淺談泛在電力物聯(lián)網(wǎng)助力打造綠色智慧園區(qū)

侯文莉

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展，能源生產(chǎn)和消費模式正在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，能源產(chǎn)業(yè)肩負著提高能源效率、保障能源穩(wěn)定、促進新能源消納和推動環(huán)境保護等新使命。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)建設(shè)以單一系統(tǒng)的縱向延伸為主，能源系統(tǒng)間物理互聯(lián)和信息交互較少。能源生產(chǎn)和消費模式的重大轉(zhuǎn)變，要求改變傳統(tǒng)能源系統(tǒng)建設(shè)路徑和發(fā)展模式。

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；智慧園區(qū)；信息采集

0 引言

    對于園區(qū)而言，如何加強園區(qū)能源管理，降低園區(qū)能耗，提高園區(qū)能源利用效率，實現(xiàn)人和能源、能源和能源之間的密切交互，是園區(qū)普遍面臨的問題。而要打造清潔、低碳的綠色智慧園區(qū)，解決上述問題的答案就是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與綠色智慧園區(qū)之間的聯(lián)系

    泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是國家電網(wǎng)有限公司為電網(wǎng)運行更穩(wěn)定、管理更精細、投資更準確、服務(wù)更好開辟的一條新路，依托現(xiàn)有的堅強智能電網(wǎng)（源、網(wǎng)、荷、儲），通過網(wǎng)絡(luò)、平臺、應(yīng)用將電力用戶及設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商和政府社會服務(wù)；以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺和共享作用，為全行業(yè)和更多市場主體發(fā)展創(chuàng)造更大機遇，提供價值服務(wù)。

    當前大部分園區(qū)建有較為堅強的配電網(wǎng)絡(luò)，部分園區(qū)已經(jīng)建設(shè)或即將建設(shè)分布式電站（光伏、儲能、風電、冷熱電三聯(lián)供等）。依托現(xiàn)有的園區(qū)內(nèi)變電站，開發(fā)分布式電源，打造園區(qū)能源數(shù)據(jù)平臺，形成“三站合一”（變電站、分布式電站、能源數(shù)據(jù)平臺）的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過“三站合一”的形式促進兩網(wǎng)（泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、園區(qū)配電網(wǎng)）的深度融合，迅速開展負荷曲線、數(shù)據(jù)平臺對園區(qū)提供服務(wù)能力的數(shù)據(jù)積累，同時對多種運營模式加以驗證，并同步進行管理新模式的探索?；谠撃Ｊ椒e累的經(jīng)驗探索園區(qū)能源運營和管理模式，打造綠色智慧園區(qū)。

2 園區(qū)“三站合一”建設(shè)思路

2.1建設(shè)園區(qū)新型變電站

    目前園區(qū)配電主要存在電源結(jié)構(gòu)單一、用電負荷復雜、設(shè)備陳舊落后、計量表計不全、運維隊伍專業(yè)性不強、電能質(zhì)量差等問題。園區(qū)可以通過與電網(wǎng)公司合作，加裝計量監(jiān)測點，更新?lián)Q代陳舊落后設(shè)備，合理開發(fā)利用分布式電源并就近進行站內(nèi)接入，同時依托電網(wǎng)公司強大的運維、檢修力量成立專業(yè)運維隊伍，進行日常巡視和設(shè)備檢修工作，建成園區(qū)設(shè)施、運維一體化的新型變電站。

2.2建設(shè)園區(qū)能源數(shù)據(jù)平臺

    能源數(shù)據(jù)平臺包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集主要包含現(xiàn)場硬件設(shè)施如智能表計、傳感器、數(shù)據(jù)采集器、通訊管理機等物聯(lián)網(wǎng)智能通訊終端，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和傳輸?？梢愿鶕?jù)園區(qū)場地實際大小、變電站空余負荷、分布式能源站裝機容量需求來設(shè)計數(shù)據(jù)站的場地大小和所用設(shè)備的計算能力；數(shù)據(jù)監(jiān)控主要收集能源的消耗量和重要用能設(shè)備的運行參數(shù)。支持多種通訊協(xié)議和通訊方式的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，將實時數(shù)據(jù)進行匯總、過濾、處理后上傳給數(shù)據(jù)管理，起到承上啟下的作用。數(shù)據(jù)管理對采集的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、統(tǒng)計分析、能效分析、能源成本管理等，結(jié)合環(huán)境穩(wěn)定等信息建立能源分析模型，實現(xiàn)能源計劃、能源績效指標等管理，并為運營商提供決策依據(jù)。

2.3建設(shè)園區(qū)分布式電站

    可結(jié)合園區(qū)實際情況及需求，開展分布式光伏、儲能、風電、冷熱電三聯(lián)供等分布式電站建設(shè)，優(yōu)化園區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。分布式電站的建設(shè)規(guī)?？筛鶕?jù)園區(qū)可建設(shè)規(guī)模和園區(qū)近、遠期負荷需求情況及電力市場行情合理匹配，其中儲能電站建設(shè)可以依據(jù)園區(qū)重要負荷以及其他分布式電源的容量進行合理匹配。

