北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司、清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院的研究人員王曉冰、楊金雙、李偉、宋寶同、王舒，在2020年第2期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，基于大型城市綜合體的特點(diǎn)及對(duì)電網(wǎng)企業(yè)供電質(zhì)量的要求，分析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在大型城市綜合體中智能配電系統(tǒng)、精準(zhǔn)供電服務(wù)、電動(dòng)汽車(chē)有序共享充電服務(wù)、物聯(lián)感知、智慧能源綜合服務(wù)等場(chǎng)景下的技術(shù)應(yīng)用，以此支撐大型城市綜合體信息化、智能化建設(shè)和相關(guān)技術(shù)向更高水平邁進(jìn)。

城市綜合體是一個(gè)較新的概念，其產(chǎn)生是城市化不斷加快的結(jié)果。城市綜合體將現(xiàn)代社會(huì)的方方面面均包含在內(nèi)，其體量龐大，因此傳統(tǒng)電網(wǎng)已無(wú)法滿足其需求，需要研發(fā)更加先進(jìn)的電網(wǎng)形式。伴隨5G技術(shù)日趨成熟，更加“智慧”的城市將被建造，這將迫使電網(wǎng)企業(yè)改變傳統(tǒng)的供電服務(wù)理念，將新技術(shù)、新理念加入到“智慧”城市建造之中。

在社會(huì)快速發(fā)展、高新技術(shù)迅猛爆發(fā)的背景下，國(guó)家電網(wǎng)公司在2019年兩會(huì)報(bào)告上提出“三型兩網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，其中，“兩網(wǎng)”之一的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，簡(jiǎn)而言之，就是將傳統(tǒng)電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)的所有環(huán)節(jié)信息化。

在城市綜合體的大力建設(shè)進(jìn)程下，物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)將會(huì)被廣泛應(yīng)用，這就要求電能也必須要泛在。因此，為了能夠有效支撐城市綜合體的大力建設(shè)，需要?jiǎng)?chuàng)新電網(wǎng)形式，使智能電網(wǎng)朝著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。

圖1  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)

1  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在大型城市綜合體智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

配電系統(tǒng)作為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的一種，是主電網(wǎng)與用戶傳輸電能的橋梁，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在城市綜合體智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景包括配電自動(dòng)化、配電網(wǎng)隱患監(jiān)控、電能質(zhì)量監(jiān)控、負(fù)荷預(yù)測(cè)等。因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電系統(tǒng)將會(huì)深度融合，具體可體現(xiàn)在供電服務(wù)指揮、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及在線用戶服務(wù)等方面。 

圖2  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1  用電托管服務(wù)

傳統(tǒng)電力運(yùn)維業(yè)務(wù)基本通過(guò)線下運(yùn)維，用戶自行配備電工或外委給工程安裝公司做設(shè)備維護(hù)。該方式人力成本高，設(shè)備故障搶修時(shí)效性差，在沒(méi)有工程市場(chǎng)基礎(chǔ)的情況下很難參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

用電托管服務(wù)，指通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備線上監(jiān)測(cè)用戶電力設(shè)備，配合集中式客服中心，為大型城市綜合體的配電設(shè)備提供線上線下相結(jié)合的托管服務(wù)。在線監(jiān)測(cè)式托管服務(wù)可以大幅提升電力專(zhuān)業(yè)從業(yè)人員的工作效率，從而降低城市綜合體配電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的人員成本。通過(guò)高水平客服人員和新技術(shù)的應(yīng)用，可以降低城市綜合體配電設(shè)備的故障和事故發(fā)生率，有效保障用戶的用電安全和穩(wěn)定。

用電托管工作的目的是提高用戶的用電可靠性，滿足用戶安全用電的需求。主要的工作內(nèi)容包括：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、數(shù)據(jù)報(bào)表管理、設(shè)備故障排除、定期設(shè)備維護(hù)、設(shè)備清掃檢修試驗(yàn)、設(shè)備缺陷管理、人員培訓(xùn)、制度管理等。

1.2  用戶個(gè)性化用能服務(wù)

大型城市綜合體配電系統(tǒng)作為傳統(tǒng)配電網(wǎng)的末端，在滿足供電的基礎(chǔ)上，開(kāi)展其他拓展性、個(gè)性化用能服務(wù)，通過(guò)建立良好的監(jiān)測(cè)技術(shù)以及良好的響應(yīng)激勵(lì)體系，使用戶高度參與至配電網(wǎng)運(yùn)行之中，調(diào)動(dòng)電力用戶參與配網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的積極性。

