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引言

泛在电力物联网是物联网技术在电力系统中的高级应用，其充分融合了现代通信、大数据、云计算和人工智能等技术，依托智能电网的基础，构建一个万物互联和人机交互的信息物理融合系统。泛在电力物联网的建设将很大程度地提高电力系统的智能化程度，实现电力系统运行状态感知，优化配置各类资源，灵活提供多样化服务，为建立全球能源互联网迈下坚实的一步。

1、新时代电力工业发展所面临的挑战

1.1电力系统结构的转变

随着技术的不断发展和环境问题的日益突出，当今电力系统在“发、输、配、用"等各个方面都发生了显着的变化。其表现为：发电侧逐渐从过去的传统能源集中发电方式转变为集中式发电与分布式发电、传统能源发电与可再生能源发电并存的方式，由于发电侧出现了大量的风力和光伏等可再生能源，导致系统电源侧的随机性和可调整性受到很大的影响。输电侧逐渐从过去的以超高压电网为主网架的局部互联方式转变为以特高压电网为骨干网架的广泛互联方式，大容量、远距离的特高压交直流混合输电的出现，导致系统的运行特性和稳定特性发生重大变化。配电侧用户数量以及用电负荷种类的增多，导致配电网的网架结构和承载的功能正在发生改变，由于用户多样性的用能需求，配电网的角色已经由传统的单向电能提供逐渐转变为双向能量互动。随着智能终端、分布式发电和电动汽车的普及，用电侧已经具备了一定程度的参与电网动态调整和电能供应的能力,用电客户的角色界定也越来越模糊。

新时代电力系统的组成和所承载的功能已经发生了显着的转变，因电源、网架和负荷的变化而导致的系统备用容量不足、频率/电压稳定性差和谐波含量高等问题日益凸显。传统电力系统调控往往采用弃风、弃光和增加备用容量等措施维持系统稳定，但这种方式会导致新能源利用率不高、投资成本过大和输电通道传输容量无法充分利用等问题，无法从根本上保证系统的安全和经济运行。因此，建设泛在电力物联网，提高电力系统全网络的智能化水平，实时感知当前电网的运行状态，优化调整系统的运行方式和精细控制各方面现有的调节容量，是适应新时代电网调控的可行方案。

1.2电网公司角色的转变

伴随着电力体制改革和供给侧结构性改革的不断深化，电网公司和传统的电信运营商一样，面临着被“管道化"的可能。过去的20年，互联网和移动通信飞速发展，然而在这个发展的风口上，不断崛起的是各大互联网公司，而提供基础服务的叁大电信运营商不仅没有从中获得太多的红利，反而逐步失去了市场中的主动权。这是由于在移动通信发展初期，运营商是典型的内容提供商，其直接与客户群体联系，为客户群体提供通话和短信等业务并收取费用。

然而随着互联网时代的到来，移动数据流量成为了移动通信的主角，各大运营商所能提供的服务几乎没有差异。客户对于运营商提供短信和通话服务的黏性逐渐转变为对互联网内容的黏性，导致过去运营商直接面向客户的场景转变为互联网公司直接面向客户，而运营商只提供通信“管道"的现状，如图1所示。互联网公司通过自身推出的各项服务吸引了大批客户之后，其所提供的服务将不仅仅限于这些基础业务，还可以利用大量的客户群体提供各类增值业务(如广告和理财服务等,并从中获得更大的利润。比较有代表性的例子包括，现在越来越多的人开始使用社交软件的音频或者视频通话取代传统的电话和短信业务，而社交平台的作用也不仅限于社交，其还提供了公众号的推广服务、内嵌其他小程序的广告服务和电子货币的理财服务等。在这个过程中，运营商已经失去了市场的主动权，不仅无法获得互联网带来的红利，还需要承担基础设施建设和维护的庞大费用，因此导致运营商的利润逐年下滑。

从电信运营商被“管道化"的现象中不难发现，电力作为一种类似于移动数据的无差别商品，随着开放的电力市场逐步完善，如果电网公司继续坚持传统的电网建设和运营业务，就会逐步失去客户，逐渐变成为新型能源服务提供基础支撑的“管道化"公司。因此在新时代电网公司必须改变传统的业务模式和商业模式，加快推动电网向智能化和物联网化的新阶段转型，打破传统通过购销价差获得盈利的单一模式，在万物互联的新时代积极开辟新的经营方式和发展理念。

