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          泛在電力物聯網及5G技術在電網中的應用
          時間:2021-08-31 13:49 發布人:admin
          信息摘要:
          陳沁雨
          安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
           
          摘要:從電網的應用入手,介紹泛在電力物聯網、5G應用以及兩者的結合在電力系統中的應用情況。基于5G時代背景,探究了泛在電力物聯網技術在我國電力系統的應用情況,為我國電網的新技術發展提供一定參考。
          關鍵詞:泛在物聯網;5G;應用
           
          0引言
          隨著我國各方面的不斷發展,尤其是經濟的發展,對電力的需求也越來越高,電網的建設也不斷增加,供電系統也面臨巨大的挑戰。電力新技術作為電力系統的著重發展部分,其效,平穩的運行顯得尤為重要。而泛在電力物聯網和 5G 也是重要的一個環節。在實現智慧服務、對接和新業務、新業態和新模式中面對不同的問題需要不同的解決方案,能保證新業務、新業態和新模式,擴大能源互聯網生態圈,主動對接地方經濟發展,建設一站式服務平臺,打造利益共同體。同樣,5G 技術的發展將使配網系統朝著更加可靠,效的方向前進。本文從泛在電力物聯網、5G 和兩者結合等方面介紹了電網新技術的效便利性。
          1泛在電力物聯網
          近年來,國家電網有限公司提出并大力發展泛在電力物聯網領域,同時,緊密結合“三型兩網”新戰略,集合全體員工的智慧,共同推進泛在電力物聯網建設。泛在電力物聯網建設需在技術層面進行突破。全球互聯網正在進行技術變革,要從網絡架構核心技術方面采取措施,通過傳感的設備、測量的設備、各種感知的模組模塊來廣泛地進行融合,讓傳統的物聯網擁有一個非常效、平穩、智能的神經指揮大腦。事實上,在泛在電力物聯網建設中這些已經在逐步得以實現。發現在輸配電線路的施工現場,傳感節點出現了續航時間短、感知精度低、抗干擾能力弱的問題,需要電力傳感芯片對狀態的及時、準確感知提供支撐。于是,通過采集電力應用現場環境數據,進行了芯片性能與環境的相關性分析,通過開發輔助設計軟件,指導芯片工藝參數與設計改進。
          很多成果是泛在電力物聯網建設中涌現出來的,具有很強的實用性,得到了社會的高度關注[2]。國網某省電力有限公司和中國鐵塔股份有限公司的小伙伴運用物聯網思維探索出了一條“鐵塔共享”之路。5G 已來,但目前低頻帶寬資源有限,難以滿足新興業務大容量的需求,未來 85%的新建基站將借助社會塔解決,電力塔共享是解決站址問題的選擇。通過共享,鐵塔可以成為集電力專網、運營商公網為一體的通信結點,集輸配供儲為一體的能源節點,集電力設施、通信設備、環境監測、安防監控為一體的空間信息共享節點,是“三型兩網”建設的具體實踐。未來共享鐵塔在資源節約方面的光明前景。
          2 5G技術及應用
          第五代移動通信技術是新一代蜂窩移動通信技術,根據全球移動供應商協會(GSA)于 8 月發布的報告,在全球各國的 5G 競爭當中,已經初步形成了梯隊為中、韓、美、日,梯隊為英、德、法的競爭格局。中國的 5G 研發和建設可以說走在世界前列,甚至是超前的。
          隨著 5G 與電網業務的深度融合,將通過在高壓線路保護、城市電網狀態監測、客戶用電信息采集等專業領域試點應用,挖掘 5G 技術優勢,實現電力系統各環節的人機交互、萬物互聯,助力智慧城市產業建設。一直以來,供電公司推動泛在電力物聯網建設,主動拓展 5G 新技術業務應用。在 220 千伏鏌铘站進行試點,建成某省5G 技術電力綜合應用示范區,綜合示范區貫通了端到端全程 5G SA 網絡通信通道,搭建 5G 技術應用、業務創新合作平臺,平臺集 4K 高清、VR、機器人巡檢、無人機巡視多功能于一體,構筑了 5G+ 天、地、人立體化監測體系,實現了對工程建設進度質量、設備狀態、人員行為的全時段監視、感知、立體化防護。
