淺談泛在電力物聯網及5G技術在 電網中的應用

 侯文莉

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：從(cong) 電網的應用入手，介紹泛在電力物聯網、5G應用以及兩(liang) 者的結合在電力係統中的應用情況。基於(yu) 5G時代背景，探究了泛在電力物聯網技術在我國電力係統的應用情況，為(wei) 我國電網的新技術發展提供一定參考。

關(guan) 鍵詞：泛在物聯網；5G；應用

0引言

隨著我國各方麵的不斷發展，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，供電係統也麵臨(lin) 巨大的挑戰。電力新技術作為(wei) 電力係統的著重發展部分，其有效，平穩的運行顯得尤為(wei) 重要。而泛在電力物聯網和 5G 也是重要的一個(ge) 環節。在實現智慧服務、對接和新業(ye) 務、新業(ye) 態和新模式中麵對不同的問題需要不同的解決(jue) 方案，能保證新業(ye) 務、新業(ye) 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，建設一站式服務平台，打造利益共同體(ti) 。同樣，5G 技術的發展將使配網係統朝著更加可靠，有效的方向前進。本文從(cong) 泛在電力物聯網、5G 和兩(liang) 者結合等方麵介紹了電網新技術的有效便利性。

1泛在電力物聯網

近年來，國家電網有限公司提出並大力發展泛在電力物聯網領域，同時，緊密結合“三型兩(liang) 網"新戰略，集合全體(ti) 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麵進行突破。全球互聯網正在進行技術變革，要從(cong) 網絡架構核心技術方麵采取措施，通過傳(chuan) 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(chuan) 統的物聯網擁有一個(ge) 非常有效、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(chuan) 感節點出現了續航時間短、感知精度低、抗幹擾能力弱的問題，需要電力傳(chuan) 感芯片對狀態的及時、準確感知提供支撐。於(yu) 是，通過采集電力應用現場環境數據，進行了芯片性能與(yu) 環境的相關(guan) 性分析，通過開發輔助設計軟件，指導芯片工藝參數與(yu) 設計改進。

很多成果是泛在電力物聯網建設中湧現出來的，具有很強的實用性，得到了社會(hui) 的高度關(guan) 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夥(huo) 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(xing) 業(ye) 務大容量的需求，未來 85%的新建基站將借助社會(hui) 塔解決(jue) ，電力塔共享是解決(jue) 站址問題的選擇。通過共享，鐵塔可以成為(wei) 集電力專(zhuan) 網、運營商公網為(wei) 一體(ti) 的通信結點，集輸配供儲(chu) 為(wei) 一體(ti) 的能源節點，集電力設施、通信設備、環境監測、安防監控為(wei) 一體(ti) 的空間信息共享節點，是“三型兩(liang) 網"建設的具體(ti) 實踐。未來共享鐵塔在資源節約方麵的光明前景。

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(hui) （GSA）於(yu) 8 月發布的報告，在全球各國的 5G 競爭(zheng) 當中，已經初步形成了梯隊為(wei) 中、韓、美、日，梯隊為(wei) 英、德、法的競爭(zheng) 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(yu) 電網業(ye) 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(zhuan) 業(ye) 領域試點應用，挖掘 5G 技術優(you) 勢，實現電力係統各環節的人機交互、萬(wan) 物互聯，助力智慧城市產(chan) 業(ye) 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(ye) 務應用。在 220 千伏鏌鋣站進行試點，建成某省5G 技術電力綜合應用示範區，綜合示範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(ye) 務創新合作平台，平台集 4K 高清、VR、機器人巡檢、無人機巡視多功能於(yu) 一體(ti) ，構築了 5G+ 天、地、人立體(ti) 化監測體(ti) 係，實現了對工程建設進度質量、設備狀態、人員行為(wei) 的全時段監視、感知、立體(ti) 化防護。

3 5G和泛在電力物聯網

據報道，今年初，一台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(nei) ，同時，另外一台機身為(wei) 深藍色、機頭為(wei) 白色的新型巡檢機器人正在巡視變電站內(nei) 的各種電力設備。這其實是國網電力研發出的基於(yu) 5G 技術的新型線路巡檢無人機和基於(yu) 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(you) 點。傳(chuan) 統的線路巡檢無人機隻能傳(chuan) 輸 1080P 的視頻，這樣會(hui) 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 高清視頻並通過 5G 網絡回傳(chuan) 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(ge) 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。無人機工作完成後會(hui) 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(ye) 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(ye) 車就變成了“航空母艦"。

