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                    淺談物聯網技術在電網中的應用

                    全球五金網發表于 2021-12-15
                    摘 要:隨著我國對各項事業的政策支持,以及當今社會互聯網經濟迅猛發展的帶動下,發展和應用物聯網已經在各行各業中慢慢滲透和體現。傳統的企業競爭靠的是品牌的影響力,而新時代下靠的是物聯網所提供的平臺,是物聯網深入發展的一個系統。在移動互聯網迅速發展的時代背景下,物聯網是繼電商經濟之后又一個重大發展機遇。由于將要迎來互聯網的5G時代,將物聯網技術運用在電網行業并進行推廣,相信將會成就一個智能化的電力系統新時代。本文想通過對物聯網這幾年的發展概況進行簡單介紹,并就物聯網技術在5G時代即將到來的大背景下,其在電網中的應用進行分析和討論。
                    關鍵詞:物聯網技術;智能電網;5G
                     
                    0 引言
                           為加快推動中國傳感網產業的健康發展,引領信息產業浪潮,培育新的經濟增長點,物聯網就正式被列為中國五大新興產業之一,物聯網的發展前景和將來對中國經濟的影響力肯定會引起全社會的高度關注。目前新一代的物聯網技術除了應用發展到中國社會生活的和生產的方方面面,而且還在各行各業中得到充分發揮,伴隨著5G通訊技術的逐漸開發成熟,電網系統中的多傳感器系統也已經建立并發展形成一個較為成熟的物聯網系統。
                     
                    1 概述物聯網及其涵蓋領域、特點、不足
                    1.1物聯網的概念
                           專業術語中,物聯網技術是一種網絡技術,它以建立在互聯網絡上為基礎,并通過這個核心網絡實現物與物之間的有效連接。物品和物品之間通過用戶端的有效地延伸擴展,從而進行通訊和信息交換。而通俗點來講,物聯網就是通過在物體上植入各種微型感應芯片使其變得智能化,然后借助現代無線網絡技術實現人和物體之間的“溝通”,以及物體和物體之間的“交流”。
                     
                    1.2 物聯網技術涵蓋領域
                           物聯網技術被當今社會應用到多各個技術領域,包括公共交通、工業、教育系統、醫療、環保、城市市政建設、電子通信網絡、國家電網等。人們生活的反方方面面現在都涉及到物聯網技術的應用,也可以這樣說,不論是對社會經濟的發展還是提高人們生活質量,物聯網技術都起到了巨大的推動作用。隨著物聯網技術的逐漸成熟,他已經涵蓋了很多行業的很多方面,例如:傳感器技術、通訊射頻識別技術、嵌入式系統技術等等,相信在不久的未來,物聯網技術還會伴隨著社會的發展延申和發展到其他專業領域,現在先簡單的介紹其在這幾方面的應用。
                           (1)傳感器技術是指:能夠感受到被測量,并按照一定的規律進行轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器技術是互聯網技術中應用的關鍵技術,他是獲取各方信息的重要通訊手段,如果沒有傳感器技術,信息將無法進行有效的獲取,進而影響信息傳播等后續技術應用。傳感器的技術應用領域、種類很多很廣泛,致使其應用的原理各有不同而已。
                           (2)通訊射頻識別技術是將無線射頻技術和嵌入式技術融合在一起的一項綜合技術,跟條碼掃描技術相類似,但又有所區別,他也屬于傳感器技術中的傳感方式之一。通訊射頻識別技術在日常生活中很稀松常見的,比如我們經常接觸到的門禁系統、自動收費、車輛識別系統、物流實時跟蹤系統等??偟膩碚f,通訊射頻識別技術是一種具備簡單實用性,且易于操作和適應性強的自動化控制應用技術,對于智能化升級技術有者較強的輔助作用。
                           (3)嵌入式技術是將軟件、傳感器、集成電路、電子應用等技術綜合應用在一起的復雜技術,技術原理通俗的來說就是將接收到的信息進行分門別類地整理的一個過程。嵌入式技術的應用范圍廣闊,像小到我們日常生活中使用的收音機等電子設備,大到衛星系統,都需要應用嵌入式技術。同時,他也是各種衍生技術的基礎。
                     
                    1.3 物聯網技術主要具備以下幾個特點
                           首先,物聯網技術是通過利用通訊射頻識別技術和數據通信技術等整合而成的一個網絡技術。它的主要特點就是可以為社會上各行各業的信息交流和發展提供便利條件,并能夠實現信息和技術的共享。通過已經設定好的規范,在物聯網里進行主體之間的交流,從而達到一定的目的。其次,物聯網作為信息交流的媒介,能夠把實體存在的萬事萬物與互聯網中的虛擬世界融合在一起,形成一個整合、統一的網絡。一旦物聯網技術足夠成熟,全世界的運轉包括信息運轉在內都會以這個整合完善的互聯互通網絡作為基礎,進行社會事物的處理和運營,所以說,物聯網技術具有聯通現實與虛擬,此處與遠方的效果和特點。再次,物聯網技術的應用是一個系統工程,它主要由運用系統做支撐,傳感網絡系統做信息傳輸的端點,業務應用作為信息分類整合依據,無線通訊系統作為信息傳輸的支持。
                     