          3 5G和泛在電力物聯網
          據報道,今年初,一臺紅白相間的六旋翼巡檢無人機盤旋在國網公司某 110kV 海洋變電站內,同時,另外一臺機身為深藍色、機頭為白色的新型巡檢機器人正在巡視變電站內的各種電力設備。這其實是國網電力研發出的基于 5G 技術的新型線路巡檢無人機和基于 VR 技術的新型變電站巡檢機器人。相比 4G 技術,5G 技術具有高速率、大帶寬、低時延的優點。傳統的線路巡檢無人機只能傳輸 1080P 的視頻,這樣會導致輸電設備的微小缺陷無法被識別。而該款搭載有 5G 終端的無人機能夠拍攝 4K 高清視頻并通過 5G 網絡回傳給線路運維人員。運維人員無需攀登鐵塔即可清晰看到輸電線路及附屬設備的每一個細節,提升了巡檢人員的工作效率。這款無人機還能安裝激光雷達實時進行三維建模,自動規劃航線。無人機工作完成后會自動飛回機巢充電。未來,除了在變電站建設機巢,針對遠距離巡檢任務,還可以在電力作業車上搭載移動機巢。這樣一來,變電站就變成了“機場”,移動作業車就變成了“航空母艦”。
          傳統的變電站巡檢機器人須沿著既定軌道巡視站內設備,而這臺基于 5G 技術的 VR 變電站智能巡檢機器人則不需要既定軌道,遇到障礙物會自動識別并繞開,開展全自動自主巡視。這得益于這款巡檢機器人搭載的 5G 終端、多種物聯網傳感器和高清 VR 攝像頭。5G 網絡的超低延時特點確保了機器人高精度巡檢,既保證了巡視路線、查看設備位置的自由度,又能防止巡檢機器人誤入帶電區域,保證了巡檢作業的可靠性。此外,通過 5G 網絡可以將巡檢機器人搭載的 8K 高清全景攝像頭所拍攝的巡檢視頻實時地回傳到后臺指揮,指揮的工作人員利用匹配的 VR 眼鏡就能夠獲取變電站實景的現場式體驗;同時,該套系統還能提供針對多個變電站內設備狀態的專家遠程診斷,通過遠程專家的診斷意見,能夠提升了設備缺陷查找效率和準確性,給現場處置提供幫助。國網公司的這兩款新式裝備在 110 千伏海洋變電站的巡檢,也標志著國家電網公司實現基于 5G 技術的陸空一體化電力設施立體巡檢。
          隨著 5G 網絡切片技術的投入使用,電網公司還可以依托5G 共享基站智能運維技術,進一步拓展 4K 高清監控音視頻信號雙向互動、智能全景 AR 巡檢機器人遠程監控等功能,推進電網運行 5G 智能新時代。利用開放的通信資源能力、豐富的數據資源和大數據應用能力、軟硬件集成能力以及云網一體的運營維護能力,為國網威海供電公司提供技術、運營、服務、管理等體系的賦能,提升國網公司的“三型兩網、世界水平”的發展現狀,構建能源系統智能化運營體系。此外,電網公司也可以和通信企業進行戰略合作,共同打造應用 5G 通信和物聯網技術的智慧電網示范項目或示范工程,建設 5G 基站基礎設施,共同在 5G 通信、人工智能、物聯網、大數據等領域開展研究,突破 5G 通信、物聯網等方面的新技術的應用與落地。 
          4安科瑞為國家電網2021泛在電力物聯網建設提供解決方案
          安科瑞電氣深耕用戶側能效管理多年,逐漸完善了從電力物聯網云平臺到終端傳感器的生態體系,在“源(電源)-網(電網)-荷(負荷)-儲(儲能)”各個環節加大研發投入,已經形成“云(云平臺)-管(有線/無線物聯)-邊(邊緣計算)-端(終端設備)”的生態系統,參與泛在電力物聯網建設,為國家電網建設“三型兩網”提供解決方案,使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現信息連接和交互,產生共享數據,從而為電網、發電、供應商、用戶服務。
           
