程瑜

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：隨著電力體制改革的不斷深化，電力用戶借助分布式發(fā)電、儲能系統(tǒng)和電動汽車等新興技術(shù)已經(jīng)具備了參與電力交易的能力，但傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制方式卻難以適應(yīng)新時代開放電力市場的需求。國家電網(wǎng)有限公司所提出的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)互連、狀態(tài)感知和優(yōu)化控制，是建設(shè)開放電力市場的技術(shù)支撐。基于此，分析了新時代電力系統(tǒng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)以及建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的必要性；研究了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在開放電力市場中的典型應(yīng)用；對面向電力市場的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論，為構(gòu)建現(xiàn)代化開放電力市場提供參考。

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(UPIoT);電力市場；優(yōu)化控制；可再生能源

引言

電力工業(yè)市場化改革使得電力交易的方式逐步從計(jì)劃模式向市場模式的方向過渡，但是由于可再生能源、分布式發(fā)電和需求側(cè)響應(yīng)等新興技術(shù)和機(jī)制的出現(xiàn)，電力市場的發(fā)展將面臨一系列新的挑戰(zhàn)[16]。為應(yīng)對新時代電力系統(tǒng)發(fā)展的挑戰(zhàn)，2019年1月，國家電網(wǎng)有限公司工作會議上第一次提出“三型兩網(wǎng)”的新時代戰(zhàn)略目標(biāo),打造“樞紐型”、“平臺型”和“共享型”企業(yè)，建設(shè)運(yùn)營堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，成為我國現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的“航向標(biāo)”。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的高級應(yīng)用，其充分融合了現(xiàn)代通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等技術(shù)，依托智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，構(gòu)建一個萬物互聯(lián)和人機(jī)交互的信息物理融合系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將很大程度地提高電力系統(tǒng)的智能化程度，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)感知，優(yōu)化配置各類資源，靈活提供多樣化服務(wù)，為建立全球能源互聯(lián)網(wǎng)邁下堅(jiān)實(shí)的一步。

作為提出的現(xiàn)代化電網(wǎng)新興理念，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)受到了能源、互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備制造等領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。目前已有很多學(xué)者對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的釋義實(shí)施策略和關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了研究和展望，討論了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在輸變電設(shè)備和智能配電網(wǎng)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。從物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層面入手，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的含義、技術(shù)要求和應(yīng)用場景。文獻(xiàn)從終端層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層分別指出，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建過程中的關(guān)鍵技術(shù)主要包含物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全和海量數(shù)據(jù)分析及處理等。文獻(xiàn)根據(jù)輸電、變電和配電設(shè)備各自的運(yùn)行特點(diǎn)和檢測需求，分別提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在對應(yīng)領(lǐng)域的建設(shè)方案和應(yīng)用場景，分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用之后對電網(wǎng)運(yùn)行管理和技術(shù)發(fā)展等方面帶來的影響。目前，針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中應(yīng)用的研究還比較少，文獻(xiàn)提出了一種基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力市場主動服務(wù)感知共享平臺的架構(gòu)和設(shè)想，但對于共享平臺具體運(yùn)行模式和主要功能研究較少。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，討論了新時代電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化和存在的問題，分析了電力企業(yè)角色的轉(zhuǎn)變和面臨的挑戰(zhàn)。針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中的應(yīng)用，提出了一種綜合能源服務(wù)及交易平臺，并討論了該平臺具備的功能和帶來的經(jīng)濟(jì)、社會效益。最后，對面向電力市場的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。

1、新時代電力工業(yè)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)

