浅谈泛在电力物联网在电力配电网中的应用

摘要：建设泛在物联网的真正含义是为智能电网与能源互联网提供便利，同时也是配电网的核心内容，为电网弹性可靠平稳运行提供保障，更好的接收异质能源，为用户提供精细化电能服务。配电网是电力系统贯穿产端的核心步骤，利用泛在电力物联网技术加强深度感知力和精细操控力，转变配电网运行模式，从之前的“源荷”单向供能到如今的“源荷”双向供能靠近，从而实现配电网资源共享的目的。

关键词：泛在物联网，配电网，应用

1、泛在电力物联网体系结构和性能

1.1感知层

泛在电力物联网的底端为感知层，其主要作用是选择不同种类的传感器植入设备中，从而达到感知的效果。感知层包含的设施有电压电流互感器、电能表、集中器、智能电器等，利用泛在感知所收集的不同数据来操控决策单元，可以更好的了解电网的运行情况。当电网面临不同能源时，例如随机负荷投切、间歇性新能源并网以及电动汽车时空集群效应，可以具体控制系统状态，快速找到故障问题，减轻电网运行风险，提高运行安全性。另一方面，合理的调节电网拓扑，及时掌控电源，完善用户用电模式，增强电网高比例分布式技能和新负荷采纳技能，提高电网在解决突发事件的顺利性。

1.2网络层

网络层在泛在电力物联网中占据重要位置，其功效是针对不同种类业务来明确通信服务质量和安全信息交互渠道。依照安全级别和数据种类加以区分，网络层主要分为两部分：内部专网与互联外网。详细通信手段是按照实际情况、输送间距、经济成本进行选定，涉及近距离无线传输、有线传输、传统互联网、移动空中网等。其中电力通信系统的特殊通信手段是电力线载波和230MHz无线通信，5G技术是泛在电力物联网新的通信手段。

1.3平台层

平台层所掌握的数据量非常多，例如用户侧用能数据、电网运行数据、其他能源系统数据，进而合并保存和管制这些资源。平台层的功效是处理传统能源在生产过程中遗留的信息碎片保存问题，粉碎了信息孤岛情况，一同享用这些信息。利用建造数据中心和云平台的方法，平台层很快实现采集和革新了大量数据从而完成输送。针对大数据保存和技术分析而言，将不同种类的数据资源传输至高级应用区，从而完成电力系统的转型任务。

1.4应用层

应用层是泛在电力物理网的首层，实现枢纽型、共享型、平台型的革新任务。主要功效有，对电网运行数据和用户侧用能大数据而言，组建不同类型的应用平台，为用户用能业务、综合能源系统运营业务、电网运营业务提供服务，从而达成电网、用户、其他能源系统的感知互动目标。

2、泛在电力物联网核心技术

泛在电力物联所涉及到的技术类型非常多，常见的有感知技术、通信技术、信息处理技术、决策控制技术等。配电网是方便电网和用户沟通的重要渠道，对于电力系统个别枢纽来讲其面向社会服务的特点相对明显。

2.1感知层技术

完成电力系统精细化调节和控制的基础条件是对海量智能终端实施监控和管制，促使泛在电力物联网覆盖电力系统。相较于输电网而言，配电网从拓扑构造到电力设备都非常繁琐，例如分布式能源居多，配网监视对象多种多样，终端数量和监控数据杂乱。所以针对配用电双方来讲，为了减少成本，抬高收益，实现互联共享，后期传感设备应向着高度集成化目标前进。

2.2网络层技术

坚实、牢靠的通信渠道是确保泛在电力物联网具体感知大数据聚集、操控指示精准下达的重要枢纽。面对大范围城市群体和区域城镇，配电网计划场景越发复杂，以往的“点对点”有线通信手段因为布线资金多、实际工程近况繁琐，在应用期间有一些缺陷，无线自组织网络的损耗低、安顿灵巧、网络抗毁性能高，所以“有线+无线”互补模式加快了网络层通信速度。除此之外，为了避免受到网络袭击的影响，还需加强泛在电力物联网的安全性能。