          4.1云平臺
          安科瑞電氣近年來已經陸續推出變電所運維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環保用電監管云平臺、充電樁(電動汽車/自行車)運營管理云平臺、預付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案,并已經廣泛應用在多地國網公司用戶端業務、環保部門、安監部門、住建部門等。
          4.1.1變電所運維云平臺
          據統計全國高供高計的工商業用戶數量達到200多萬戶,規模巨大,但是大部分日常的運行維護工作比較傳統,普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風險預防薄弱等問題。國網公司和眾多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場,這是一個千億級別的市場。
          AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術,通過智能網關采集現場數據并存儲在本地,再定時向云平臺推送數據。平臺可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平臺采集的數據包括變電所電氣參數和環境數據,包括電流電壓功率、開關狀態、變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息,有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到指定人員手機上,并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環,提高運維效率,即時發現運行缺陷并做消缺處理。
           
          4.1.2能源管理云平臺
          Acrelcloud-5000能耗管理云平臺可適用于各個行業,如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫療建筑、商業綜合體等,可通過局域網、互聯網或者4G網絡采集不同區域多個建筑或單位的用能數據。
          平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲能等新能源數據,對用能數據進行分析,按照區域、部門、用電設備類型進行細分,提供同比、環比分析比較和用能數據追溯,同時可以提供尖峰平谷各時段用能數據和報表,幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。
           
          4.1.3環保用電監管云平臺
          近年來我們的環境質量有了很大的改善,這都歸功于國家層面對環保的重視和環保部門的有力監察執法。安科瑞針對環保監察的痛點研發了環保用電監管系統解決方案,助力環保部門堅決打贏藍天碧水保衛戰。
          Acrelcloud-3000環保用電監管平臺主要為環保監察部門和產污排污企業服務,為環保部門提供在線監管和執法依據,為生產企業提供設備運行監控和產污排污數據記錄。
          平臺采集生產企業總用電量、生產用電和治污設備用電量,進行關聯分析,及時給出環保設備異常運行信號或企業異常生產信號,實現全過程防控。前端設備采用不停電免接線方案采集用電數據,經LORA無線上傳到環保數據網關,再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環保平臺。各地環保部門通過污染防治設施用電實時監控,實現對排污企業生產運行無死角、全流程監控,達到變人防為信息化技防,從事后處罰到介入式執法,扭轉傳統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態,為環保監管開辟更加切實、有效的監管方式,形成長效機制。
           

           

          4.1.4智慧用電云平臺
          據應急管理部網站數據,2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數的百分之三十到百分之三十四左右,其中2018年全國共接報火災23.7萬起,因違反電氣安裝使用規定引發的火災占總數的百分之三十四,較大和重大火災事故中,電氣火災的比例更高。國務院、公安部消防局以及各省市自治區直轄市紛紛出臺文件推廣智慧用電,從源頭上預防電氣火災的發生,現用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養老福利院、醫療場所、學校、金融網點等人員密集場所廣泛開展。
          安科瑞Acrelcloud-6000用電管理云平臺對電氣引發火災的主要因素(線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓)進行不間斷的數據跟蹤與統計分析,通過2G/NB-IOT/4G方式采集現場數據,實時發現電氣線路和用電設備存在的隱患(如:線纜溫度異常、過載、過壓、欠壓及漏電等)并通過短信、APP推送、自動語音呼叫等方式及時預警,有效防止電氣火災的發生。系統可以顯示所有監測點位的漏電電流等電氣參數和線纜溫度,并支持巡檢記錄和派單操作,提供隱患分析報告,實時評估企業用電狀態。