1.1電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)境問題的日益突出，當(dāng)今電力系統(tǒng)在“發(fā)、輸、配、用”等各個方面都發(fā)生了顯著的變化。其表現(xiàn)為：發(fā)電側(cè)逐漸從過去的傳統(tǒng)能源集中發(fā)電方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺桨l(fā)電與分布式發(fā)電、傳統(tǒng)能源發(fā)電與可再生能源發(fā)電并存的方式，由于發(fā)電側(cè)出現(xiàn)了大量的風(fēng)力和光伏等可再生能源，導(dǎo)致系統(tǒng)電源側(cè)的隨機(jī)性和可調(diào)整性受到很大的影響。輸電側(cè)逐漸從過去的以超高壓電網(wǎng)為主網(wǎng)架的局部互聯(lián)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴馗邏弘娋W(wǎng)為骨干網(wǎng)架的廣泛互聯(lián)方式，大容量、遠(yuǎn)距離的特高壓交直流混合輸電的出現(xiàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行特性和穩(wěn)定特性發(fā)生重大變化。配電側(cè)用戶數(shù)量以及用電負(fù)荷種類的增多，導(dǎo)致配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和承載的功能正在發(fā)生改變，由于用戶多樣性的用能需求，配電網(wǎng)的角色已經(jīng)由傳統(tǒng)的單向電能提供逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向能量互動。隨著智能終端、分布式發(fā)電和電動汽車的普及，用電側(cè)已經(jīng)具備了一定程度的參與電網(wǎng)動態(tài)調(diào)整和電能供應(yīng)的能力,用電客戶的角色界定也越來越模糊。

新時代電力系統(tǒng)的組成和所承載的功能已經(jīng)發(fā)生了顯著的轉(zhuǎn)變，因電源、網(wǎng)架和負(fù)荷的變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)備用容量不足、頻率/電壓穩(wěn)定性差和諧波含量高等問題日益凸顯。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)控往往采用棄風(fēng)、棄光和增加備用容量等措施維持系統(tǒng)穩(wěn)定，但這種方式會導(dǎo)致新能源利用率不高、投資成本過大和輸電通道傳輸容量無法充分利用等問題，無法從根本上保證系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，提高電力系統(tǒng)全網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，實(shí)時感知當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行方式和精細(xì)控制各方面現(xiàn)有的調(diào)節(jié)容量，是適應(yīng)新時代電網(wǎng)調(diào)控的可行方案。

1.2電網(wǎng)公司角色的轉(zhuǎn)變

伴隨著電力體制改革和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的不斷深化，電網(wǎng)公司和傳統(tǒng)的電信運(yùn)營商一樣，面臨著被“管道化”的可能。過去的20年，互聯(lián)網(wǎng)和移動通信飛速發(fā)展，然而在這個發(fā)展的風(fēng)口上，不斷崛起的是各大互聯(lián)網(wǎng)公司，而提供基礎(chǔ)服務(wù)的三大電信運(yùn)營商不僅沒有從中獲得太多的紅利，反而逐步失去了市場中的主動權(quán)。這是由于在移動通信發(fā)展初期，運(yùn)營商是典型的內(nèi)容提供商，其直接與客戶群體聯(lián)系，為客戶群體提供通話和短信等業(yè)務(wù)并收取費(fèi)用。

然而隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，移動數(shù)據(jù)流量成為了移動通信的主角，各大運(yùn)營商所能提供的服務(wù)幾乎沒有差異。客戶對于運(yùn)營商提供短信和通話服務(wù)的黏性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷ヂ?lián)網(wǎng)內(nèi)容的黏性，導(dǎo)致過去運(yùn)營商直接面向客戶的場景轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)公司直接面向客戶，而運(yùn)營商只提供通信“管道”的現(xiàn)狀，如圖1所示。互聯(lián)網(wǎng)公司通過自身推出的各項(xiàng)服務(wù)吸引了大批客戶之后，其所提供的服務(wù)將不僅僅限于這些基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，還可以利用大量的客戶群體提供各類增值業(yè)務(wù)(如廣告和理財(cái)服務(wù)等,并從中獲得更大的利潤。比較有代表性的例子包括，現(xiàn)在越來越多的人開始使用社交軟件的音頻或者視頻通話取代傳統(tǒng)的電話和短信業(yè)務(wù)，而社交平臺的作用也不僅限于社交，其還提供了公眾號的推廣服務(wù)、內(nèi)嵌其他小程序的廣告服務(wù)和電子貨幣的理財(cái)服務(wù)等。在這個過程中，運(yùn)營商已經(jīng)失去了市場的主動權(quán)，不僅無法獲得互聯(lián)網(wǎng)帶來的紅利，還需要承擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護(hù)的龐大費(fèi)用，因此導(dǎo)致運(yùn)營商的利潤逐年下滑。