傳(chuan) 統的變電站巡檢機器人須沿著既定軌道巡視站內(nei) 設備，而這台基於(yu)  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(hui) 自動識別並繞開，開展全自動自主巡視。這得益於(yu) 這款巡檢機器人搭載的 5G 終端、多種物聯網傳(chuan) 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(ye) 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(chuan) 到後台指揮，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(ti) 驗；同時，該套係統還能提供針對多個(ge) 變電站內(nei) 設備狀態的專(zhuan) 家遠程診斷，通過遠程專(zhuan) 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(liang) 款新式裝備在 110 千伏海洋變電站的巡檢，也標誌著國家電網公司實現基於(yu) 5G 技術的陸空一體(ti) 化電力設施立體(ti) 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(feng) 富的數據資源和大數據應用能力、軟硬件集成能力以及雲(yun) 網一體(ti) 的運營維護能力，為(wei) 國網威海供電公司提供技術、運營、服務、管理等體(ti) 係的賦能，提升國網公司的“三型兩(liang) 網、世界水平"的發展現狀，構建能源係統智能化運營體(ti) 係。此外，電網公司也可以和通信企業(ye) 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範項目或示範工程，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、物聯網等方麵的新技術的應用與(yu) 落地。 

4安科瑞為(wei) 國家電網2021泛在電力物聯網建設提供解決(jue) 方案

安科瑞電氣深耕用戶側(ce) 能效管理多年，逐漸完善了從(cong) 電力物聯網雲(yun) 平台到終端傳(chuan) 感器的生態體(ti) 係，在“源（電源）-網（電網）-荷（負荷）-儲(chu) （儲(chu) 能）"各個(ge) 環節加大研發投入，已經形成“雲(yun) （雲(yun) 平台）-管（有線/無線物聯）-邊（邊緣計算）-端（終端設備）"的生態係統，參與(yu) 泛在電力物聯網建設，為(wei) 國家電網建設“三型兩(liang) 網"提供解決(jue) 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(chan) 生共享數據，從(cong) 而為(wei) 電網、發電、供應商、用戶服務。

4.1雲(yun) 平台

安科瑞電氣近年來已經陸續推出變電所運維雲(yun) 平台、能源管理雲(yun) 平台、智慧用電雲(yun) 平台、環保用電監管雲(yun) 平台、充電樁（電動汽車/自行車）運營管理雲(yun) 平台、預付費管理雲(yun) 平台等雲(yun) 平台解決(jue) 方案等解決(jue) 方案，並已經廣泛應用在多地國網公司用戶端業(ye) 務、環保部門、安監部門、住建部門等。

4.1.1變電所運維雲(yun) 平台

據統計全國高供高計的工商業(ye) 用戶數量達到200多萬(wan) 戶，規模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳(chuan) 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(zhong) 多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場，這是一個(ge) 千億(yi) 級別的市場。

AcrelCloud-1000電力運維雲(yun) 平台采用多功能電力儀(yi) 表、無線通信、邊緣計算網關(guan) 及大數據分析技術，通過智能網關(guan) 采集現場數據並存儲(chu) 在本地，再定時向雲(yun) 平台推送數據。平台可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平台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(guan) 狀態、變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內(nei) 通過短信和APP發出信號。平台通過手機APP下發運維任務到人員手機上，並通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷並做消缺處理。

4.1.2能源管理雲(yun) 平台

Acrelcloud-5000能耗管理雲(yun) 平台可適用於(yu) 各個(ge) 行業(ye) ，如政府辦公建築、工廠、教育建築、醫療建築、商業(ye) 綜合體(ti) 等，可通過局域網、互聯網或者4G網絡采集不同區域多個(ge) 建築或單位的用能數據。

平台采集建築電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲(chu) 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穀各時段用能數據和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和製定能源績效考核。

4.1.3環保用電監管雲(yun) 平台

近年來我們(men) 的環境質量有了很大的改善，這都歸功於(yu) 國家層麵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係統解決(jue) 方案，助力環保部門堅決(jue) 打贏藍天碧水保衛戰。

Acrelcloud-3000環保用電監管平台主要為(wei) 環保監察部門和產(chan) 汙排汙企業(ye) 服務，為(wei) 環保部門提供在線監管和執法依據，為(wei) 生產(chan) 企業(ye) 提供設備運行監控和產(chan) 汙排汙數據記錄。

平台采集生產(chan) 企業(ye) 總用電量、生產(chan) 用電和治汙設備用電量，進行關(guan) 聯分析，及時給出環保設備異常運行信號或企業(ye) 異常生產(chan) 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(chuan) 到環保數據網關(guan) ，再通過4G上傳(chuan) 平台服務器或縣、市、省級環保平台。各地環保部門通過汙染防治設施用電實時監控，實現對排汙企業(ye) 生產(chan) 運行*、全流程監控，達到變人防為(wei) 信息化技防，從(cong) 事後處罰到介入式執法，扭轉傳(chuan) 統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態，為(wei) 環保監管開辟更加切實、有效的監管方式，形成長效機製。