3 運營模式

    園區(qū)變電站與分布式電站其功能聯(lián)系緊密，可以由園區(qū)委托電網(wǎng)公司管理運營。數(shù)據(jù)平臺可將數(shù)據(jù)上傳至泛在電力物聯(lián)網(wǎng)由電網(wǎng)公司運營，園區(qū)能源管理部門參與運營決策。

3.1變電站

（1）基于數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)電網(wǎng)智能調(diào)度，通過利用分布式電源出力以及儲能電站削峰平谷的能力，提高設(shè)備利用率，減輕變壓器重載（過載）狀態(tài)壓力，延緩園區(qū)變電站擴容和輸送通道建設(shè)。

（2）通過分布式電源及儲能電站的有功功率調(diào)節(jié)和無功控制，快速平衡園區(qū)配電系統(tǒng)中由于各種原因產(chǎn)生的不平衡功率，減小對園區(qū)配網(wǎng)的沖擊，改善園區(qū)電能質(zhì)量，提高園區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

（3）整體提高園區(qū)配網(wǎng)運行效率，降低運行成本，提供更加穩(wěn)定的用電保障。

3.2數(shù)據(jù)平臺

（1）可就近存儲、分析、利用電力物聯(lián)網(wǎng)采集的海量數(shù)據(jù)，為園區(qū)用能提供數(shù)據(jù)服務(wù)，同時可以為園區(qū)提供其他計算和存儲能力。

（2）通過分析園區(qū)用電負荷需求、分布式電源出力、儲能系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力選擇用電來源，優(yōu)先分布式電源的出力消納，同時通過儲能電站實現(xiàn)有功平衡，用電不足部分可以由電網(wǎng)供電，實現(xiàn)優(yōu)化園區(qū)供電結(jié)構(gòu)、降低園區(qū)用能成本的目的。

3.3分布式電站

（1）改善園區(qū)用電系統(tǒng)日負荷特性，使分布式電源的利用率大大提高，改善園區(qū)用電效率，同時也能部分緩解電網(wǎng)的供電壓力。

（2）電網(wǎng)發(fā)生故障時，分布式電源可充當園區(qū)負荷、數(shù)據(jù)平臺不間斷電源或應(yīng)急電源，提高園區(qū)用電可靠性。

（3）通過數(shù)據(jù)平臺的調(diào)度，可以平抑園區(qū)負荷間歇性波動和瞬間擾動。

（4）正常運行可以輔助調(diào)壓，提高園區(qū)電能質(zhì)量。

4 安科瑞為國家電網(wǎng)2021泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供解決方案

    安科瑞電氣深耕用戶側(cè)能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺到終端傳感器的生態(tài)體系，在“源（電源）-網(wǎng)（電網(wǎng)）-荷（負荷）-儲（儲能）”各個環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，已經(jīng)形成“云（云平臺）-管（有線/無線物聯(lián)）-邊（邊緣計算）-端（終端設(shè)備）”的生態(tài)系統(tǒng)，參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，為國家電網(wǎng)建設(shè)“三型兩網(wǎng)”提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現(xiàn)信息連接和交互，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，從而為電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商、用戶服務(wù)。

4.1云平臺

    安科瑞電氣近年來已經(jīng)陸續(xù)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(huán)保用電監(jiān)管云平臺、充電樁（電動汽車/自行車）運營管理云平臺、預(yù)付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多地國網(wǎng)公司用戶端業(yè)務(wù)、環(huán)保部門、安監(jiān)部門、住建部門等。

4.1.1變電所運維云平臺

    據(jù)統(tǒng)計全國高供高計的工商業(yè)用戶數(shù)量達到200多萬戶，規(guī)模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風險預(yù)防薄弱等問題。國網(wǎng)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(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)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(yè)，如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)綜合體等，可通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡(luò)采集不同區(qū)域多個建筑或單位的用能數(shù)據(jù)。

    平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數(shù)據(jù)和光伏、風力、儲能等新能源數(shù)據(jù)，對用能數(shù)據(jù)進行分析，按照區(qū)域、部門、用電設(shè)備類型進行細分，提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數(shù)據(jù)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(huán)保用電監(jiān)管云平臺

    近年來我們的環(huán)境質(zhì)量有了很大的改善，這都歸功于國家層面對環(huán)保的重視和環(huán)保部門的有力監(jiān)察執(zhí)法。安科瑞針對環(huán)保監(jiān)察的痛點研發(fā)了環(huán)保用電監(jiān)管系統(tǒng)解決方案，助力環(huán)保部門堅決打贏藍天碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。

    Acrelcloud-3000環(huán)保用電監(jiān)管平臺主要為環(huán)保監(jiān)察部門和產(chǎn)污排污企業(yè)服務(wù)，為環(huán)保部門提供在線監(jiān)管和執(zhí)法依據(jù)，為生產(chǎn)企業(yè)提供設(shè)備運行監(jiān)控和產(chǎn)污排污數(shù)據(jù)記錄。