從電信運(yùn)營商被“管道化”的現(xiàn)象中不難發(fā)現(xiàn)，電力作為一種類似于移動數(shù)據(jù)的無差別商品，隨著開放的電力市場逐步完善，如果電網(wǎng)公司繼續(xù)堅(jiān)持傳統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營業(yè)務(wù)，就會逐步失去客戶，逐漸變成為新型能源服務(wù)提供基礎(chǔ)支撐的“管道化”企業(yè)。因此在新時代電網(wǎng)公司必須改變傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式和商業(yè)模式，加快推動電網(wǎng)向智能化和物聯(lián)網(wǎng)化的新階段轉(zhuǎn)型，打破傳統(tǒng)通過購銷價(jià)差獲得盈利的單一模式，在萬物互聯(lián)的新時代積極開辟新的經(jīng)營方式和發(fā)展理念。

1.3發(fā)電企業(yè)角色的轉(zhuǎn)變

與電網(wǎng)公司不同，在開放的電力市場環(huán)境下，發(fā)電企業(yè)可以成立售電公司，直接與用電客戶進(jìn)行交易，并具備了一定程度上的自主定價(jià)權(quán)。發(fā)電企業(yè)進(jìn)入電力市場，一方面能促進(jìn)企業(yè)降本增效，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面也使得企業(yè)面臨市場化的挑戰(zhàn)，增加了企業(yè)的經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。由于受傳統(tǒng)壟斷式的運(yùn)營方式所限，發(fā)電企業(yè)對于電力市場的了解很少，在電力營銷和用戶側(cè)服務(wù)方面的經(jīng)驗(yàn)非常欠缺。如何打開售電渠道、提高企業(yè)的市場占用率是發(fā)電企業(yè)立足開放電力市場必須解決的問題。

為應(yīng)對市場化所帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，首先，發(fā)電企業(yè)必須加強(qiáng)電力營銷與宣傳的力度，不斷擴(kuò)大自身的用戶群體，充分利用信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，簡化售電的流程，構(gòu)建一條開放、便捷和實(shí)時的售電渠道。其次，為增強(qiáng)電力用戶與發(fā)電企業(yè)產(chǎn)品之間的黏性，企業(yè)必須準(zhǔn)確獲取用戶的用能信息和習(xí)慣，針對不同的用戶群體推出精細(xì)化、個性化的服務(wù)，合理安排各種類型的優(yōu)惠政策，突出企業(yè)的特點(diǎn)，增強(qiáng)核心競爭力。

2、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中的應(yīng)用場景

2.1綜合能源服務(wù)及交易平臺架構(gòu)

在一個技術(shù)條件齊備和市場管理機(jī)制成熟的開放電力市場下，電力系統(tǒng)中的發(fā)電側(cè)和購電側(cè)市場化，人們可以靈活地參與到電力的交易中來。其中：發(fā)電側(cè)既包含了傳統(tǒng)的發(fā)電集團(tuán)，也包含了個人的小水電、分布式新能源以及電動汽車等；而購電側(cè)則包含了工廠等大客戶以及居民等個人客戶。需要注意的是，除了專門的發(fā)電集團(tuán)以外，其他客戶可以根據(jù)自己當(dāng)前的電能需求、個人電源當(dāng)前能發(fā)出的電量以及上網(wǎng)的實(shí)時電價(jià)，決定是從電網(wǎng)購電還是向電網(wǎng)售電。

在上述開放的電力市場下，依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建一個綜合能源服務(wù)及交易平臺(以下簡稱“綜合能源服務(wù)平臺”),并開發(fā)相應(yīng)的電腦和手機(jī)客戶端。所有參與電力交易的企業(yè)和個人可以通過實(shí)名制賬戶進(jìn)入綜合能源服務(wù)平臺，進(jìn)行實(shí)時靈活的電力交易。

2.2電力能源交易

電力能源交易是綜合能源服務(wù)平臺的核心業(yè)務(wù)和基礎(chǔ)功能。所有需要參與電力能源交易的企業(yè)和個人需向有關(guān)部門及運(yùn)營的電網(wǎng)公司提出開戶請求，獲得審核批準(zhǔn)之后，可以登錄綜合能源服務(wù)平臺。