1）為用戶安裝電力監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息流、數(shù)據(jù)流的傳遞交互，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析、計(jì)算產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)高效的管理控制策略，來(lái)對(duì)用戶進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)能源的優(yōu)化管理和能源交易市場(chǎng)的高效營(yíng)銷(xiāo)。

2）引導(dǎo)用戶在高峰時(shí)降低負(fù)荷，甚至反向出力；在低谷時(shí)增加負(fù)荷。通過(guò)需求響應(yīng)，可以減少高峰負(fù)荷或裝機(jī)容量，提高能源互聯(lián)網(wǎng)的可靠性，并讓用戶積極參與負(fù)荷管理，調(diào)整用電方式，豐富配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)手段，提升電網(wǎng)彈性。

1.3  電動(dòng)汽車(chē)有序共享充電服務(wù)

隨著電動(dòng)汽車(chē)的保有量日益提升，大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)集中充電造成的配電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行，成為亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大型城市綜合體內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)的有序充電，主要可從以下三個(gè)角度進(jìn)行部署。

1）建立有序充電模型

（1）有序充電模型

有序充電指利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)能源路由器，在電網(wǎng)、用戶、充電樁以及車(chē)輛之間進(jìn)行充分的信息交互和分層控制，全面感知配變負(fù)荷變化趨勢(shì)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電時(shí)間和功率，優(yōu)化配變負(fù)荷運(yùn)行曲線，實(shí)現(xiàn)有效填谷。

（2）有序充電設(shè)備選取

支持有序充電的交流充電樁，配有液晶觸摸屏和能源路由器，交流充電樁中設(shè)計(jì)有能源路由器的獨(dú)立空間。液晶觸摸屏是人機(jī)交互界面，用戶可以通過(guò)液晶觸摸屏進(jìn)行相應(yīng)的充電操作，同時(shí)向用戶展示充電狀態(tài)、充電參數(shù)等數(shù)據(jù)。

2）有序充電控制策略

在智慧能源控制系統(tǒng)中，有序充電策略采用分層控制方式，由主站與能源控制器分層實(shí)施完成。

（1）能源控制器本地控制策略

能源控制器以主站下發(fā)的臺(tái)區(qū)日前總負(fù)荷規(guī)劃曲線為基準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)前臺(tái)區(qū)實(shí)時(shí)負(fù)荷信息和臺(tái)區(qū)內(nèi)各充電樁實(shí)時(shí)充電情況，通過(guò)本地控制策略算法，對(duì)新增的充電申請(qǐng)進(jìn)行預(yù)決策，編排合理的充電計(jì)劃；對(duì)處于充電過(guò)程中的訂單，能源控制器將充分發(fā)揮其本地自治的功能，在符合配變安全運(yùn)行要求的前提下，制定經(jīng)濟(jì)合理的充電計(jì)劃。

（2）能源路由器執(zhí)行

能源路由器作為充電計(jì)劃的執(zhí)行裝置，根據(jù)充電計(jì)劃在指定時(shí)間點(diǎn)向充電樁發(fā)送起動(dòng)充電、停止充電或充電功率調(diào)節(jié)等控制指令。當(dāng)出現(xiàn)通信故障時(shí)，可優(yōu)先執(zhí)行內(nèi)置的默認(rèn)充電計(jì)劃，即保持最低功率連續(xù)充電，其優(yōu)先級(jí)較低，在通信恢復(fù)后主站或能源控制器有新的充電計(jì)劃輸入時(shí)會(huì)將其替代。

3）創(chuàng)新有序充電運(yùn)營(yíng)模式、激勵(lì)策略

（1）創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)模式

加強(qiáng)與物業(yè)單位溝通，簽訂建設(shè)協(xié)議，在客戶私人車(chē)位或小區(qū)公共車(chē)位上有條件地更換有序充電樁、路由器等，資產(chǎn)統(tǒng)一歸國(guó)網(wǎng)電動(dòng)車(chē)公司所有。更換條件可采用限定客戶參與有序充電電量、共享電量等方式。

（2）激勵(lì)引導(dǎo)策略

引導(dǎo)客戶參與有序充電、充電樁共享的激勵(lì)方式有積分、紅包等。

積分激勵(lì)：初步計(jì)劃按照一度電一積分進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，積分可用于增值服務(wù)、服務(wù)費(fèi)抵扣等。

紅包激勵(lì)：對(duì)于參與有序充電黏度較高的客戶，可采用紅包激勵(lì)措施，紅包可用于“e充電”公共充電樁優(yōu)惠等服務(wù)或?qū)⒖蛻舴e分兌換成紅包使用。

