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已經具備了參與電力交易的能力，但傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行控制方式卻難以適應新時代開放電力市場的需求。國家電網有限公司所提出的泛在電力物聯網戰(zhàn)略可以實現電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)互連、狀態(tài)感知和優(yōu)化控制，是建設開放電力市場的技術支撐?；诖?，分析了新時代電力系統(tǒng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)以及建設泛在電力物聯網的必要性；研究了泛在電力物聯網在開放電力市場中的典型應用；對面向電力市場的泛在電力物聯網關鍵技術進行了討論，為構建現代化開放電力市場提供參考。

關鍵詞：泛在電力物聯網(UPIoT);電力市場；優(yōu)化控制；可再生能源

引言

泛在電力物聯網受到了能源、互聯網和設備制造等領域研究人員的廣泛關注。目前已有很多學者對泛在電力物聯網的釋義實施策略和關鍵技術等內容進行了研究和展望，討論了泛在電力物聯網在輸變電設備和智能配電網等領域中的應用。從物聯網和泛在網絡技術層面入手，分析了泛在電力物聯網的含義、技術要求和應用場景。文獻從終端層、網絡層和平臺層分別指出，泛在電力物聯網構建過程中的關鍵技術主要包含物聯網設備研發(fā)、通信協(xié)議、網絡安全和海量數據分析及處理等。文獻根據輸電、變電和配電設備各自的運行特點和檢測需求，分別提出了泛在電力物聯網在對應領域的建設方案和應用場景，分析了泛在電力物聯網技術應用之后對電網運行管理和技術發(fā)展等方面帶來的影響。目前，針對泛在電力物聯網在電力市場中應用的研究還比較少，文獻提出了一種基于泛在電力物聯網技術的電力市場主動服務感知共享平臺的架構和設想，但對于共享平臺具體運行模式和主要功能研究較少。

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)結構的轉變

隨著技術的不斷發(fā)展和環(huán)境問題的日益突出，當今電力系統(tǒng)在“發(fā)、輸、配、用"等各個方面都發(fā)生了顯著的變化。其表現為：發(fā)電側逐漸從過去的傳統(tǒng)能源集中發(fā)電方式轉變?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)電側出現了大量的風力和光伏等可再生能源，導致系統(tǒng)電源側的隨機性和可調整性受到很大的影響。輸電側逐漸從過去的以超高壓電網為主網架的局部互聯方式轉變?yōu)橐蕴馗邏弘娋W為骨干網架的廣泛互聯方式，大容量、遠距離的特高壓交直流混合輸電的出現，導致系統(tǒng)的運行特性和穩(wěn)定特性發(fā)生重大變化。配電側用戶數量以及用電負荷種類的增多，導致配電網的網架結構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，配電網的角色已經由傳統(tǒng)的單向電能提供逐漸轉變?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，用電側已經具備了一定程度的參與電網動態(tài)調整和電能供應的能力,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發(fā)生了顯著的轉變，因電源、網架和負荷的變化而導致的系統(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)調控往往采用棄風、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)的安全和經濟運行。因此，建設泛在電力物聯網，提高電力系統(tǒng)全網絡的智能化水平，實時感知當前電網的運行狀態(tài)，優(yōu)化調整系統(tǒng)的運行方式和精細控制各方面現有的調節(jié)容量，是適應新時代電網調控的可行方案。

1.2電網公司角色的轉變

伴隨著電力體制改革和供給側結構性改革的不斷深化，電網公司和傳統(tǒng)的電信運營商一樣，面臨著被“管道化"的可能。過去的20年，互聯網和移動通信飛速發(fā)展，然而在這個發(fā)展的風口上，不斷崛起的是各大互聯網公司，而提供基礎服務的三大電信運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。這是由于在移動通信發(fā)展初期，運營商是典型的內容提供商，其直接與客戶群體聯系，為客戶群體提供通話和短信等業(yè)務并收取費用。

然而隨著互聯網時代的到來，移動數據流量成為了移動通信的主角，各大運營商所能提供的服務幾乎沒有差異?？蛻魧τ谶\營商提供短信和通話服務的黏性逐漸轉變?yōu)閷ヂ摼W內容的黏性，導致過去運營商直接面向客戶的場景轉變?yōu)榛ヂ摼W公司直接面向客戶，而運營商只提供通信“管道"的現狀，如圖1所示?；ヂ摼W公司通過自身推出的各項服務吸引了大批客戶之后，其所提供的服務將不僅僅限于這些基礎業(yè)務，還可以利用大量的客戶群體提供各類增值業(yè)務(如廣告和理財服務等,并從中獲得更大的利潤。比較有代表性的例子包括，現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，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、內嵌其他小程序的廣告服務和電子貨幣的理財服務等。

