浅谈泛在电力物联网的规划与发展
摘要：文章分析了泛在电力物联网的内涵及其主要特征，针对泛在电力物联网的建设目标、基本构架以及关键技术与未来发展策略进行综合探讨，期待得到专业人士的指点。
关键词：泛在电力物联网；网络规划；网络发展
0引言
随着能源革命的不断推进，泛在电力物联网概念应运而生。所谓的泛在电力物联网，就是在电力系统的各个环节，通过对自动化智能技术以及物联网等现代化技术的合理应用，构建由感知层、网络层、平台层、应用层四大主要部分构成的电力智慧服务系统。泛在电力物联网的有效构建，能够进一步促进电力系统的安全稳定运行，同时也可有利于促进电力系统管理与服务的优化。探索大数据及物联网等泛在电力物联网关键技术的具体应用，对智慧电网发展来说具有重要意义。
1泛在电力物联网技术简述
1.1泛在电力物联网的定义
泛在物联网是不受到空间限制的针对人与物之间进行有效交互的物联网技术。在此基础上所产生的泛在电力物联网是将电力企业、电网企业及用户供应商所包含的各类设备进行人与物的有效交互的现实技术。通过这个技术能够有效地集合资源并且将其转换为能源生态体系，将该体系中所包含的各类数据进行收集、分析和汇总，再利用大数据技术对这些信息进行处理和筛选，实现多功能共享平台的搭建工作，使得与电力相关的生态发展模式进入良性循环，帮助企业创造更多的社会价值，同时促进企业的健康发展。
1.2泛在电力物联网的特点
泛在电力物联网除去其自身所携带的泛在化特征之外，还具备较好的智能化以及共享化特点，通过泛在电力物联网建立相应的平台使其具备了平台化特征。依据泛在电力物联网特征能够实现广泛的网络融合，这些网络除了电力网络之外，还对光纤网络以及移动通信网络进行了有效的整合，而泛在电力物联网的智能化特点能够在企业消费终端移动设备中进行展现。随着移动设备中所包含的芯片功能不断提升，大量的终端设备具备了较好的数据处理性能和即时响应特点，这些具体的特征使得电力物联网逐渐实现了标准化接口，使得整体的工作效率得到了有效的提升，同时通过对这些数据的有效分享使得整个能源生态体系都能够受益。除此之外，泛在电力物联网与大机组、互联网进行有效融合所产生的电力系统相比较，泛在电力物联网具备了较好的能源可再生能力，同时这一代网络的安全性能 得到了有效的提升电力系统的框架下进行能源系统配置灵活性更高，同时促进了终端能源的利用效率。随着电网的覆盖范围逐渐扩大，该系统实现了对信息能源以及电力等3种要素的有效整合，这种覆盖范围逐渐将城市与乡村进行了全面覆盖，对于用电需求的响应速度得到了较大程度的提高。电网对于我国的能源结构调整和能源消费转型起到了非常重要的促进作用。
2泛在电力物联网的建设
2.1泛在电力物联网的建设目标
泛在电力物联网能够依据不同的空间环境来应用不同类型的科学技术。例如在泛在电力物联网中使用人工智能以及大数据技术能够使得电力物联网的不同流程和环节实现有效的互通。同时这一代互联网在进行数据传输的过程中其传输效率也高于传统电力网络，使得在针对电力网络所开展的管理中实现了更加和透明化的管理方式。泛在电力物联网能够将不同空间的服务资源进行有效的整合，将互联网和电力服务产业进行深度融合，使得能源环节所涉及的各类设备都能够具备感知能力，终将能源生态系统中的所有要素都进行必要的连接和整合。
2.2 泛在电力物联网的架构组成
泛在电力物联网的基本组成架构包含感知层、平台层和网络层。平台层的主要功能是对数据以及物联网进行管理活动，通过该平台能够实现对数据的有效采集和使用。网络层的主要功能则是利用现代网络技术将电力系统和网络技术进行有效的融合。感知层则通过终端智能化设备以及计算机技术使得电力系统中的不同环节都能够实现有效的互通。
3泛在电力物联网相关技术
3.1大数据技术
大数据技术在泛在电力系统中的应用优势在于其能够有效地处理海量数据。在电力系统运行的过程中会产生大量的数据，这是传统的数据挖掘工具所无法进行有效利用的数据量。利用大数据来对海量的数据进行处理和挖掘使得电力企业能够将电力系统中所包含的所有数据来开展分析流程。通过分析结果能够实现电力数据的对比分析能力以及电能运行过程中的系统监测。通过这些系统建立相应的预警机制使得电力网络在运行过程中有效地控制了安全风险，对于电力设备的正常运行起到了非常重要的促进作用。
3.2 云计算技术
通过云计算技术同样能够使得电力系统中的大量数据得到快速的分析，这是传统的服务器所无法提供的计算能力。同时云计算具备较好的可定制性和扩展性，这使得其在电力系统中的应用过程更加灵活。云计算能够作为平台将其他的科学技术进行有效的融合，使得电力设备更加智能化。因为云平台具备出众的计算能力，所以在进行数据采集的过程中具备较高的效率，使得电力企业在应用云计算的过程中，通过不同的算法开展潮流计算，能够对电力系统的能源分配进行科学的调度，同时降低了电力系统的安全隐患。
3.3 物联网技术
物联网技术，在其核心定义中包含了众多的功能，其中在电力系统中的应用还创造出了监管以及识别的相关功能，通过对电网中的各类设备制定相应的协议以及在传感设备的辅助下实现了电力系统的智能化水平提升。因为在电力系统中应用了物联网技术，使得人与设备之间产生了交互能力，这对于电网的感知能力和智能化水平提升起到了非常重要的促进作用。
3.4 5G技术的应用实践
随着5G 时代的到来，互联网技术在这种高速网络的帮助下实现了更加快速的信息交互能力。除了具备较高的传输效率之外，5G 技术还能够使得设备通信获得更快的响应速度以及容量更大的存储能力。通过利用音频切片网络技术，更有效地降低通信过程中所产生的延时问题，这使得电力系统包含着的设备实现自动化控制提供了良好的基础。比如在进行语音切片技术的应用过程中，可以通过该技术对通信的调度能力和应急能力给予有效的提升。随着5G 普及的逐渐加速，泛在电力物联网中的信息交互速度越来越快，通过对不同信息技术的有效关联，使得设备的智能化水平得到了有效的提升。同时使得设备具备了分析能力，这对于智能电网的发展提供了重要的技术支持，并在此基础上还实现了新型的商业形态和模式，为智能电网的发展提供了良好的技术环境。