發(fā)電企業(yè)是典型的售電側(cè)客戶，其根據(jù)發(fā)電調(diào)度計(jì)劃和電力需求的情況，決定當(dāng)前該企業(yè)的售電電價(jià)并將這部分電能像商品一樣在綜合能源服務(wù)平臺上“上架”。待用電客戶通過綜合能源服務(wù)平臺買走該部分電能之后，發(fā)電企業(yè)將對應(yīng)容量的電能輸送上網(wǎng)。

大型的企業(yè)及工廠是典型的購電側(cè)客戶，其根據(jù)企業(yè)的電能需求和自身的用能特點(diǎn)，在綜合能源服務(wù)平臺上選擇價(jià)格合適的售電商。與對應(yīng)的售電商簽訂購買協(xié)議并支付費(fèi)用之后，購電企業(yè)獲得對應(yīng)容量電能的使用權(quán)限。

個人用戶在不同的場景下既可能是售電側(cè)客戶，也可能是購電側(cè)客戶。考慮當(dāng)用戶家庭安裝有分布式小型發(fā)電及儲能系統(tǒng)時，用戶在滿足自身電能需求的情況下就具備了對外售電的能力。當(dāng)個人的分布式發(fā)電系統(tǒng)所供電能超出了目前個人所需的電能時，用戶可以將這部分多余的電能定價(jià)后在綜合能源服務(wù)平臺上“上架”;而當(dāng)分布式發(fā)電不能滿足自身需求時，用戶則可以在平臺上向發(fā)電企業(yè)或其他個人賣家購買電能。

在此過程中，綜合能源服務(wù)平臺相當(dāng)于為售電和購電的客戶提供了一個實(shí)時交易的平臺。售電側(cè)和購電側(cè)客戶只需要在平臺上完成交易，負(fù)責(zé)運(yùn)營的電網(wǎng)公司作為中間層負(fù)責(zé)電能的傳輸、調(diào)度和功率平衡，并從中收取一定比例的過網(wǎng)費(fèi)和手續(xù)費(fèi)。對于發(fā)電企業(yè)，綜合能源服務(wù)平臺為其提供了廣大的客戶群體，解決了企業(yè)的售電渠道問題并降低了市場化運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)。對于用電客戶，綜合能源服務(wù)平臺為其提供了更多的選擇，可以根據(jù)自身用能的特點(diǎn)選擇的售電商，從而降低自身的用電成本。另外，對于具備發(fā)電能力的用電客戶，綜合能源服務(wù)平臺為其提供了良好的電力交易環(huán)境，有利于分布式電源廣泛接入和各類能源綜合利用。對于電網(wǎng)公司，其依托傳輸通道和調(diào)度管理的核心地位，擁有了綜合能源服務(wù)平臺的運(yùn)營權(quán)，后續(xù)可在平臺上繼續(xù)開發(fā)高級應(yīng)用，為企業(yè)發(fā)展注入新的動力。

2.3電力需求側(cè)響應(yīng)

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的頻率和電壓調(diào)節(jié)主要通過供給側(cè)改變有功和無功出力的方式實(shí)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法增大了系統(tǒng)的備用容量和投資成本。利用綜合能源服務(wù)平臺上靈活的電力交易機(jī)制，可以通過市場化的調(diào)節(jié)手段鼓勵用電客戶主動參與到電網(wǎng)的調(diào)節(jié)中，從而實(shí)現(xiàn)電力的需求側(cè)響應(yīng)。

在電力使用的高峰期，由于電力需求緊張，各個售電商會提高電價(jià)。此時為了降低用電成本，企業(yè)和工廠會將部分耗能或者不緊急的業(yè)務(wù)推遲到用電低谷時期，而個人客戶也會將部分可轉(zhuǎn)移負(fù)荷(洗衣機(jī)、洗碗機(jī)和電動汽車充電等)推遲到用電低谷時期。此外，為了賺取更多的售電收益，具備發(fā)電能力的個人用戶還會將儲能系統(tǒng)和電動汽車中多余的電能反送上網(wǎng)進(jìn)行售賣，也能在一定程度上緩解高峰時期電力緊張的程度。