從電信運營商被“管道化"的現象中不難發(fā)現，電力作為一種類似于移動數據的無差別商品，隨著開放的電力市場逐步完善，如果電網公司繼續(xù)堅持傳統(tǒng)的電網建設和運營業(yè)務，就會逐步失去客戶，逐漸變成為新型能源服務提供基礎支撐的“管道化"企業(yè)。因此在新時代電網公司必須改變傳統(tǒng)的業(yè)務模式和商業(yè)模式，加快推動電網向智能化和物聯網化的新階段轉型，打破傳統(tǒng)通過購銷價差獲得盈利的單一模式，在萬物互聯的新時代積極開辟新的經營方式和發(fā)展理念。

1.3發(fā)電企業(yè)角色的轉變

與電網公司不同，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，直接與用電客戶進行交易，并具備了一定程度上的自主定價權。發(fā)電企業(yè)進入電力市場，一方面能促進企業(yè)降本增效，提高企業(yè)的經濟效益；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)的經營風險。由于受傳統(tǒng)壟斷式的運營方式所限，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服務方面的經驗非常欠缺。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。

為應對市場化所帶來的機遇與挑戰(zhàn)，首先，發(fā)電企業(yè)必須加強電力營銷與宣傳的力度，不斷擴大自身的用戶群體，充分利用信息化網絡技術，簡化售電的流程，構建一條開放、便捷和實時的售電渠道。其次，為增強電力用戶與發(fā)電企業(yè)產品之間的黏性，企業(yè)必須準確獲取用戶的用能信息和習慣，針對不同的用戶群體推出精細化、個性化的服務，合理安排各種類型的優(yōu)惠政策，突出企業(yè)的特點，增強核心競爭力。

2、智能化物聯網管控平臺

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

綜合能源服務平臺中產生的數據來源多樣、格式復雜且冗余度高，雖然各類信息中所隱含的信息價值很大，但各類信息之間的關聯性不直觀，因此物聯網管控平臺必須具備數據的分類匯總、分析處理和信息挖掘的功能。對于系統(tǒng)中的原始數據，首先，應對各類型的數據進行分類匯總，解決當前電力系統(tǒng)信息碎片化存儲的問題，打破信息的孤島，實現大數據的互聯共享。其次，應用數據融合技術在冗余的數據中對同類型的數據進行分類，對有用的數據進行篩選，從而減小通信和數據存儲的壓力，提高數據分析的可信度。最后，針對篩選后的數據，應用大數據挖掘分析技術，從數據中分析得出當前電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)等深層次信息，并為綜合能源服務平臺中的電能交易、需求側響應和智能購售電等高級應用提供支撐。

3、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯網平臺概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統(tǒng)一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

4、應用場所

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、電力運維等領域。

5、組網結構

6、平臺功能

6.1 可定制駕駛艙

可定制化的駕駛艙：可根據客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經過培訓的工程或調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，內容有：預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運維情況等。其中可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

7.2 電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監(jiān)測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設 備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，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，實現從能源數據采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與分析技術，進行離線生產分析 與管理，實現全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度，優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

7.4預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

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

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

7.5 充電樁管理

通過物聯網技術，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據采集和監(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預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

7.6 智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

照明實時監(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、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現快速時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然"的目的。

7.8 智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。針對“九小場所"和?；飞a企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求。

智慧消防看板

8、系統(tǒng)硬件配置

結語

對泛在電力物聯網在電力市場中的具體應用進行了展望，并對關鍵技術的研究進行歸納總結，得出如下結論：

電力系統(tǒng)結構和電力市場環(huán)境的變化，使得傳統(tǒng)的運行控制方法無法保證電網的安全經濟運行，繼續(xù)采用傳統(tǒng)運營模式的電力企業(yè)無法適應開放電力市場下的角色轉變。大力建設泛在電力物聯網是突破傳統(tǒng)運行方式瓶頸、轉變電力工業(yè)發(fā)展方向和理念的重大戰(zhàn)略舉措，也是建設全球能源互聯網的必經之路。

為實現綜合能源服務平臺的體系架構和相關功能，還需要在電力物聯網終端設備、綜合通信網絡及信息安全和智能化物聯網管控平臺等關鍵技術領域加強研究。