3.5 区块链技术
在泛在电力物联网的众多技术应用中，区块链技术是一种新型的技术，该技术融入了信息传输以及加密算法等相关功能。同时，在进行数据处理的过程中，区块链所包含的数据链技术提供了强大的计算能力，实现了分布式存储，使其在整合网络的过程中也实现了较好的单元核算属性。用这种技术能够对相关信息进行加密，在信息加密的过程中因其自身的特殊性使得无法对加密内容进行查看或破解对于信息安全起到了良好的帮助作用。在电力系统中使用区块链技术，能够使得企业数据安全得到有效保障，特别是针对电力交易平台，能够在保证交易的同时，实现信息交互的安全，同时有效地降低了在安全领域所进行的成本投入。
3.6人工智能技术
电力系统中所使用的人工智能技术包含了众多科学技术以及基础学科，其核心目的是通过将人类智慧结晶所包含的各种能力进行有效的整合，使得设备具备人类的思考方式。人工智能具备自我学习能力，其智能化水平在提升的过程中对应的学习能力也在不断的提升。通过不断完善自身的学习能力，使得其认知水平得到有效的提高。人工智能的大特点是能够在单一设备上实现不同领域的学习过程，随着这种学习能力的不断提升使得计算机平台或机器人的智能化水平得到了的提升。利用人工智能对电力系统中的相关数据进行分析，能够在较短的周期内对电网中所存在的隐患以及问题及时发现，同时做出相应的改善。这使得电力能源能够在人工智能的帮助下实现更加可靠的分配能力。因为具备多学科的性质使得人工智能设备能够依据电力生产过程中所提供的相关数据以及气象数据和地理数据来构建完善的决策系统。在电力系统可能会受到影响或发生故障之前便发出相关预警，有效地降低了故障对电力系统造成了影响。同时利用社会学经济学以及心理学来对电能系统用户的电力使用行为进行分析，有效地提升电力企业的运营能力，降低能源的消耗水平。
3.7 其他技术
除了上述主要技术之外，泛在电力物联网系统还包含了感知学习信息交互及边缘计算等相关技术，利用电力设备中所包含的传感装置所收集的数据，来对电力系统的运行情况进行监控和分析，利用终端安全技术来保障物联网在通信的过程中不会受到干扰以及破坏，保证了数据联通和交互过程中的信息安全。通过利用这些技术不断地整合，使得电力系统的智能水平、交互能力以及数据处理能力得到有效的提升，这对于能源生态系统建设以及信息安全建设起着非常重要的促进作用。通过加强电力网络系统的感知能力以及控制水平，将多种不同的设备以及系统进行全面的整合以及管理，终实现电力系统的电气化水平、能源利用以及智能化水平的不断优化和完善。
4泛在电力物联网发展趋势
（1）电网企业在日常运营过程中应当不断加强自身的管理水平以及平台建设能力，通过积极引入技术和设备来提升电力企业的核心竞争力。在进行新能源布局的过程中，要依据自身的经营情况来开展有效的规划，降低在企业发展过程中可能产生的安全风险。因为泛在电力物联网系统属于新型的商业模式，所以在进行系统建设的过程中会受到技术以及场景所带来的影响，所以要制定好相应的标准化和规范化平台，同时加强平台的安全性，为安全优质的产品提供保障。
（2）在进行泛在电力物联网系统建设的过程中，要对收敛方式进行不断的优化，降低外部因素以及企业经营过程中各类风险带来的影响，促进企业的经济效益提升。通过积极的输配电电价回收来提升企业的竞争能力，优化能源消费模式，依据用户的不同消费习惯来制定相应的产品。同时还应积极根据当前大数据技术提供的资料对电力网络建设规划进行科学调整，进而提升电力网络系统服务的质量。
5 Acrel-EIOT能源物联网云平台
（1）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。
（2）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。
（3）平台结构
（4）平台功能
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
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、有效利用能源，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
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：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
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
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。
监控页面
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。
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。原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，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。
（5）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，上行可选配4G、WIFI、网口 |
| ANet-1E2S1-4G |