                    1.4 現今物聯網技術不成熟之處
                           如今,我國正大力支持和發展物聯網技術,但是由于該技術現在還不夠成熟,缺乏合理的規范對其發展進行指導,沒有標準的操作流程進行實際運行和操作,缺少統一的物體編碼對接物聯網技術,而且,重要的是物聯網技術作為與網絡技術相關的應用,其信息安全仍然是物聯網技術急需解決和攻克的技術難題。并且,隨著時代的發展,物聯網技術需要進一步發展和完善,配套的研發和改善進度人不能滿足現有需求,因此,這也是需要物聯網行業高度重視的問題所在。
                     
                    2 聯網技術在電網的應用
                    2.1 電網應用物聯網的技術特點
                           電網體統融合應用物聯網技術在學術上稱之為電力物聯網技術,該項技術指的是:電網系統中各種電力設施設備之間、設施設備與操作人員之間通過不同的傳感器而形成的一個智能網絡。電力物聯網技術的主要特點有:環保、節能、運營安全和穩定、保障操作人員和使用人員的人身財產安全,并且可以積極推進電網作業和管理“泛在、可知、可控”體系的建立,建設智慧企業,引領具有卓越競爭力的能源互聯網企業建設。
                           世界經濟在近年來的快速發展,對能源的需求量也在日漸持續增長,如果能夠建立起堅強的智能電網,則能夠充分實現物聯網技術與智能電網相結合后全面的智能化控制系統。通過運用智能控制的手段,對電網系統中的發電、輸電、變電、配電、用電和調度等環節進行全面的智能化管理和控制,從而達到安全、高效、全面、節能的管理效果。而物聯網技術作為堅強智能電網的基礎,通過對其在電網的應用和推動,實時的對國家電網、變電站、配電線路、用戶使用情況、發電廠運行的狀態等進行監控,及時發現問題并進行搶修,減少事故發生率,真正的實現對電力系統的全面智能控制和信息的互通有無。
                     
                    2.2 物聯網技術在電網的具體應用領域
                    (1)物聯網技術應用于輸變電、配用電
                           物聯網技術應用在電網系統的輸電、變電、配用電等環節中是非常廣泛和常見的。其一,在電網輸電環節中,物聯網技術主要應用和體現在對輸電線路在線監控系統上面。其中包括:視頻和圖像的監控系統、時事狀態監測、電動態監測、輸電塔運行監測、輸電線路覆冰監測等等;其二,在電網變電環節中,變電站作為整個電網網絡的神經中樞,起到實現電網集中調度,以及變電站設備能夠無人值守的狀態的作用;最后,在電網配用電環節中,通過在該環節中使用物聯網技術,綜合考慮結合開放頻率的無線通信方式與現有的電網通信系統進行融合,進一步達到配電網絡要求的統一通訊的智能電網解決方案。與此同時,在電網中應用物聯網技術,可以實現電壓的節能技術問題,也就是所謂的,通過在科學范圍內適當降低電壓來減少用電量,從而達到物聯網技術在電網應用中節能減排的目的。最后,物聯網技術應用于電網計量設施和智能電表中,在充分保障其運行可靠、安全的前提下,通過互聯網絡對其使用情況進行監控和數據分析,實現對用戶使用的是據分析,及時發現問題、解決問題,并形成只能數據庫,為今后應對此類型問題,儲存重要信息。
                    (2)物聯網技術應用于通信、配網自動化、智能化電網
                           物聯網技術為電網在通信、配網、實現智能化方面提供了有力的技術保障。
                           ①應急通信技術方面的應用
                           一般情況下,應急通信發生的時間、地點和情況都是不確定的,指揮中心也就無法及時、有效的確定事故發生的具體地點,冥冥之中也就增加了指揮中心與事故地點之間聯系的難度系數。而傳統做法是,搶險人員到達事故現場后,首先,對發生事故的原因和問題進行詳細排查和檢查。其次,向指揮中心以電話、視頻等方式傳達現場情況,這不僅耗費搶險的時間,而且并不利于解決事故問題。但物聯網技術在應急通訊技術方面的應用,大大方便和提高了
                           指揮中心的調度工作效率。一方面,物聯網技術能夠實現指揮中心和應急處理中心對電網狀態和設施設備運行的實時監測,并幫助其及時的發現問題。一旦發生意外情況,物聯網技術可以對事故現場進行準確的定位,并能夠清楚的反饋回來事故現場設施設備的損壞情況,有利于指揮中心和應急處理中心采取及時、具體、準確的救援措施,避免事故損失的進一步擴大。另一方面,如果同時發生多處事故,亦可以根據事故的實際情況,合理調配人員和搶修設備到達現場,即提高了處理事故的效率,也避免了資源配置的浪費。
                           ②配網通信方面的應用
                           我國配網通信現在的結構比較復雜,具有電壓等級和支線較多、分布面廣以及變動比較頻繁等特點?,F有的配電網不能實現獨立通信,需要光纖和載波通信來輔助實現。而現實問題是,配電網點一般固定不做改變,但是配電網的改動次數相對頻繁,如何調和二者之間的矛盾,這是個問題。恰恰物聯網技術的出現可以解決這一矛盾,物聯網技術能夠有效連接配電站點于配電網,僅僅需要通過在配電網設備和它的附件上連接互聯網,就可以實現和完成配網的通信業務,同時還可以實現遙控、遙感、遙測等自動化技術。
                           ③智能電網方面的應用
                           物聯網技術在智能電網通信中的應用和作用表現在以下幾方面:
                           增強了電網通訊、控制、測量、電網設備狀態在線檢測技術,強化了電網節能控制系統,實現了對電網設備的實時監測和對事故確定、跟蹤。而且,物聯網技術與智能電網的結合,不僅保障電網的安全、高效運行,還能夠提高電網的靈敏度和管理效率,更是符合當代社會倡導的節能環保、低碳生活的理念。
                     
