面向大型城市综合体的泛在电力物联网建设思路

中国储能网讯：北京电力经济技术研究院有限公司、清华四川能源互联网研究院的研究人员王晓冰、杨金双、李伟、宋宝同、王舒，在2020年第2期《电气技术》杂志上撰文，基于大型城市综合体的特点及对电网企业供电质量的要求，分析泛在电力物联网在大型城市综合体中智能配电系统、精准供电服务、电动汽车有序共享充电服务、物联感知、智慧能源综合服务等场景下的技术应用，以此支撑大型城市综合体信息化、智能化建设和相关技术向更高水平迈进。

城市综合体是一个较新的概念，其产生是城市化不断加快的结果。城市综合体将现代社会的方方面面均包含在内，其体量庞大，因此传统电网已无法满足其需求，需要研发更加先进的电网形式。伴随5G技术日趋成熟，更加“智慧”的城市将被建造，这将迫使电网企业改变传统的供电服务理念，将新技术、新理念加入到“智慧”城市建造之中。

在社会快速发展、高新技术迅猛爆发的背景下，国家电网公司在2019年两会报告上提出“三型两网”的战略目标，其中，“两网”之一的泛在电力物联网，简而言之，就是将传统电力生产、传输、消费的所有环节信息化。

在城市综合体的大力建设进程下，物联网感知技术将会被广泛应用，这就要求电能也必须要泛在。因此，为了能够有效支撑城市综合体的大力建设，需要创新电网形式，使智能电网朝着泛在电力物联网方向发展。

图1  泛在电力物联网与坚强智能电网

1  泛在电力物联网在大型城市综合体智能配电系统中的应用

配电系统作为电网结构中的一种，是主电网与用户传输电能的桥梁，泛在电力物联网在城市综合体智能配电系统中的应用场景包括配电自动化、配电网隐患监控、电能质量监控、负荷预测等。因此泛在电力物联网与配电系统将会深度融合，具体可体现在供电服务指挥、设备运行状态以及在线用户服务等方面。

图2  泛在电力物联网在智能配电系统中的应用

1.1  用电托管服务

传统电力运维业务基本通过线下运维，用户自行配备电工或外委给工程安装公司做设备维护。该方式人力成本高，设备故障抢修时效性差，在没有工程市场基础的情况下很难参与市场竞争。

用电托管服务，指通过监测设备线上监测用户电力设备，配合集中式客服中心，为大型城市综合体的配电设备提供线上线下相结合的托管服务。在线监测式托管服务可以大幅提升电力专业从业人员的工作效率，从而降低城市综合体配电设备运行维护的人员成本。通过高水平客服人员和新技术的应用，可以降低城市综合体配电设备的故障和事故发生率，有效保障用户的用电安全和稳定。

用电托管工作的目的是提高用户的用电可靠性，满足用户安全用电的需求。主要的工作内容包括：远程数据采集和监控、数据报表管理、设备故障排除、定期设备维护、设备清扫检修试验、设备缺陷管理、人员培训、制度管理等。

1.2  用户个性化用能服务

大型城市综合体配电系统作为传统配电网的末端，在满足供电的基础上，开展其他拓展性、个性化用能服务，通过建立良好的监测技术以及良好的响应激励体系，使用户高度参与至配电网运行之中，调动电力用户参与配网优化运行的积极性。

1）为用户安装电力监测设备，通过管理平台实现信息流、数据流的传递交互，并根据数据分析、计算产生经济高效的管理控制策略，来对用户进行在线监测和管理，进而实现用户侧能源的优化管理和能源交易市场的高效营销。

2）引导用户在高峰时降低负荷，甚至反向出力；在低谷时增加负荷。通过需求响应，可以减少高峰负荷或装机容量，提高能源互联网的可靠性，并让用户积极参与负荷管理，调整用电方式，丰富配电网运行调节手段，提升电网弹性。

1.3  电动汽车有序共享充电服务

随着电动汽车的保有量日益提升，大规模电动汽车集中充电造成的配电网超负荷运行，成为亟待解决的问题。通过泛在电力物联网，能够实现大型城市综合体内电动汽车的有序充电，主要可从以下三个角度进行部署。