| 上行：以太网、4G 下行：RS485 | |
| 物联网电表 | 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 |
| 无线测温 | 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 | |
| 光伏监控 | AGF |
| 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，隔离测量电流20A；电压测量功能可测量母线电压高DC1500V |
| 电力监控 | 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、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、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、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、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、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、电压总谐波的本月值和上月值(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 | |
| 物联网电表 | DDS |
| 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 |
| 物联网电表 | DDSD |
| 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 |
| 物联网电表 | DTSD |
| 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、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 |
| 物联网电表 | 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。 |
| ACR10R |
| 三相电流/电压/频率/功率因数，有功/无功/视在功率，四象限电能计量，需量，复费率电能计量，总谐波含量、分次谐波（2-63次），事件记录和报警功能。电能精度0.5级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议 | |
| ADL10-E |
| 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 | |
| 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。 | |
| 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、功率值记录；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、功率值记录；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。 | |
| 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、功率值记录；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 | |
| 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。 |
| 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。 | |
| 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。 |
| 电气安全 | 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 |
| 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 | |
| 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， |
| 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 | |
| 智慧照明 | ASL200 |
| 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 |
6结论
当前，泛在电力物联网的发展，为电力系统建设革新提供了巨大助力，由于泛在电力物联网是一种新生产物，因此很有必要深入探索泛在电力物联网相应用的各项技术，以便促进泛在电力物联网建设与发展。未来泛在电力物联网系统建设回想这系统化、智能化方向发展，大数据与云计算等新型技术会给泛在电力物联网发展提供更大助力，进而提升我国电力系统运行的安全性。
参考文献
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[3] 李建岐，雷煜卿，侯宝素 .RuBee 技术简介及其在电力物联网中的应用 [J]. 电网技术，2010（8）：199-204.
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5