而在電力使用的低谷時期，由于電價(jià)便宜，工廠和企業(yè)可進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。個人客戶此時可以開始可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的用電，同時給自己的儲能系統(tǒng)和電動汽車進(jìn)行充電。

通過電價(jià)激勵的手段，電力客戶會逐漸轉(zhuǎn)變自己的用電習(xí)慣，主動參與到電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中。這不僅可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少電力基礎(chǔ)設(shè)施的投資，還可以在保證用戶生活質(zhì)量的同時，使用戶從中獲得一部分經(jīng)濟(jì)利益。

2.4增值業(yè)務(wù)

2.4.1增值業(yè)務(wù)模式

增值業(yè)務(wù)是綜合能源服務(wù)平臺一大新的經(jīng)濟(jì)增長極，也是平臺型業(yè)務(wù)的優(yōu)勢，現(xiàn)代社會每個人都需要參與到電力交易中來，因此綜合能源服務(wù)平臺將會成為擁有客戶占有率的企業(yè)平臺。利用如此龐大的客戶群體，可以通過提供相關(guān)的高級應(yīng)用和增值服務(wù)進(jìn)一步挖掘綜合能源服務(wù)平臺的潛在價(jià)值。

2.4.2能源服務(wù)一站化解決

隨著分布式發(fā)電和電動汽車等技術(shù)的快速發(fā)展，出于降低能源消費(fèi)和提高生活質(zhì)量等原因，未來有條件的客戶都可以在自己的家中安裝分布式發(fā)電系統(tǒng)以及電動汽車充放電裝置，綜合能源服務(wù)平臺可以為客戶提供從方案設(shè)計(jì)到產(chǎn)品選型再到施工安裝的一站式綜合能源解決方案。對于有相關(guān)需求的客戶，可在綜合能源服務(wù)平臺上填報(bào)自己的需求和安裝地址，之后會由專人對現(xiàn)場情況進(jìn)行查看并出具設(shè)計(jì)方案和設(shè)備清單。客戶可以在綜合能源服務(wù)平臺的電力商城中選購安裝所需要的各類部件，付款后再由專人配送到家并負(fù)責(zé)安裝。

2.4.3電力商城

以能源服務(wù)為契機(jī)，推進(jìn)綜合能源服務(wù)平臺中電力商城業(yè)務(wù)的進(jìn)一步拓寬，打造專業(yè)電力領(lǐng)域的網(wǎng)上商場。所有經(jīng)過認(rèn)證的國內(nèi)外電力設(shè)計(jì)及設(shè)備制造的廠家，都可以在電力商場中銷售電力設(shè)備及技術(shù)服務(wù)。通過在產(chǎn)品安裝和售后服務(wù)等方面的專業(yè)優(yōu)勢，提高電力商城相比于其他平臺的競爭力。

2.4.4智能購售電

在開放的電力市場下，電價(jià)隨著時間和需求不斷波動。為了提高客戶用電的經(jīng)濟(jì)性，可以利用大數(shù)據(jù)和優(yōu)化算法為客戶實(shí)時尋找的購電和售電方案。當(dāng)用戶需要購電或者售電時，其通過在綜合能源服務(wù)平臺上設(shè)定某段時間之內(nèi)所需交易的電量之后，智能購售電程序?qū)⒃谶@段時間內(nèi)不斷尋找和預(yù)測的售電商進(jìn)行購買，或?qū)ふ业氖垭姇r間和電價(jià)進(jìn)行出售。此外，在用戶配備有儲能系統(tǒng)的情況下，智能購售電業(yè)務(wù)還可以利用波動的電價(jià)，通過低價(jià)買入和高價(jià)賣出的方式獲得部分利潤。

2.4.5貨幣金融業(yè)務(wù)

為了實(shí)現(xiàn)綜合能源服務(wù)平臺上能源交易的功能，貨幣交易是該平臺的環(huán)節(jié)。用戶將自己的銀行卡與個人賬戶綁定，并將真實(shí)貨幣與平臺上的虛擬貨幣進(jìn)行兌換后方可進(jìn)行能源交易。由于在綜合能源服務(wù)平臺上任何時間都可以將虛擬貨幣兌換為等價(jià)的電能，實(shí)現(xiàn)了該平臺上虛擬貨幣的“實(shí)體化”,保證了此虛擬貨幣的價(jià)值。為了鼓勵用戶將貨幣存入平臺內(nèi)，綜合能源服務(wù)平臺可以進(jìn)一步開發(fā)貨幣基金、理財(cái)產(chǎn)品等金融業(yè)務(wù)，將能源的平臺進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榻鹑诘钠脚_。