2  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在大型城市綜合體精準(zhǔn)供電服務(wù)中的應(yīng)用

按照國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的整體工作要求，以大型城市綜合體為試點(diǎn)，充分應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，全面加快推進(jìn)客戶側(cè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)客戶需求全面感知、數(shù)據(jù)全程共享、業(yè)務(wù)全程在線、服務(wù)便捷靈活，構(gòu)建精準(zhǔn)服務(wù)體系。

為此，需要對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)提出具體的指標(biāo)要求，表1列出了客戶精準(zhǔn)服務(wù)、購(gòu)電下發(fā)、主動(dòng)搶修、低壓電壓質(zhì)量監(jiān)控以及臺(tái)區(qū)精益化管理5個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能以及具體的指標(biāo)要求。 

表1  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)化服務(wù)

通過(guò)夯實(shí)感知層基礎(chǔ)支撐能力和提升平臺(tái)層數(shù)據(jù)共享能力，打造感知層基于HPLC、應(yīng)用層全面整合營(yíng)銷(xiāo)、設(shè)備部業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)供電服務(wù)區(qū)，重點(diǎn)提升對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)，包括提升客戶服務(wù)水平、提升企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效、提升電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

3  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在大型城市綜合體物聯(lián)感知技術(shù)中的應(yīng)用

在核心區(qū)范圍內(nèi)，廣泛分布監(jiān)測(cè)終端，將運(yùn)檢、營(yíng)銷(xiāo)、調(diào)控的關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集上來(lái)，通過(guò)光纖、無(wú)線等通信方式上傳，開(kāi)展數(shù)據(jù)融合與綜合應(yīng)用，增強(qiáng)對(duì)配網(wǎng)的感知能力、預(yù)測(cè)能力和掌控能力，整體提升副中心地區(qū)配網(wǎng)可靠性水平、智能化水平和實(shí)用化水平。

圖3  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在大型城市綜合體物聯(lián)感知技術(shù)中的應(yīng)用示意圖

3.1  建立以客戶為中心、臺(tái)區(qū)為單元、臺(tái)區(qū)經(jīng)理為管理對(duì)象的臺(tái)區(qū)管理綜合可視化平臺(tái)

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)理念，形成以客戶滿意度、臺(tái)區(qū)健康運(yùn)行為導(dǎo)向的臺(tái)區(qū)經(jīng)理評(píng)價(jià)機(jī)制。通過(guò)全面收集客戶信息，多維度勾畫(huà)客戶“畫(huà)像”，探索客戶信息大數(shù)據(jù)應(yīng)用，為持續(xù)深化精準(zhǔn)服務(wù)和超前服務(wù)提供平臺(tái)支撐。通過(guò)將臺(tái)區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)綜合展示，直觀查看臺(tái)區(qū)狀況、健康排名、異常數(shù)據(jù)發(fā)布處置等內(nèi)容，為臺(tái)區(qū)經(jīng)理評(píng)價(jià)“畫(huà)像”，為持續(xù)提升公司優(yōu)質(zhì)服務(wù)、精細(xì)化管理水平提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2  建立配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)全息感知體系

采用差異化的配置原則，多種類(lèi)、廣覆蓋地布置設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端。在核心區(qū)內(nèi)的變電站安裝GIS特高頻局放監(jiān)測(cè)終端；在開(kāi)關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜等配電設(shè)施內(nèi)，加裝數(shù)據(jù)傳輸單元（data transfer unit, DTU）實(shí)現(xiàn)10kV配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)全采集。在配電室、箱變加裝DTU和低壓側(cè)電流、電壓監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)0.4kV配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)全采集。加裝電纜電子標(biāo)簽，隧道管廊的三維建模，實(shí)現(xiàn)電纜資產(chǎn)及配網(wǎng)網(wǎng)架的可視化展示，有效提升運(yùn)維精益化管理水平。

4  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在大型城市綜合體智慧能源綜合服務(wù)中的應(yīng)用

通過(guò)“大云物移智”的技術(shù)，充分結(jié)合泛在物聯(lián)網(wǎng)為用戶、電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商和政府社會(huì)服務(wù)的目標(biāo)，形成以電能為核心的采、監(jiān)、管、控、運(yùn)、策的智慧綜合能源服務(wù)生態(tài)圈。

打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)綜合能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，構(gòu)建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及創(chuàng)新應(yīng)用。

4.1  智慧能源管家企業(yè)級(jí)平臺(tái)

將最基礎(chǔ)的綜合能源數(shù)據(jù)以表計(jì)形式接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)客戶用能數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)、管理、控制。

