北京電力經(jīng)濟技術(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及對電網(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)、精準供電服務、電動汽車有序共享充電服務、物聯(lián)感知、智慧能源綜合服務等場景下的技術(shù)應用，以此支撐大型城市綜合體信息化、智能化建設和相關(guān)技術(shù)向更高水平邁進。

城市綜合體是一個較新的概念，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)已無法滿足其需求，需要研發(fā)更加先進的電網(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)的供電服務理念，將新技術(shù)、新理念加入到“智慧”城市建造之中。

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

在城市綜合體的大力建設進程下，物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)將會被廣泛應用，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，需要創(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)與堅強智能電網(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)中的應用場景包括配電自動化、配電網(wǎng)隱患監(jiān)控、電能質(zhì)量監(jiān)控、負荷預測等。因此泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電系統(tǒng)將會深度融合，具體可體現(xiàn)在供電服務指揮、設備運行狀態(tài)以及在線用戶服務等方面。

圖2 在智能配電系統(tǒng)中的應用

1.1 用電托管服務

傳統(tǒng)電力運維業(yè)務基本通過線下運維，用戶自行配備電工或外委給工程安裝公司做設備維護。該方式人力成本高，設備故障搶修時效性差，在沒有工程市場基礎的情況下很難參與市場競爭。

用電托管服務，指通過監(jiān)測設備線上監(jiān)測用戶電力設備，配合集中式客服中心，為大型城市綜合體的配電設備提供線上線下相結(jié)合的托管服務。在線監(jiān)測式托管服務可以大幅提升電力專業(yè)從業(yè)人員的工作效率，從而降低城市綜合體配電設備運行維護的人員成本。通過高水平客服人員和新技術(shù)的應用，可以降低城市綜合體配電設備的故障和事故發(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：遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、數(shù)據(jù)報表管理、設備故障排除、定期設備維護、設備清掃檢修試驗、設備缺陷管理、人員培訓、制度管理等。

1.2 用戶個性化用能服務

大型城市綜合體配電系統(tǒng)作為傳統(tǒng)配電網(wǎng)的末端，在滿足供電的基礎上，開展其他拓展性、個性化用能服務，通過建立良好的監(jiān)測技術(shù)以及良好的響應激勵體系，使用戶高度參與至配電網(wǎng)運行之中，調(diào)動電力用戶參與配網(wǎng)優(yōu)化運行的積極性。

1）為用戶安裝電力監(jiān)測設備，通過管理平臺實現(xiàn)信息流、數(shù)據(jù)流的傳遞交互，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析、計算產(chǎn)生經(jīng)濟高效的管理控制策略，來對用戶進行在線監(jiān)測和管理，進而實現(xiàn)用戶側(cè)能源的優(yōu)化管理和能源交易市場的高效營銷。

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

1.3 電動汽車有序共享充電服務

隨著電動汽車的保有量日益提升，大規(guī)模電動汽車集中充電造成的配電網(wǎng)超負荷運行，成為亟待解決的問題。通過泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大型城市綜合體內(nèi)電動汽車的有序充電，主要可從以下三個角度進行部署。

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)，通過能源路由器，在電網(wǎng)、用戶、充電樁以及車輛之間進行充分的信息交互和分層控制，全面感知配變負荷變化趨勢，動態(tài)調(diào)整充電時間和功率，優(yōu)化配變負荷運行曲線，實現(xiàn)有效填谷。

（2）有序充電設備選取

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，交流充電樁中設計有能源路由器的獨立空間。液晶觸摸屏是人機交互界面，用戶可以通過液晶觸摸屏進行相應的充電操作，同時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)的臺區(qū)日前總負荷規(guī)劃曲線為基準，結(jié)合當前臺區(qū)實時負荷信息和臺區(qū)內(nèi)各充電樁實時充電情況，通過本地控制策略算法，對新增的充電申請進行預決策，編排合理的充電計劃；對處于充電過程中的訂單，能源控制器將充分發(fā)揮其本地自治的功能，在符合配變安全運行要求的前提下，制定經(jīng)濟合理的充電計劃。

（2）能源路由器執(zhí)行

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

3）創(chuàng)新有序充電運營模式、激勵策略

（1）創(chuàng)新運營模式

加強與物業(yè)單位溝通，簽訂建設協(xié)議，在客戶私人車位或小區(qū)公共車位上有條件地更換有序充電樁、路由器等，資產(chǎn)統(tǒng)一歸國網(wǎng)電動車公司所有。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）激勵引導策略

引導客戶參與有序充電、充電樁共享的激勵方式有積分、紅包等。

積分激勵：初步計劃按照一度電一積分進行獎勵，積分可用于增值服務、服務費抵扣等。

紅包激勵：對于參與有序充電黏度較高的客戶，可采用紅包激勵措施，紅包可用于“e充電”公共充電樁優(yōu)惠等服務或?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供電服務中的應用

按照國家電網(wǎng)公司建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的整體工作要求，以大型城市綜合體為試點，充分應用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進通信技術(shù)，全面加快推進客戶側(cè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設工作，實現(xiàn)客戶需求全面感知、數(shù)據(jù)全程共享、業(yè)務全程在線、服務便捷靈活，構(gòu)建精準服務體系。

為此，需要對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)提出具體的指標要求，表1列出了客戶精準服務、購電下發(fā)、主動搶修、低壓電壓質(zhì)量監(jiān)控以及臺區(qū)精益化管理5個模塊實現(xiàn)的功能以及具體的指標要求。