3、面向電力市場的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵

技術(shù)為構(gòu)建本文所提出的綜合能源服務(wù)平臺的體系架構(gòu)和相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)能源流、信息流、業(yè)務(wù)流的一體化融合，應(yīng)當(dāng)在狀態(tài)感知、信息交互和數(shù)據(jù)處理等各環(huán)節(jié)著重發(fā)展以下關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 電力物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備

智能化采集終端和用戶終端是綜合能源服務(wù)平臺的“神經(jīng)末梢”,一方面，其可以采集電力設(shè)備的狀態(tài)信息和用戶的用能信息等原始數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確判斷當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行方式和潮流大小，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患并評估運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，基于優(yōu)化的運(yùn)行方式，終端設(shè)備可以實(shí)時發(fā)布當(dāng)前的電能需求，調(diào)整電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確控制各電源的出力，優(yōu)化調(diào)整用戶的用電模式。

若要發(fā)展電力物聯(lián)網(wǎng)智能終端設(shè)備，首先，應(yīng)在當(dāng)前系統(tǒng)已有的電壓電流互感器、各類傳感器和用戶側(cè)智能電表的基礎(chǔ)上，解決數(shù)據(jù)種類單一和信息交互能力不強(qiáng)的問題。其次，針對系統(tǒng)中新型的分布式發(fā)電單元、用戶側(cè)智能家電和電動汽車等設(shè)備，開發(fā)對應(yīng)的智能傳感接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同場景、不同設(shè)備的即插即用及能源信息雙向流通的功能[32-35]。最后，由于電力設(shè)備長期運(yùn)行在復(fù)雜多變的環(huán)境中，電磁場、溫濕度和壓力大小都會對傳感器的運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，電力物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備在面對復(fù)雜運(yùn)行工況的情況下，應(yīng)當(dāng)保證多維度信息采集的精度，具備數(shù)據(jù)的初步處理和可靠性評估的能力

3.2 綜合通信網(wǎng)絡(luò)及信息安全

綜合通信網(wǎng)絡(luò)是綜合能源服務(wù)平臺的“傳輸媒介”,其可為設(shè)備狀態(tài)信息、電力交易信息和調(diào)度控制命令等多種類型的業(yè)務(wù)提供可靠、安全的信息交互通道。

綜合能源服務(wù)平臺不僅涉及電力系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息，還需要處理海量的電力客戶用能信息，通信網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍更廣、程度更深且形式更加復(fù)雜。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中采用的電力線載波和專用光纖通信等“點(diǎn)對點(diǎn)”的有線通信方式，存在施工復(fù)雜、投資成本高且使用環(huán)境受限的弊端，因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況和經(jīng)濟(jì)成本等因素，靈活選擇局域網(wǎng)Zigbee和5G等新興的各類有線和無線通信方式進(jìn)行組網(wǎng)3。另外，針對不同對象所使用的不同通信方式，為了保證各類設(shè)備的接入，需要制定泛在電力物聯(lián)網(wǎng)專用的通信標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建具備設(shè)備自識別、自動注冊和跨平臺信息交互的通信協(xié)議。

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的背景下，電力系統(tǒng)所承載的功能全且業(yè)務(wù)廣，除了傳統(tǒng)的電力流以外，大量的業(yè)務(wù)流、資金流和各類用戶的私人信息都需要在通信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交互，因此信息安全對于電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要性不言而喻。但由于開放性終端設(shè)備和雙向數(shù)據(jù)流通的出現(xiàn)，以及數(shù)據(jù)通信外網(wǎng)與電力專用內(nèi)網(wǎng)的并存，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題也受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。針對信息安全問題，一方面，需要建立終端設(shè)備安全防護(hù)體系，加強(qiáng)對接入終端設(shè)備的身份認(rèn)證和訪問權(quán)限的控制,過濾并攔截部分可信度較低的信息以及可能的惡意操作等。另一方面，需要對通信網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全管控，通信雙方可以采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)或者安全路由技術(shù)等手段，保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性和完整性，確定每一條信息的合法性和真實(shí)性。