圖4  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)架構(gòu) 

1）能耗運(yùn)行監(jiān)測(cè)

將采集的水、電、氣、熱、冷等能源用能數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史能耗查詢(xún)。

2）報(bào)警管理

實(shí)現(xiàn)多種能源類(lèi)型的報(bào)警監(jiān)測(cè)，當(dāng)各類(lèi)能耗發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄下發(fā)生的時(shí)間、位置、異常類(lèi)型等數(shù)據(jù)，供以后查找和分析使用。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)發(fā)生的事件進(jìn)行初步的分析和診斷，大致確定發(fā)生的原因和位置，通過(guò)消息通知系統(tǒng)，把事件發(fā)送給相關(guān)負(fù)責(zé)人和維修搶修人員。

3）節(jié)能診斷

建立能耗特征庫(kù)對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷篩選，將能耗異常數(shù)據(jù)列入診斷對(duì)象，按不同設(shè)備反饋節(jié)能診斷報(bào)告，指出問(wèn)題及產(chǎn)生原因，可以采取的措施是什么，管理人員根據(jù)節(jié)能報(bào)告對(duì)設(shè)備進(jìn)行排查，最終解決相應(yīng)的問(wèn)題。

4.2  智慧管家運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

通過(guò)智慧管家運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)，開(kāi)拓能源托管服務(wù)、能源審計(jì)和清潔生產(chǎn)服務(wù)、節(jié)能咨詢(xún)服務(wù)、節(jié)能改造服務(wù)、配電運(yùn)維服務(wù)、設(shè)備廠商服務(wù)、新能源建設(shè)服務(wù)、配售電服務(wù)、碳交易服務(wù)、能源培訓(xùn)認(rèn)證服務(wù)、綠建能源服務(wù)、可視化服務(wù)等，為能源全生命周期各類(lèi)用戶提供盈利模式和相應(yīng)功能。

1）配電運(yùn)維服務(wù)

建立面向電力客戶的智能運(yùn)維搶修站點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)配電室遠(yuǎn)程值守，這種模式同樣適用于供冷站、供暖站、供水站等其他能源供應(yīng)站的運(yùn)維。

2）能源審計(jì)和清潔生產(chǎn)服務(wù)

出具能源審計(jì)和清潔生產(chǎn)報(bào)告是企業(yè)剛性需求，和節(jié)能改造及資金申請(qǐng)密切相關(guān)，云平臺(tái)為企業(yè)提供能源審計(jì)報(bào)告及清潔生產(chǎn)報(bào)告功能，定位用戶能源系統(tǒng)中的高能耗癥結(jié)，并為其提供有效的改進(jìn)建議，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造。

3）節(jié)能咨詢(xún)服務(wù)

通過(guò)能源平臺(tái)數(shù)據(jù)多方位分析企業(yè)能耗，深度挖掘節(jié)能潛力，根據(jù)分析結(jié)果，為用戶提供節(jié)能咨詢(xún)服務(wù)，優(yōu)化用能方案。

4）節(jié)能改造服務(wù)

與節(jié)能咨詢(xún)服務(wù)相配合，智能快速地為用戶提供節(jié)能改造備選方案和成本估算服務(wù)，為用戶提供最優(yōu)的節(jié)能改造服務(wù)。

5  結(jié)論

通過(guò)對(duì)大型城市綜合體的發(fā)展模式及發(fā)展方向進(jìn)行介紹，提出了大型城市綜合體對(duì)電網(wǎng)企業(yè)電能供應(yīng)的要求?；诖吮尘?，結(jié)合2019年國(guó)家電網(wǎng)提出的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念，引出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在大型城市綜合體中的應(yīng)用，詳細(xì)對(duì)大型城市綜合體中智能配電系統(tǒng)、精準(zhǔn)供電服務(wù)、電動(dòng)汽車(chē)有序共享充電服務(wù)、物聯(lián)感知技術(shù)、智慧能源綜合服務(wù)幾方面進(jìn)行了介紹，為大型城市綜合體信息化、智能化建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐。

結(jié)合大型城市綜合體能源供應(yīng)特點(diǎn)，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，一方面可提升電網(wǎng)感知能力、互動(dòng)水平、運(yùn)行效率，支撐大型城市綜合體各種能源接入利用，提高能源利用效率；另一方面從電網(wǎng)企業(yè)轉(zhuǎn)型、開(kāi)拓新興業(yè)務(wù)角度來(lái)看，探索利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)展大型城市綜合體綜合能源服務(wù)的業(yè)務(wù)模式，具有十分重要的意義。