淺談泛在電力物聯網驅動城市能源轉型

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，城市能源系統的數字化轉型是城市能源革命的重要抓手。泛在電力物聯網的建設，為電力系統數字化轉型堅強賦能，進一步推動能源互聯網的建設和實現城市能源系統的數字化轉型。

關鍵詞：泛在電力物聯網；能源；影響

 

1城市能源轉型會帶來何種影響？

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

        物聯網技術的發展對能源系統的各個環節均產生了深遠影響。比如生產環節，用于提升煤炭、石油、天然氣的生產效率和穩定性，促進發電效率、穩定運行水平、可再生能源利用水平的大幅提升；輸配環節，讓線路故障、故障檢測、線路損耗等問題迎刃而解；消費環節，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、建筑、交通等重要領域的能效提升和節約成本；管理環節，結合云計算、機器學習等先進技術，實現對能源全鏈條管理和新商業模式的開拓。

2為什么要進行數字化轉型？

        數字化轉型正成為中國和世界經濟發展的強大動力。過去十年，以物聯網、數據分析、云計算、人工智能為代表的數字技術，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字化轉型的攻堅之年。微軟與市場調查公司IDC聯合發布的一份報告顯示：到2021年，數字化轉型將為中國GDP的年度增長貢獻1%的增速，價值7160億美元。

        物聯網技術不僅驅動企業數字化轉型，完成現代化大企業構建，也為全社會數字化轉型賦能。物聯網最核心的商業價值在于通過萬物互聯所產生的海量數據，經智能化的處理、分析，最終透過數據形成產品或服務，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網提供一系列服務和應用，如個人醫療保健、智能電網、監控、家庭自動化和智能交通等。物聯網技術的發展已經對工業、運輸行業、汽車行業、能源行業、智能生活等各領域產生了深遠影響。

3未來方向是什么？

        電網企業數字化轉型是推動城市能源系統轉型的關鍵。物聯網技術的發展促進能源數字化轉型，潛力是它能夠打破部門之間的界限，提高靈活性并實現整個系統的整合，而電網企業是這一轉型的核心。電力行業是“物聯網＋數字化"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管理和運行水平。國際能源署分析表明，數字化有每年節省約800億美元的潛力，大約占全年發電成本的5%。

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

        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，實現供需平衡優化。IEA分析表明，可以為電力系統提供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。泛在電力物聯網技術的運用可更好地匹配電網需求和可再生能源發電，降低可再生能源波動性。僅在歐盟，新增儲能和數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，提升電網的穩定性和為電網提供更大的靈活性。個人售電。泛在電力物聯網技術的發展有助于家用分布式能源的發展，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，泛在電力物聯網建設加快，必將在多個領域驅動城市能源系統實現數字化轉型。

        推行電網數字化運營與管理。對設備資產運行集約化，優化資產管理，提高資產利用效率；運營細節可優化，對電網關鍵參數進行動態監測，基于智能電網技術和先進的測量技術實現電網故障的快速定位，形成優化方案庫進行調節；電力調度經濟化，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。

        基于電力物聯網發展電網自愈技術。基于數字智能傳感器技術實現對故障的快速定位和辨識；通過云平臺對網絡故障庫進行共享，進行匯總和機器學習，形成統一解決方案庫；提高電力系統自動化水平，在保證穩定的前提下實現故障自動處理，包括斷電隔離與換線恢復供電，大幅降低供電中斷時間。

深度挖掘電網大數據利用價值。基于大量傳感器采集電網海量數據，包括狀態數據與預警信息（過電壓等），匯集到統一的大數據平臺，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，為電網規劃、故障處理、負荷預測等重要內容提供支撐。應用物聯網技術，為可再生能源并網提供更好的保障。結合儲能技術，提高可再生能源并網穿透率，提高分布式能源并網的可行性和穩定性。

4安科瑞為電網2021泛在電力物聯網建設提供解決方案

        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網云平臺到終端傳感器的生態體系，在“源（電源）-網（電網）-荷（負荷）-儲（儲能）"各個環節加大研發投入，已經形成“云（云平臺）-管（有線/無線物聯）-邊（邊緣計算）-端（終端設備）"的生態系統，參與泛在電力物聯網建設，為電網建設“三型兩網"提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現信息連接和交互，產生共享數據，從而為電網、發電、供應商、用戶服務。

4.1云平臺

        安科瑞電氣近年來已經陸續推出變電所運維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環保用電監管云平臺、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，并已經廣泛應用在多地國網公司用戶端業務、環保部門、安監部門、住建部門等。