    平臺采集生產(chǎn)企業(yè)總用電量、生產(chǎn)用電和治污設(shè)備用電量，進行關(guān)聯(lián)分析，及時給出環(huán)保設(shè)備異常運行信號或企業(yè)異常生產(chǎn)信號，實現(xiàn)全過程防控。前端設(shè)備采用不停電免接線方案采集用電數(shù)據(jù)，經(jīng)LORA無線上傳到環(huán)保數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，再通過4G上傳平臺服務(wù)器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設(shè)施用電實時監(jiān)控，實現(xiàn)對排污企業(yè)生產(chǎn)運行*、全流程監(jiān)控，達到變?nèi)朔罏樾畔⒒挤溃瑥氖潞筇幜P到介入式執(zhí)法，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)依靠人力、經(jīng)驗進行現(xiàn)場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實、有效的監(jiān)管方式，形成長效機制。

4.1.4智慧用電云平臺

    據(jù)應(yīng)急管理部網(wǎng)站數(shù)據(jù)，2016~2018年期間因為電氣原因?qū)е碌幕馂?zāi)占總數(shù)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(zāi)23.7萬起，因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災(zāi)占總數(shù)的百分之三十四，較大和重大火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)的比例更高。國務(wù)院、公安部消防局以及各省市自治區(qū)直轄市紛紛出臺文件推廣智慧用電，從源頭上預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生，現(xiàn)用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養(yǎng)老福利院、醫(yī)療場所、學校、金融網(wǎng)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(fā)火災(zāi)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(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設(shè)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有效防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。系統(tǒng)可以顯示所有監(jiān)測點位的漏電電流等電氣參數(shù)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(yè)用電狀態(tài)。

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(xiàn)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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)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；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)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(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。

    電動自行車數(shù)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(guān)的和火災(zāi)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(chǎn)的一個隱患?；陔妱幼孕熊嚮馂?zāi)的危害和特點，各級政府部門發(fā)文對電動自行車火災(zāi)的整治都放在規(guī)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(zāi)治理提供充電管理、資產(chǎn)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(yīng)用于商業(yè)樓宇、小區(qū)、學校、醫(yī)院等場所設(shè)置的電動自行車充電場所的運營管理。

4.1.6物業(yè)小區(qū)預(yù)付費管理云平臺

    安科瑞遠程預(yù)付費系統(tǒng)可以針對各商業(yè)綜合體、小區(qū)、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業(yè)，學校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業(yè)分布式財務(wù)操作，在線支付，總部財務(wù)扎口等。目前Acrelcloud-3000預(yù)付費管理系統(tǒng)已經(jīng)成功在上述各場景得到廣泛的應(yīng)用并已經(jīng)穩(wěn)定運行多年，適用于物業(yè)公司對小區(qū)、辦公和商鋪租戶的水電預(yù)付費管理，或者學校對學生宿舍的用電預(yù)付費和用電管控系統(tǒng)。

4.2有線/無線物聯(lián)

    安科瑞根據(jù)多年來的項目經(jīng)驗，結(jié)合用戶實際需求，開發(fā)了各類有線、區(qū)域無線、廣域無線通訊產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備。支持RS485、以太網(wǎng)、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式，隨著5G建設(shè)步伐的加快，未來將會有越來越多的通訊方式融入產(chǎn)品，服務(wù)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

4.3邊緣計算

    安科瑞針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)了多款智能網(wǎng)關(guān)，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術(shù)，現(xiàn)場采集和存儲終端設(shè)備數(shù)據(jù)，并根據(jù)云平臺的需要，采用不同的協(xié)議和云平臺對接。所有數(shù)據(jù)采集、計算、異常觸發(fā)邏輯均在網(wǎng)關(guān)就地設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)存儲在本地，網(wǎng)絡(luò)恢復后補傳數(shù)據(jù)，斷點續(xù)傳，提高數(shù)據(jù)可靠性。

4.4終端設(shè)備

    針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)網(wǎng)儀表，應(yīng)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(chǎn)品在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

    近兩年來，安科瑞已經(jīng)陸續(xù)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(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺、上海嘉定區(qū)147所學校電力運維平臺等相關(guān)平臺的建設(shè)，提供了包括云平臺、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)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(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

    “能源互聯(lián)網(wǎng)的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業(yè)態(tài)。”盡管針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的方方面面。

5 結(jié)束語

    當前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)尚處于探索階段，上述觀點也只是圍繞泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與園區(qū)用電之間的聯(lián)系進行闡述。后續(xù)將進一步探索以園區(qū)冷、熱、電等綜合能源為媒介，使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與園區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)深度互聯(lián)。未來能源發(fā)展模式必然是實現(xiàn)電力與其他能源多能互補的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。在國家電網(wǎng)公司未來三年發(fā)展規(guī)劃中提出，到2021年，初步建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，基本實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)貫通，能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)初具規(guī)模。到2024年，建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，形成共建共治共贏的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開與其他能源供應(yīng)商的密切合作，希望在未來的能源發(fā)展過程中，電網(wǎng)公司與其他能源供應(yīng)商能加強合作，共同營造一個欣欣向榮的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。

參考文獻：

[1]萬程,黃博文,張嶺喬,劉標.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)助力打造綠色智慧園區(qū)

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介：

侯文莉，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明的研發(fā)與應(yīng)用