          4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺

          電動汽車現已成為廣泛使用的綠色能源交通工具,Acrelcloud-9000充電樁運營管理云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控,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;用戶通過微信小程序掃描二維碼,進行支付后,系統發起充電請求,控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯網,配合加密技術和秘鑰分發技術,基于TCP/IP的數據交互協議,與云端進行直連。
          電動自行車數量越來越多,解決了老百姓短距離出行問題,但是和電動自行車相關的和火災事故新聞也屢見不鮮,有逐年增長的趨勢,給社會帶來了很大的損失,成為人民生命和財產的一個隱患?;陔妱幼孕熊嚮馂牡奈:吞攸c,各級政府部門發文對電動自行車火災的整治都放在規范停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理云平臺,針對電動自行車火災治理提供充電管理、資產管理和交易管理的一攬子解決方案,解決充電難、管理難和收費難的問題,可應用于商業樓宇、小區、學校、醫院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。
          4.1.6物業小區預付費管理云平臺
          安科瑞遠程預付費系統可以針對各商業綜合體、小區、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業,學校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業分布式財務操作,在線支付,總部財務扎口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理系統已經成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經穩定運行多年,適用于物業公司對小區、辦公和商鋪租戶的水電預付費管理,或者學校對學生宿舍的用電預付費和用電管控系統。
           
          4.2有線/無線物聯
          安科瑞根據多年來的項目經驗,結合用戶實際需求,開發了各類有線、區域無線、廣域無線通訊產品,包括網關和終端設備。支持RS485、以太網、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式,隨著5G建設步伐的加快,未來將會有越來越多的通訊方式融入產品,服務于泛在電力物聯網建設。
          4.3邊緣計算
          安科瑞針對物聯網應用開發了多款智能網關,采用嵌入式系統和邊緣計算技術,現場采集和存儲終端設備數據,并根據云平臺的需要,采用不同的協議和云平臺對接。所有數據采集、計算、異常報警觸發邏輯均在網關就地設置,網絡故障時數據存儲在本地,網絡恢復后補傳數據,斷點續傳,提高數據可靠性。
          4.4終端設備 
          針對泛在電力物聯網的建設,安科瑞陸續推出多款物聯網儀表,應用在不同場合以滿足不同需求,2019年全年各類終端儀表出貨量超過185萬臺。
          4.5安科瑞產品在泛在電力物聯網的應用 
          近兩年來,安科瑞已經陸續參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設,提供了包括云平臺、智能網關、終端設備等產品,各類用戶端云平臺在全國各地運行案例700多套,并且根據用戶需求不斷完善產品功能,這些項目就是未來泛在電力物聯網的一部分。
          “能源互聯網的春天到了,因其所能,它必將成為充滿活力的新型能源業態。”盡管針對泛在電力物聯網還有一些不同的聲音,但是泛在電力物聯網已經悄無聲息的鋪開來,融入能源互聯網基礎建設的方方面面。
          5結論
          5G網絡建設也是面向未來的“新型基礎設施建設”,將使工業生產、社會管理效率獲得提升,大大節約生產成本和交易成本,隨著泛在電力物聯網建設的逐步推進以及 5G 等新技術與電力物聯網的深度融合,未來將在多個領域實現用能服務體驗的提質升級,將電力用戶及其設備,電網企業及其設備,發電企業及其設備,供應商及其設備,以及人和物連接起來,產生共享數據,打造“互聯網”大數據平臺,為市民提供“互聯網”智慧用能方案,實現能源系統智能化運營與管理,多能互補、效利用,構建以電為優先的清潔低碳能源消費體系。
          參考文獻
          [1] 張敏,冉碧珍,楊鳳.泛在電力物聯網及5G技術在電網中的應用淺析
          [2] 王洪勉,孫慧,鄭利斌,李新軍.泛在電力物聯網智聯單元設計與實現[J].供用電,2019(6):25-26.
          [3] 劉日亮,劉海濤,夏圣峰,袁棟,文艷,程力涵.物聯網技術在配電臺區中的應用與思考[J].高電壓技術,2019(6):98-100.
          [4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
           
          作者簡介
          陳沁雨,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能照明的研發與應用Email:3008034352@qq.com,手機:18702112873,座機:021-69151198
          公司介紹
          安科瑞電氣股份有限公司(股票代碼:300286)成立于2003年,集研發、生產、銷售及服務于一體,是一家為企業微電網能效管理和用電安全提供解決方案的......
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