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浅析智能电网与电力物联网及其之间的联系

更新日期:2022-10-10   浏览量:93

吴柯霓

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

0 引言

人工智能时代,弱电领域的信息革命与数字化革命沿 着信息互联互通的互联网,以及外部信息感知与控制的嵌入式系统发展。至今,互联网与嵌入式系统相互融合诞生了物联网,并沿着物联网、大数据、云计算勇猛前行。而在强电领域,国家电网沿着坚强电网、坚强智能电网建设,直到与互联网、嵌入式系统相互融合,诞生出泛在电力物联网,从而使人工智能进入到一个强电、弱电统一的物联网应用新时代。在这个新时代里,一方面是电力系统发电、输电、配电、供电的智能化;另一方面是以用、供电形式将强电(电源系统)与弱电(互联网及嵌入式等用电系统)统一起来,实现全局性的人工智能时代。

1 物联网应用的新时代

众多物联网终端系统都是一个用电系统,众多的应用场景集中在弱电系统信息互联网络终端的智能控制应用。通常,智能系统不涉及供电部分,只负责完成系统的智能信息交互、管理,实现系统的智能控制。进入物联网时代后,应用系统逐渐融合成为一个庞大的网络体系。以电动汽车为例,电动汽车整车系统以及相应的充电桩就是一个强电的电力驱动与弱电的智能控制的综合系统。这充分显示,随着物联网应用的深入发展,用电与供电、弱电与强电逐渐融合,系统用、供电的智能化管理成为物联网应用中重要部分。随着智能电网的不断完善以及互联网与智能电网的相互融合,物联网进入到一个用、供电管理与信息系统智能化两翼齐飞的新时代。

2 智能电网的国家战略工程

国家电网关系到重大国计民生,世界主权大国都有严密管控的国家电网体系,以保证电网安全。21世纪初,随着人工智能发展,国家电网的智能化成为世界各国的国家战略工程,从传统电网到智能电网,经历了坚强电网建设与坚强智能电网建设两个阶段。

2009年,中国国家电网公司公布了“智能电网"发展计划,以建设“统一坚强智能电网"为目标,预计在2020年前完成智能电网改造,计划总投资超过4万亿。统一坚强智能电网是国家电网业界人士提出的概念,指的是以统一规划、统一标准、统一建设为原则,以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的国家智能电网。

智能电网建设的首要任务是信息系统建设,即在坚强电网基础上的建设全网通达的信息传输体系。早先,电网内部采用的是微波中继通信,后来被光纤通信所替代。目前,各种规格的光纤复合电缆(电力光缆)已覆盖了全部电力网,形成了光纤通信基础上的智能电网。低压电力光缆已经成为光纤入户的主要形式,完成智能电网的最后一公里建设。2010年,国家启动电力光纤到户工程,在提供电能的同时,可与电信网、广播电视网、互联网相连,以满足智能电网用电侧的信息化、自动化、互动化需求。

3 什么是泛在电力物联网

简单来说,物联网是互联网基础上的万物互联网;电力物联网是智能电网内部的万物互联网;泛在物联网则是物联网向智能电网的延伸,相互延伸的界面是智能变电站与智能电表。


(1)泛在电力物联网的内网与外网

泛在电力物联网是智能电网基础上的一个泛在物联网。泛在电力物联网来自智能电网,首先应用在电力系统内部,包括电力系统内部传统的发电、变电、输电、供电、电力调度,以及新能源领域并网、用/供电系统的智能化管控等,称为泛在电力物联网的内网。随着用电设备的智能化电源管理技术发展,电力物联网不可避免地会向用电端外溢,使现有的物联网进入到智能用电管理时代,外溢到现有的物联网领域的部分称为外网。这种内外网的划分是有道理的,因为这两部分性质不同、差异明显。内网是强电领域,也是国家严格管控的国家电网;外网依托的是弱电领域,自由、开放的互联网。