表1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的精準化服務

通過夯實感知層基礎支撐能力和提升平臺層數(shù)據(jù)共享能力，打造感知層基于HPLC、應用層全面整合營銷、設備部業(yè)務的精準供電服務區(qū)，重點提升對內(nèi)業(yè)務，包括提升客戶服務水平、提升企業(yè)經(jīng)營績效、提升電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行水平。

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)中的應用

在核心區(qū)范圍內(nèi)，廣泛分布監(jiān)測終端，將運檢、營銷、調(diào)控的關(guān)鍵業(yè)務數(shù)據(jù)采集上來，通過光纖、無線等通信方式上傳，開展數(shù)據(jù)融合與綜合應用，增強對配網(wǎng)的感知能力、預測能力和掌控能力，整體提升副中心地區(qū)配網(wǎng)可靠性水平、智能化水平和實用化水平。

圖3 在城市綜合體物聯(lián)感知技術(shù)的應用

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

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)理念，形成以客戶滿意度、臺區(qū)健康運行為導向的臺區(qū)經(jīng)理評價機制。通過全面收集客戶信息，多維度勾畫客戶“畫像”，探索客戶信息大數(shù)據(jù)應用，為持續(xù)深化精準服務和超前服務提供平臺支撐。通過將臺區(qū)各項指標綜合展示，直觀查看臺區(qū)狀況、健康排名、異常數(shù)據(jù)發(fā)布處置等內(nèi)容，為臺區(qū)經(jīng)理評價“畫像”，為持續(xù)提升公司優(yōu)質(zhì)服務、精細化管理水平提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 建立配電網(wǎng)運行狀態(tài)全息感知體系

采用差異化的配置原則，多種類、廣覆蓋地布置設備狀態(tài)監(jiān)測終端。在核心區(qū)內(nèi)的變電站安裝GIS特高頻局放監(jiān)測終端；在開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜等配電設施內(nèi)，加裝數(shù)據(jù)傳輸單元（data transfer unit， DTU）實現(xiàn)10kV配網(wǎng)運行數(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)測傳感器，實現(xiàn)0.4kV配網(wǎng)運行數(shù)據(jù)全采集。加裝電纜電子標簽，隧道管廊的三維建模，實現(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中的應用

通過“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、供應商和政府社會服務的目標，形成以電能為核心的采、監(jiān)、管、控、運、策的智慧綜合能源服務生態(tài)圈。

打造泛在電力物聯(lián)網(wǎng)綜合能源服務產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，構(gòu)建統(tǒng)一標準，引領行業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及創(chuàng)新應用。

4.1 智慧能源管家企業(yè)級平臺

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

圖4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)服務平臺架構(gòu)

1）能耗運行監(jiān)測

將采集的水、電、氣、熱、冷等能源用能數(shù)據(jù)實時上傳到系統(tǒng)中，實現(xiàn)能耗實時監(jiān)測和歷史能耗查詢。

2）報警管理

實現(xiàn)多種能源類型的報警監(jiān)測，當各類能耗發(fā)生異常時，系統(tǒng)自動記錄下發(fā)生的時間、位置、異常類型等數(shù)據(jù)，供以后查找和分析使用。同時系統(tǒng)對發(fā)生的事件進行初步的分析和診斷，大致確定發(fā)生的原因和位置，通過消息通知系統(tǒng)，把事件發(fā)送給相關(guān)負責人和維修搶修人員。

3）節(jié)能診斷

建立能耗特征庫對能耗數(shù)據(jù)進行判斷篩選，將能耗異常數(shù)據(jù)列入診斷對象，按不同設備反饋節(jié)能診斷報告，指出問題及產(chǎn)生原因，可以采取的措施是什么，管理人員根據(jù)節(jié)能報告對設備進行排查，最終解決相應的問題。

4.2 智慧管家運營云平臺

通過智慧管家運營云平臺，開拓能源托管服務、能源審計和清潔生產(chǎn)服務、節(jié)能咨詢服務、節(jié)能改造服務、配電運維服務、設備廠商服務、新能源建設服務、配售電服務、碳交易服務、能源培訓認證服務、綠建能源服務、可視化服務等，為能源全生命周期各類用戶提供盈利模式和相應功能。

1）配電運維服務

建立面向電力客戶的智能運維搶修站點，可以實現(xiàn)配電室遠程值守，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站的運維。

2）能源審計和清潔生產(chǎn)服務

出具能源審計和清潔生產(chǎn)報告是企業(yè)剛性需求，和節(jié)能改造及資金申請密切相關(guān)，云平臺為企業(yè)提供能源審計報告及清潔生產(chǎn)報告功能，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建議，推動企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能改造。

3）節(jié)能咨詢服務

通過能源平臺數(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)能咨詢服務，優(yōu)化用能方案。

4）節(jié)能改造服務

與節(jié)能咨詢服務相配合，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，為用戶提供最優(yōu)的節(jié)能改造服務。

5 結(jié)論

通過對大型城市綜合體的發(fā)展模式及發(fā)展方向進行介紹，提出了大型城市綜合體對電網(wǎng)企業(yè)電能供應的要求。基于此背景，結(jié)合2019年國家電網(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用，詳細對大型城市綜合體中智能配電系統(tǒng)、精準供電服務、電動汽車有序共享充電服務、物聯(lián)感知技術(shù)、智慧能源綜合服務幾方面進行了介紹，為大型城市綜合體信息化、智能化建設提供了有力的技術(shù)支撐。

結(jié)合大型城市綜合體能源供應特點，建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，一方面可提升電網(wǎng)感知能力、互動水平、運行效率，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、開拓新興業(yè)務角度來看，探索利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基礎設施開展大型城市綜合體綜合能源服務的業(yè)務模式，具有十分重要的意義。