2.3平台层技术

电网状况信息、用户侧用能信息、个别关联数据为配电自动化运维、个性化用能举荐、全景状态感知等应用提供依据。形式多样化、信息较为繁琐、数据偏多、隐蔽信息的价值性高是此类数据明显的特点。另外，唯有整合、管理、采集数据，才可收获大量数据并且充分展现其内在价值。

2.4应用层技术

随着间歇性分布式能源、电动汽车负荷的推行在某种程度上使配用电系统问题加重，比如谐波注入、频率/电压波动和潮流双向流动等。以往电网因为感知信息不完整致使自动化水平偏低，在治理方面通常选择增加备用容量等方法，使弹性承载力低、新能源利用率差、投入资金较多等。随着应用层技术的引入，将感知电网运营情况，完成精细化调控等工作。

3、泛在物联网在电力配电网的应用

3.1在线监视与风险评价

目前，配电决策环节的信息化方法与技术支持不太完善和健全，电力实施时常多发损坏和检修情况。由于间歇性能源和新型负荷处于持续上涨状态，在配电网供电安全性和质量方面的要求更加严格。泛在电力物联网技术的使用和推广，可以让怕配电系统随时知晓电力设备运营情况，针对运行风险做出评价和估计，减少故障发生率。

首先，在线监测方法。依附完整的通信系统，打破以往只能利用人工直接对故障种类加以判断的场景，如今可以利用多样化手段进行辨认。比如，红外热成像技术在线监视配电网设备温度，加快维修人员的搜寻速度和检修程度，减少设备故障率和停电次数。

其次，安全风险评价。归纳分析与整理历届配电网的运行数据，在通过机器学习法和人工智能法来监测评估配电网运行状态，尽快找到系统问题，增强供电平稳性。比如，结合配电网以往的运行数据，推出关联准则的聚类区分法，按照现阶段数据估测情况，针对智能配电网全景风险加以掌控与自愈。

3.2配电系统合理规划及综合能源平稳运行

首先，对于配电系统来讲，电网和用户的差距越发笼统，不管可再生能源和电动汽车造成的问题，配电通信系统牢固性依旧是配电系统要解决的重点问题。

其次，电力、交通、燃气都是独自存在的，各自有各自的运行方案，并且和住户的关系十分密切。配电网是地区能源系统的中心和桥梁，肩负水、电、气的使用。

3.3用户个性化用能服务

供电是以往配电系统的主要目的，住户只视为受电端被迫加入配电运营行列。尽管现阶段推行了分时电价机制来激励电力住户降低负荷高峰，填补负荷低谷，完善用电形式。但就目前情况来说，住户参与积极性不高，需要结合当地或用电户实际情况进行解决。泛在电力物联网的应用，物联网终端与网络进入到用户侧，电力住户角色出现明显转变：首先，配备屋顶光伏电站和小型风机，部分住户的电动汽车配备V2G功效，从演变成电能供应方。从广义上来说，用户侧热水器、室内空气都能被看做蓄能设备与配电网同时运行。其次，电力住户智能终端，比如空调、热水器、电动汽车均涉及用电行为消息，用户成为信息供应方。

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物联网平台概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。 用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

5、应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

6、组网结构

7、平台功能

7.1 可定制驾驶舱

可定制化的驾驶舱：可根据客户的行业特性，行业需求，经过培训的工程或调试人员自行绘制客户所需的驾驶舱页面。

例如下图所示的智慧物业驾驶舱，内容有：预付费、充电桩、电梯、空调、照明等设备管理、能耗统计、收益统计、运维情况等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

7.2 电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设 备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

7.3 能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动 化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用数据处理与分析技术，进行离线生产分析 与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提 升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

7.4预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

7.5 充电桩管理

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。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

充电桩看板

7.6 智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

照明实时监控

7.7 安全用电

安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现快速时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

