企業(yè)可以成立售電公司，直接與用電客戶進(jìn)行交易，并具備了一定程度上的自主定價權(quán)。發(fā)電企業(yè)進(jìn)入電力市場，一方面能促進(jìn)企業(yè)降本增效，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面也使得企業(yè)面臨市場化的挑戰(zhàn)，增加了企業(yè)的經(jīng)營風(fēng)險。由于受傳統(tǒng)壟斷式的運(yùn)營方式所限，發(fā)電企業(yè)對于電力市場的了解很少，在電力營銷和用戶側(cè)服務(wù)方面的經(jīng)驗(yàn)非常欠缺。如何打開售電渠道、提高企業(yè)的市場占用率是發(fā)電企業(yè)立足開放電力市場必須解決的問題。

為應(yīng)對市場化所帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，首先，發(fā)電企業(yè)必須加強(qiáng)電力營銷與宣傳的力度，不斷擴(kuò)大自身的用戶群體，充分利用信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，簡化售電的流程，構(gòu)建一條開放、便捷和實(shí)時的售電渠道。其次，為增強(qiáng)電力用戶與發(fā)電企業(yè)產(chǎn)品之間的黏性，企業(yè)必須準(zhǔn)確獲取用戶的用能信息和習(xí)慣，針對不同的用戶群體推出精細(xì)化、個性化的服務(wù)，合理安排各種類型的優(yōu)惠政策，突出企業(yè)的特點(diǎn)，增強(qiáng)核心競爭力。

2、智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺

智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺是綜合能源服務(wù)平臺的“控制中心",其通過對海量的狀態(tài)信息進(jìn)行分析和處理，從而對目前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)做出整體的判斷，并為系統(tǒng)的運(yùn)行控制和各類用戶的電力交易提供指導(dǎo)。

綜合能源服務(wù)平臺中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來源多樣、格式復(fù)雜且冗余度高，雖然各類信息中所隱含的信息價值很大，但各類信息之間的關(guān)聯(lián)性不直觀，因此物聯(lián)網(wǎng)管控平臺必須具備數(shù)據(jù)的分類匯總、分析處理和信息挖掘的功能。對于系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)，首先，應(yīng)對各類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，解決當(dāng)前電力系統(tǒng)信息碎片化存儲的問題，打破信息的孤島，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享。其次，應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)在冗余的數(shù)據(jù)中對同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，從而減小通信和數(shù)據(jù)存儲的壓力，提高數(shù)據(jù)分析的可信度。最后，針對篩選后的數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)，從數(shù)據(jù)中分析得出當(dāng)前電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等深層次信息，并為綜合能源服務(wù)平臺中的電能交易、需求側(cè)響應(yīng)和智能購售電等高級應(yīng)用提供支撐。

3、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯(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(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

4、應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)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(yùn)維等領(lǐng)域。

5、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

6、平臺功能

6.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據(jù)客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過培訓(xùn)的工程或調(diào)試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙，內(nèi)容有：預(yù)付費(fèi)、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計(jì)、收益統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維情況等。其中可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

7.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)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(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè) 備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

7.3 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析 與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)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(dá)到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

7.4預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財(cái)務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費(fèi)看板

7.5 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

7.6 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實(shí)現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

照明實(shí)時監(jiān)控

7.7 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(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速時間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然"的目的。

7.8 智慧消防

通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。針對“九小場所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實(shí)際需求。

智慧消防看板

8、系統(tǒng)硬件配置

結(jié)語

對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中的具體應(yīng)用進(jìn)行了展望，并對關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)行歸納總結(jié)，得出如下結(jié)論：

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電力市場環(huán)境的變化，使得傳統(tǒng)的運(yùn)行控制方法無法保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，繼續(xù)采用傳統(tǒng)運(yùn)營模式的電力企業(yè)無法適應(yīng)開放電力市場下的角色轉(zhuǎn)變。大力建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是突破傳統(tǒng)運(yùn)行方式瓶頸、轉(zhuǎn)變電力工業(yè)發(fā)展方向和理念的重大戰(zhàn)略舉措，也是建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的必經(jīng)之路。

為實(shí)現(xiàn)綜合能源服務(wù)平臺的體系架構(gòu)和相關(guān)功能，還需要在電力物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備、綜合通信網(wǎng)絡(luò)及信息安全和智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域加強(qiáng)研究。