4.1.4智慧用電雲(yun) 平台

據應急管理部網站數據，2016~2018年期間因為(wei) 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(wan) 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台文件推廣智慧用電，從(cong) 源頭上預防電氣火災的發生，現用電管理平台已在九小場所、三合一場所、養(yang) 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用電管理雲(yun) 平台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(yu) 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）並通過短信、APP推送、自動語音呼叫等方式及時有效防止電氣火災的發生。係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，並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(ye) 用電狀態。

4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理雲平台

電動汽車現已成為(wei) 廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運營管理雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 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、絕緣檢測故障等一係列故障進行；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付後，係統發起充電請求，控製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，基於(yu) TCP/IP的數據交互協議，與(yu) 雲(yun) 端進行直連。

電動自行車數量越來越多，解決(jue) 了老百姓短距離出行問題，但是和電動自行車相關(guan) 的和火災事故新聞也屢見不鮮，有逐年增長的趨勢，給社會(hui) 帶來了很大的損失，成為(wei) 人民生命和財產(chan) 的一個(ge) 隱患。基於(yu) 電動自行車火災的危害和特點，各級政府部門發文對電動自行車火災的整治都放在規範停放和充電行為(wei) 上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理雲(yun) 平台，針對電動自行車火災治理提供充電管理、資產(chan) 管理和交易管理的一攬子解決(jue) 方案，解決(jue) 充電難、管理難和收費難的問題，可應用於(yu) 商業(ye) 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(ye) 小區預付費管理雲(yun) 平台

安科瑞遠程預付費係統可以針對各商業(ye) 綜合體(ti) 、小區、寫(xie) 字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業(ye) ，學校、工廠宿舍的後勤管理部門以及連鎖超市、大型物業(ye) 分布式財務操作，在線支付，總部財務紮口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理係統已經成功在上述各場景得到廣泛的應用並已經穩定運行多年，適用於(yu) 物業(ye) 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係統。

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(chan) 品，包括網關(guan) 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(hui) 有越來越多的通訊方式融入產(chan) 品，服務於(yu) 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(guan) ，采用嵌入式係統和邊緣計算技術，現場采集和存儲(chu) 終端設備數據，並根據雲(yun) 平台的需要，采用不同的協議和雲(yun) 平台對接。所有數據采集、計算、異常觸發邏輯均在網關(guan) 就地設置，網絡故障時數據存儲(chu) 在本地，網絡恢複後補傳(chuan) 數據，斷點續傳(chuan) ，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(yi) 表，應用在不同場合以滿足不同需求，2019年全年各類終端儀(yi) 表出貨量超過185萬(wan) 台。

4.5安科瑞產(chan) 品在泛在電力物聯網的應用 

近兩(liang) 年來，安科瑞已經陸續參與(yu) 江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平台、雲(yun) 南省網綜合能源服務平台、上海嘉定區147所學校電力運維平台等相關(guan) 平台的建設，提供了包括雲(yun) 平台、智能網關(guan) 、終端設備等產(chan) 品，各類用戶端雲(yun) 平台在全國各地運行案例700多套，並且根據用戶需求不斷完善產(chan) 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(wei) 充滿活力的新型能源業(ye) 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麵麵。

5結論

5G網絡建設也是麵向未來的“新型基礎設施建設"，將使工業(ye) 生產(chan) 、社會(hui) 管理效率獲得提升，大大節約生產(chan) 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(yu) 電力物聯網的深度融合，未來將在多個(ge) 領域實現用能服務體(ti) 驗的提質升級，將電力用戶及其設備，電網企業(ye) 及其設備，發電企業(ye) 及其設備，供應商及其設備，以及人和物連接起來，產(chan) 生共享數據，打造“互聯網"大數據平台，為(wei) 市民提供“互聯網"智慧用能方案，實現能源係統智能化運營與(yu) 管理，多能互補、有效利用，構建以電為(wei) 優(you) 先的清潔低碳能源消費體(ti) 係。

參考文獻

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[3] 劉日亮,劉海濤,夏聖峰,袁棟,文豔,程力涵.物聯網技術在配電台區中的應用與(yu) 思考[J].高電壓技術,2019(6)：98-100.

[4] 安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版

作者簡介

侯文莉，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為(wei) 智能照明的研發與(yu) 應用