3.3 智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺

智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺是綜合能源服務(wù)平臺的“控制中心”,其通過對海量的狀態(tài)信息進(jìn)行分析和處理，從而對目前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)做出整體的判斷，并為系統(tǒng)的運(yùn)行控制和各類用戶的電力交易提供指導(dǎo)。

綜合能源服務(wù)平臺中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來源多樣、格式復(fù)雜且冗余度高，雖然各類信息中所隱含的信息價(jià)值很大，但各類信息之間的關(guān)聯(lián)性不直觀，因此物聯(lián)網(wǎng)管控平臺必須具備數(shù)據(jù)的分類匯總、分析處理和信息挖掘的功能。對于系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)，首先，應(yīng)對各類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，解決當(dāng)前電力系統(tǒng)信息碎片化存儲的問題，打破信息的孤島，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享。其次，應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)在冗余的數(shù)據(jù)中對同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，從而減小通信和數(shù)據(jù)存儲的壓力，提高數(shù)據(jù)分析的可信度。最后，針對篩選后的數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)，從數(shù)據(jù)中分析得出當(dāng)前電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等深層次信息，并為綜合能源服務(wù)平臺中的電能交易、需求側(cè)響應(yīng)和智能購售電等高級應(yīng)用提供支撐。

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

5、應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

6、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

7、平臺功能

7.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據(jù)客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過培訓(xùn)的工程或調(diào)試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙，內(nèi)容有：預(yù)付費(fèi)、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計(jì)、收益統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維情況等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報(bào)警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

7.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè) 備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日報(bào)、月報(bào)和年報(bào)查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

7.3 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析 與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

7.4預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報(bào)表中心：提供售電、售水財(cái)務(wù)報(bào)表、用能報(bào)表、報(bào)警報(bào)表等查詢，本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費(fèi)看板

7.5 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

7.6 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實(shí)現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

照明實(shí)時監(jiān)控

7.7 安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速時間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然”的目的。

7.8 智慧消防

通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。原先針對“九小場所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細(xì)化”的實(shí)際需求。

智慧消防看板

8、系統(tǒng)硬件配置

結(jié)語

對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場中的具體應(yīng)用進(jìn)行了展望，并對關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)行歸納總結(jié)，得出如下結(jié)論：

1. 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電力市場環(huán)境的變化，使得傳統(tǒng)的運(yùn)行控制方法無法保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，繼續(xù)采用傳統(tǒng)運(yùn)營模式的電力企業(yè)無法適應(yīng)開放電力市場下的角色轉(zhuǎn)變。大力建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是突破傳統(tǒng)運(yùn)行方式瓶頸、轉(zhuǎn)變電力工業(yè)發(fā)展方向和理念的重大戰(zhàn)略舉措，也是建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的必經(jīng)之路。

2)基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所提出的綜合能源服務(wù)平臺是連接電力工業(yè)各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)了開放電力市場下的能源交易、綜合能源服務(wù)以及增值業(yè)務(wù)等多項(xiàng)功能，充分體現(xiàn)了新時代電力系統(tǒng)“樞紐、平臺和共享”的作用，為電力工業(yè)各環(huán)節(jié)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。

3)為實(shí)現(xiàn)綜合能源服務(wù)平臺的體系架構(gòu)和相關(guān)功能，還需要在電力物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備、綜合通信網(wǎng)絡(luò)及信息安全和智能化物聯(lián)網(wǎng)管控平臺等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域加強(qiáng)研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葛睿，陳龍翔，王軼禹，等.中國電力市場建設(shè)路徑優(yōu)選及設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動化2017,41(24):10-15。

[2] 楊甲甲，趙俊華，文福拴，等.電力零售核心業(yè)務(wù)架構(gòu)與購售電決策[J].電力系統(tǒng)自動化，2017,41(14):10-23。

[3] 夏超鵬. 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力市場應(yīng)用中的展望；國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇省南京市210000。

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版。