(2)泛在电力物联网的安全保障

智能电网的内外网的分割,使泛在电力物联网形成了“物联网+智能电网"的特殊结构体系。两网之间只有从智能电网向物联网输出的单向信息交互通道。泛在电力物联网体现为智能电网内部的万物互联,以及通过智能变电站、智能电表实现与物联网中的万物互联,实现这些网络终端的用/供电的智能管理。这样的体系结构,既保证了国家电网的安全可靠,又实现了物联网终端体系强电、弱电的统一智能化管控。


4 电力物联网的智能电表与信息交互平台

智能变电站是电力物联网内外网交互的网关,智能电表则是供、用端的信息交互平台,它们是泛在电力物联网及其云平台生态体系建设中的核心领域。


(1) 电力物联网的智能电表

在泛在电力物联网中,所有物联网的智能终端都是一个用电系统,智能电网则是一个供电系统,连接两者的是智能电表,智能电表的后台是智能变电站。

早期智能电表以电量计量为中心,实现电量计量、数据处理、数据远传等功能。电力物联网中的智能电表则是一个连接内外网的信息枢纽、信息共享平台。为满足这一要求,智能电表必然是多芯、多功能、模组化的设计,除了电量计量管理的计量模块外,还有用电管理模块、数据通信模块、用于数据采集与处理的感知控制模块,以及用于人机交互的交互模块等。此外,智能电表还是泛在电力物联网云平台生态体系建设的重要一环。

这里以安科瑞推出的ADW300物联网在线监测仪表为例具体说明一下智能电表相较于传统电表的优势。


强大的互联功能:相较于传统电表的本地采集方式,通过与物联网技术的结合,目前该款终端监测设备除了可支持RS-485通讯,在网络通信层也可支持采用GPRS、WiFi、NB-IoT等各种通讯技术,同时在通讯协议的适配方面也涵盖了目前市面上的大部分通用协议。

智能化监测:主要是通过附加功能来协助终端采集设备的智能交互,如:支持开关量输入输出,可结合具体现场实现开合闸的保护功能;支持多路的温度测量和漏电监测,防止因为故障、老化导致的温度过高而出现的安全隐患;报警上传功能,支持各项电参量的报警设定,及时的上传报警数据,再通过平台短信预警等措施及时的通知到用户端进行现场故障的处理。

(2)泛在电力物联网的云平台建设

智能变电站与智能电表是泛在电力物联网生态系统建设的关键环节,参与内网“源(电源)—网(电网)—荷(负荷)—储(储能)",以及外网“云(云平台)—管(有线/无线物联)—边(边缘计算)—端(终端设备)"的生态系统建设。


安科瑞推出企业微电网能效管理平台就是将:变电所运维云平台、能源管理云平台、智慧用电云平台、环保用电监管云平台、充电桩(电动汽车/自行车)运营管理云平台、预付费管理云平台等平台进行系统的融合,以解决智慧城市、智慧社区、智慧医院、智慧交通、智慧楼宇等重大场景应用。结合用户实际需求,同时也开发了各类有线、区域无线、广域无线通信产品,包括网关和终端设备,支持RS485、以太网、LoRA、ZigBee、GPRS、4G、NB IoT 等多种通信方式。在结合平台的数据分析功能,给到用户详细、简洁明了的数据报表。这也是万物互联,智慧电网的表现形态。


从云端平台我们可以结合曲线图树状图等直观的了解到符合的运行情况。


5 结语

一个完整的物联网应用体系,应该涵盖用电体系、供电体系,泛在电力物联网诞生有利于实现这一目标。泛在电力物联网的基础是智能电网,国家电网特有的安全属性导致其封闭、垄断的基本特征,以及内网与外网的分割状态。智能变电站与智能电表成为内外网交互的通道。

参考文献

[1]何立民.从智能电网、物联网到泛在电力物联网

作者简介

吴柯霓,女,安科瑞电气股份有限公司,销售工程师,从事电力物联网相关解决方案研究工作。




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