1.3发电公司角色的转变

与电网公司不同，在开放的电力市场环境下，发电公司可以成立售电公司，直接与用电客户进行交易，并具备了一定程度上的自主定价权。发电公司进入电力市场，一方面能促进公司降本增效，提高公司的经济效益；另一方面也使得公司面临市场化的挑战，增加了公司的经营风险。由于受传统垄断式的运营方式所限，发电公司对于电力市场的了解很少，在电力营销和用户侧服务方面的经验非常欠缺。如何打开售电渠道、提高公司的市场占用率是发电公司立足开放电力市场必须解决的问题。

为应对市场化所带来的机遇与挑战，首先，发电公司必须加强电力营销与宣传的力度，不断扩大自身的用户群体，充分利用信息化网络技术，简化售电的流程，构建一条开放、便捷和实时的售电渠道。其次，为增强电力用户与发电公司产物之间的黏性，公司必须准确获取用户的用能信息和习惯，针对不同的用户群体推出精细化、个性化的服务，合理安排各种类型的优惠政策，突出公司的特点，增强核心竞争力。

2、泛在电力物联网在电力市场中的应用场景

2.1综合能源服务及交易平台架构

在一个技术条件齐备和市场管理机制成熟的开放电力市场下，电力系统中的发电侧和购电侧完*市场化，人们可以灵活地参与到电力的交易中来。其中：发电侧既包含了传统的发电集团，也包含了个人的小水电、分布式新能源以及电动汽车等；而购电侧则包含了工厂等大客户以及居民等个人客户。需要注意的是，除了专门的发电集团以外，其他客户可以根据自己当前的电能需求、个人电源当前能发出的电量以及上网的实时电价，决定是从电网购电还是向电网售电。

在上述开放的电力市场下，依托泛在电力物联网构建一个综合能源服务及交易平台(以下简称“综合能源服务平台"),并开发相应的电脑和手机客户端。所有参与电力交易的公司和个人可以通过实名制账户进入综合能源服务平台，进行实时灵活的电力交易。

2.2电力能源交易

电力能源交易是综合能源服务平台的核心业务和基础功能。所有需要参与电力能源交易的公司和个人需向有关部门及运营的电网公司提出开户请求，获得审核批准之后，可以登录综合能源服务平台。

发电公司是典型的售电侧客户，其根据发电调度计划和电力需求的情况，决定当前该公司的售电电价并将这部分电能像商品一样在综合能源服务平台上“上架"。待用电客户通过综合能源服务平台买走该部分电能之后，发电公司将对应容量的电能输送上网。

大型的公司及工厂是典型的购电侧客户，其根据公司的电能需求和自身的用能特点，在综合能源服务平台上选择价格合适的售电商。与对应的售电商签订购买协议并支付费用之后，购电公司获得对应容量电能的使用权限。

个人用户在不同的场景下既可能是售电侧客户，也可能是购电侧客户。考虑当用户家庭安装有分布式小型发电及储能系统时，用户在满足自身电能需求的情况下就具备了对外售电的能力。当个人的分布式发电系统所供电能超出了目前个人所需的电能时，用户可以将这部分多余的电能定价后在综合能源服务平台上“上架";而当分布式发电不能满足自身需求时，用户则可以在平台上向发电公司或其他个人卖家购买电能。

在此过程中，综合能源服务平台相当于为售电和购电的客户提供了一个实时交易的平台。售电侧和购电侧客户只需要在平台上完成交易，负责运营的电网公司作为中间层负责电能的传输、调度和功率平衡，并从中收取一定比例的过网费和手续费。对于发电公司，综合能源服务平台为其提供了广大的客户群体，解决了公司的售电渠道问题并降低了市场化运营的风险。对于用电客户，综合能源服务平台为其提供了更多的选择，可以根据自身用能的特点选择的售电商，从而降低自身的用电成本。另外，对于具备发电能力的用电客户，综合能源服务平台为其提供了良好的电力交易环境，有利于分布式电源广泛接入和各类能源综合利用。对于电网公司，其依托传输通道和调度管理的核心地位，拥有了综合能源服务平台的运营权，后续可在平台上继续开发高级应用，为公司发展注入新的动力。