                    3 物聯網技術在電網的應用及未來發展方向
                           電力企業內部也積極展開了電力通信專網的覆蓋工作,實現部分生產場所、經營場所接入物聯網,升級配電自動化工作系統,優化客戶服務,提升辦公電話、計量、應急燈等業務,使得物聯網真正從內到外,得到充分的發揮和應用。當今物聯網技術與電力網絡系統的有效融合,不僅滿足和方便人們對電力的需求,而且對電力企業而言也是一次革新。物聯網技術應用于電網系統有利于對輸電技術網絡進行優化升級,讓其成為配電網絡的主要通信手段,并且能夠有效改善基礎網絡的輸電通信能力,保證輸電通信網絡的可靠和穩定運行。目前,物聯網總體架構正從垂直一體化封閉模式向以水平環節為核心的開放模式轉變,首先水平化是以物聯網平臺、端系統為核心,正在經歷的水平化是以人工智能、大數據處理和邊緣計算等信通新技術為核心。通過更加開放的電力企業物聯網平臺的建設,工作重心轉向標準化的通信接入、泛在低功耗的接入、充分的數據共享和完善的安全體系構建。
                           物聯網產業快速增長,正處于大爆發前的戰略機遇期。物聯網涉及的傳感、通信、信息、智能化和安全等技術領域發展逐漸成熟、物聯網正逐步向工業互聯網、智慧能源、智能電網等具體行業應用延伸。未來物聯網技術不僅會在電力網絡中逐漸提升和發展,而且還會隨著技術的成熟,促進電網的進一步升級和優化。相信物聯網技術除了在電力網絡系統得到充分發揮,他還會在其他行業和領域逐漸發展成熟,為人們帶來更多的便利。
                     
                    4 安科瑞為國家電網2020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,積極參與泛在電力物聯網建設,為國家電網建設“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、智慧安全用電云平臺、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、浸水、煙霧、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下發運維任務到指定人員手機上,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,變電所運維云平臺功能一覽。
                    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,如政府辦公建筑、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,這都歸功于國家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無死角、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,徹底扭轉傳統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態,為環保監管開辟更加切實、有效的監管方式,形成長效機制。
                    4.1.4 智慧安全用電云平臺
                           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30%~34%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34.6%,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使用安全用電、智慧用電,從源頭上預防電氣火災的發生,現安全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安全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安全隱患(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,有效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,提供安全隱患分析報告,實時評估企業用電安全狀態。
                    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;用戶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安全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安全的一個隱患?;陔妱幼孕熊嚮馂牡奈:吞攸c,各級政府部門發文對電動自行車火災的整治重點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安全管理、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安全管控系統。
                    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?!北M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 結語
                           由于“5G”時代的即將到來,物聯網技術將世間萬物聯系起來將變成可能,“萬物互聯”的夢想也不再遙遠,物聯網也將進入高速發展快車道。物聯網在發揮其承上啟下的平臺作用時,更會服務于社會的各種主體,研發出更多的衍生應用和產品,為社會創造出更多價值和貢獻。 
                     
                    參考文獻
                    [1]江潮洪.物聯網技術在電網的應用[J].電子世界, 2018, 555(21):135-136.
                    [2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
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