4.1.1變電所運維云平臺

        據統計全國高供高計的工商業用戶數量達到200多萬戶，規模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳統，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、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平臺采集的數據包括變電所電氣參數和環境數據，包括電流電壓功率、開關狀態、變壓器溫度、環境溫濕度、煙霧、浸水、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現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，如辦公建筑、工廠、教育建筑、醫療建筑、商業綜合體等，可通過局域網、互聯網或者4G網絡采集不同區域多個建筑或單位的用能數據。

        平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲能等新能源數據，對用能數據進行分析，按照區域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環比分析比較和用能數據追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數據和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。

4.1.3環保用電監管云平臺

        近年來我們的環境質量有了很大的改善，這都歸功于層面對環保的重視和環保部門的有力監察執法。安科瑞針對環保監察的痛點研發了環保用電監管系統解決方案，助力環保部門堅決打贏藍天碧水保衛戰。

        Acrelcloud-3000環保用電監管平臺主要為環保監察部門和產污排污企業服務，為環保部門提供在線監管和執法依據，為生產企業提供設備運行監控和產污排污數據記錄。

        平臺采集生產企業總用電量、生產用電和治污設備用電量，進行關聯分析，及時給出環保設備異常運行信號或企業異常生產信號，實現全過程防控。前端設備采用不停電免接線方案采集用電數據，經LORA無線上傳到環保數據網關，再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環保平臺。各地環保部門通過污染防治設施用電實時監控，實現對排污企業生產運行*、全流程監控，達到變人防為信息化技防，從事后處罰到介入式執法，扭轉傳統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態，為環保監管開辟更加切實、的監管方式，形成長效機制。

4.1.4智慧用電云平臺

        據應急管理部網站數據，2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數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定引發的火災占總數的百分之三十四，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生，現用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養老福利院、醫療場所、學校、金融網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）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現場數據，實時發現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，防止電氣火災的發生。

        系統可以顯示所有監測點位的漏電電流等電氣參數和線纜溫度，并支持巡檢記錄和派單操作，提供隱患分析報告，實時評估企業用電狀態。

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通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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，系統發起充電請求，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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。

        電動自行車數量越來越多，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，各級部門發文對電動自行車火災的整治都放在規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，可應用于商業樓宇、小區、學校、醫院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。

4.1.6物業小區預付費管理云平臺

       安科瑞遠程預付費系統可以針對各商業綜合體、小區、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業，學校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業分布式財務操作，在線支付，總部財務扎口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理系

統已經成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經穩定運行多年，適用于物業公司對小區、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。

4.2有線/無線物聯

        安科瑞根據多年來的項目經驗，結合用戶實際需求，開發了各類有線、區域無線、廣域無線通訊產品，包括網關和終端設備。支持RS485、以太網、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品，服務于泛在電力物聯網建設。

4.3邊緣計算

        安科瑞針對物聯網應用開發了多款智能網關，采用嵌入式系統和邊緣計算技術，現場采集和存儲終端設備數據，并根據云平臺的需要，采用不同的協議和云平臺對接。所有數據采集、計算、異常報警觸發邏輯均在網關就地設置，網絡故障時數據存儲在本地，網絡恢復后補傳數據，斷點續傳，提高數據可靠性。

4.4終端設備

        針對泛在電力物聯網的建設，安科瑞陸續推出多款物聯網儀表，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安科瑞產品在泛在電力物聯網的應用

        近兩年來，安科瑞已經陸續參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區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、智能網關、終端設備等產品，各類用戶端云平臺在全國各地運行案例700多套，并且根據用戶需求不斷完善產品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯網的一部分。

        “能源互聯網的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業態。"盡管針對泛在電力物聯網還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯網已經悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯網基礎建設的方方面面。

5結論

        構建能源物聯網，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務，發掘綜合能源服務商業模式。

        例如，為建筑提供節能服務，基于能源物聯網技術搭建能源管控平臺，實現電、熱、冷、氣的智能監測與控制，優化使用成本，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，實現節能和提升用戶體驗，形成能源服務生態鏈。智能計量方面，優化改善智能電表，提高用戶交互性體驗，通過移動服務提供能源消費數據與分析；發展多表合一技術，整合不同能源統計數據，共同開發，共享能源物聯網建設帶來的成果。

參考文獻

[1]湯廣瑞，陳浩，王丹.以泛在電力物聯網驅動城市能源轉型

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版