2.3电力需求侧响应

传统电力系统的频率和电压调节主要通过供给侧改变有功和无功出力的方式实现，这种传统的调节方法增大了系统的备用容量和投资成本。利用综合能源服务平台上灵活的电力交易机制，可以通过市场化的调节手段鼓励用电客户主动参与到电网的调节中，从而实现电力的需求侧响应。

在电力使用的高峰期，由于电力需求紧张，各个售电商会提高电价。此时为了降低用电成本，公司和工厂会将部分耗能或者不紧急的业务推迟到用电低谷时期，而个人客户也会将部分可转移负荷(洗衣机、洗碗机和电动汽车充电等)推迟到用电低谷时期。此外，为了赚取更多的售电收益，具备发电能力的个人用户还会将储能系统和电动汽车中多余的电能反送上网进行售卖，也能在一定程度上缓解高峰时期电力紧张的程度。

而在电力使用的低谷时期，由于电价便宜，工厂和公司可进行大规模的生产。个人客户此时可以开始可转移负荷的用电，同时给自己的储能系统和电动汽车进行充电。

通过电价激励的手段，电力客户会逐渐转变自己的用电习惯，主动参与到电力系统的调节中。这不仅可以提高电力系统的稳定性，减少电力基础设施的投资，还可以在保证用户生活质量的同时，使用户从中获得一部分经济利益。

3 智能化物联网管控平台

智能化物联网管控平台是综合能源服务平台的“控制中心",其通过对海量的状态信息进行分析和处理，从而对目前系统的运行状态做出整体的判断，并为系统的运行控制和各类用户的电力交易提供指导。

综合能源服务平台中产生的数据来源多样、格式复杂且冗余度高，虽然各类信息中所隐含的信息价值很大，但各类信息之间的关联性不直观，因此物联网管控平台必须具备数据的分类汇总、分析处理和信息挖掘的功能。对于系统中的原始数据，首先，应对各类型的数据进行分类汇总，解决当前电力系统信息碎片化存储的问题，打破信息的孤岛，实现大数据的互联共享。其次，应用数据融合技术在冗余的数据中对同类型的数据进行分类，对有用的数据进行筛选，从而减小通信和数据存储的压力，提高数据分析的可信度。最后，针对筛选后的数据，应用大数据挖掘分析技术，从数据中分析得出当前电力系统的运行状态等深层次信息，并为综合能源服务平台中的电能交易、需求侧响应和智能购售电等高级应用提供支撑。

4、安科瑞础肠谤别濒-贰滨翱罢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。

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、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

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，都支持别虫肠别濒格式导出。

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公司管理人员，指导公司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。弥补了原先针对“九小场所"和危化品生产公司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。

智慧消防看板

8、系统硬件配置

结语

对泛在电力物联网在电力市场中的具体应用进行了展望，并对关键技术的研究进行归纳总结，得出如下结论：

.       电力系统结构和电力市场环境的变化，使得传统的运行控制方法无法保证电网的安全经济运行，继续采用传统运营模式的电力公司无法适应开放电力市场下的角色转变。大力建设泛在电力物联网是突破传统运行方式瓶颈、转变电力工业发展方向和理念的重大战略举措，也是建设全球能源互联网的必经之路。

2)基于泛在电力物联网技术所提出的综合能源服务平台是连接电力工业各个环节的关键，实现了开放电力市场下的能源交易、综合能源服务以及增值业务等多项功能，充分体现了新时代电力系统“枢纽、平台和共享"的作用，为电力工业各环节的发展提供了良好的基础。

3)为实现综合能源服务平台的体系架构和相关功能，还需要在电力物联网终端设备、综合通信网络及信息安全和智能化物联网管控平台等关键技术领域加强研究。

参考文献：

[1] 葛睿，陈龙翔，王轶禹，等.中国电力市场建设路径优选及设计[J].电力系统自动化2017,41(24):10-15。

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[3] 夏超鹏. 泛在电力物联网在电力市场应用中的展望；国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏省南京市210000。

[4] 安科瑞公司微电网设计与应用手册.2022.05版。