7.8 智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

智慧消防看板

8、系统硬件配置

类型	型号	外观	产品功能
能源物联网云平台	Acrel-EIOT		提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问
智能网关	AWT100-4G		1路下行485，上行4G；WIFI、NB、LR网口其他规格可选
	ANet-1E2S1-4G		上行：以太网、4G 下行：RS485 断点续传，多平台转发，MQTT协议
电力物联网 仪表	ADW300-4G		三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；最大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯
	ADW200		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；最大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADW210		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；最大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。
单相电子式计量表	DDS		单相有功、无功电能计量，电参量测量：U、I 、P、Q、S、PF、F， LCD 显示， RS485通讯，MODBUS-RTU 和 DL/T645 协议
单相电子式计量表	DDSD		单相电能计量：总电能计量（反向计入正向），3 个月历史电能数 据冻结存储电参量测量：U、I 、P、Q、S、PF、F 测量 LCD 显示：8位段式 LCD 显示按键编程：3按键可编程设置密码、通讯地址、波特率、复 费率和通讯协议。 脉冲输出：L有功电能脉冲输出复费率：4个时区、2 个时段表、14 个日时段、4 个费率通讯： RS485接口， MODBUS-RTU 、 DL/T645-97 、 DL/T645-07 协议、红外通讯
三相电子式计量表	DTSD		三相电能计量：有功电能计量（正、反向）、无功电能计量（正、反向）、 A、B、C 分相正向有功电能电参量测量： U、I 、 P、Q、S、PF、F谐波测量： 2~31 次谐波电压电流LCD 显示： 8 位段式 LCD 显示、背光显示按键编程：4 按键可编程通信、变比等参数脉冲输出： 有功脉冲输出、 无功脉冲输出 、时钟脉冲输出LED 报警： 失压、过压报警 复费率及附带功能：有源开关量输入 、 3 开关量输出 、 支持 4 个时区、2 个时段表、 14 个日时段、4 个费率、最大需量及发生时间 、上 48 月、上 90 日历史冻结数据 、 日期、时间 通讯：红外通讯、RS485 接口、 同时支持 Modbus、DL/T645测温：支持 3 外置 NTC 测温
单相电子式计量表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。
三相电子式计量表	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C 分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。
单相预付费电表	DDSY-4G		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率最大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
三相预付费电表	DTSY-4G		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率最大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
多功能电力仪表	AEM96		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、最大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 协议
	AEM72		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、最大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 协议
	ACR系列		三相所有电力参数、最大需量记录（ACR320EFL）、分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。 通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
	APM系列		全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及最大需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月极值和上月极值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
直流电能表	DJSF1352		1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。
智慧用电监测装置	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、 Hz、cosΦ），视在电能、四象限 电能计量，单回路剩余电流监测， 4 路温度监测，2 路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传
电气防火限流式保护器	ASCP200-40B		可实现短路限流灭弧保护，过载限流保护、内部超温限流保护、过电压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能，1路RS485通讯，1路GPRS（或NB）无线通讯，额度电流0-40A，额定电流菜单可设
故障电弧探测器	AAFD-DU		监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出
电瓶车充电桩	ACX系列		充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电，
汽车充电桩	AEV_AC007		额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi 30KW、600KW、120KW多规格可选
电气接点在线测温装置	ARTM-Pn		可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度
	ATC600		ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度
智能光伏采集装置	AGF-M系列		光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便，安全性高；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量最高DC 1500V
三遥单元	ARTU系列		可扩展DIDO以及多路模拟量输入输出单元。 通讯方式：RS485接口，Modbus协议。可扩展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太网
智慧照明	ASL200系列		遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出

结语

综上，电力系统和其他能源系统信息不完整，例如能源协同优化和能源交易市场等，均处在理论论证环节。在构建泛在电力物联网时要求社会积极响应，一同对技术实施，加快能源产业的升级速度，彰显泛在物联网在电力配电网中的作用价值。

参考文献：

林楚乔,佟辉,于温方。基于泛在电力物联网的配电网智能化状态监测与故障处理平台设计[J].东北电力大学学报,2019，(04):1-4。

王守鹏,袁敬中,李红。泛在电力物联网环境下微网的发展方向[J].华北电业,2019，(06):58-59。

姚远，石岩。泛在物联网在电力配电网的应用；国网昌吉供电公司。

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版。

作者简介：闻什益，手机:[phone]（微信同号）

审核编辑 黄宇