1）建立有序充电模型

（1）有序充电模型

有序充电指利用泛在电力物联网技术，通过能源路由器，在电网、用户、充电桩以及车辆之间进行充分的信息交互和分层控制，全面感知配变负荷变化趋势，动态调整充电时间和功率，优化配变负荷运行曲线，实现有效填谷。

（2）有序充电设备选取

支持有序充电的交流充电桩，配有液晶触摸屏和能源路由器，交流充电桩中设计有能源路由器的独立空间。液晶触摸屏是人机交互界面，用户可以通过液晶触摸屏进行相应的充电操作，同时向用户展示充电状态、充电参数等数据。

2）有序充电控制策略

在智慧能源控制系统中，有序充电策略采用分层控制方式，由主站与能源控制器分层实施完成。

（1）能源控制器本地控制策略

能源控制器以主站下发的台区日前总负荷规划曲线为基准，结合当前台区实时负荷信息和台区内各充电桩实时充电情况，通过本地控制策略算法，对新增的充电申请进行预决策，编排合理的充电计划；对处于充电过程中的订单，能源控制器将充分发挥其本地自治的功能，在符合配变安全运行要求的前提下，制定经济合理的充电计划。

（2）能源路由器执行

能源路由器作为充电计划的执行装置，根据充电计划在指定时间点向充电桩发送起动充电、停止充电或充电功率调节等控制指令。当出现通信故障时，可优先执行内置的默认充电计划，即保持最低功率连续充电，其优先级较低，在通信恢复后主站或能源控制器有新的充电计划输入时会将其替代。

3）创新有序充电运营模式、激励策略

（1）创新运营模式

加强与物业单位沟通，签订建设协议，在客户私人车位或小区公共车位上有条件地更换有序充电桩、路由器等，资产统一归国网电动车公司所有。更换条件可采用限定客户参与有序充电电量、共享电量等方式。

（2）激励引导策略

引导客户参与有序充电、充电桩共享的激励方式有积分、红包等。

积分激励：初步计划按照一度电一积分进行奖励，积分可用于增值服务、服务费抵扣等。

红包激励：对于参与有序充电黏度较高的客户，可采用红包激励措施，红包可用于“e充电”公共充电桩优惠等服务或将客户积分兑换成红包使用。

2  泛在电力物联网在大型城市综合体精准供电服务中的应用

按照国家电网公司建设泛在电力物联网的整体工作要求，以大型城市综合体为试点，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，全面加快推进客户侧泛在电力物联网建设工作，实现客户需求全面感知、数据全程共享、业务全程在线、服务便捷灵活，构建精准服务体系。

为此，需要对泛在电力物联网提出具体的指标要求，表1列出了客户精准服务、购电下发、主动抢修、低压电压质量监控以及台区精益化管理5个模块实现的功能以及具体的指标要求。

表1  泛在电力物联网的精准化服务

通过夯实感知层基础支撑能力和提升平台层数据共享能力，打造感知层基于HPLC、应用层全面整合营销、设备部业务的精准供电服务区，重点提升对内业务，包括提升客户服务水平、提升企业经营绩效、提升电网安全经济运行水平。

3  泛在电力物联网在大型城市综合体物联感知技术中的应用

在核心区范围内，广泛分布监测终端，将运检、营销、调控的关键业务数据采集上来，通过光纤、无线等通信方式上传，开展数据融合与综合应用，增强对配网的感知能力、预测能力和掌控能力，整体提升副中心地区配网可靠性水平、智能化水平和实用化水平。

图3  泛在电力物联网在大型城市综合体物联感知技术中的应用示意图

3.1  建立以客户为中心、台区为单元、台区经理为管理对象的台区管理综合可视化平台

转变传统理念，形成以客户满意度、台区健康运行为导向的台区经理评价机制。通过全面收集客户信息，多维度勾画客户“画像”，探索客户信息大数据应用，为持续深化精准服务和超前服务提供平台支撑。通过将台区各项指标综合展示，直观查看台区状况、健康排名、异常数据发布处置等内容，为台区经理评价“画像”，为持续提升公司优质服务、精细化管理水平提供数据支撑。

3.2  建立配电网运行状态全息感知体系

采用差异化的配置原则，多种类、广覆盖地布置设备状态监测终端。在核心区内的变电站安装GIS特高频局放监测终端；在开关站、环网柜等配电设施内，加装数据传输单元（data transfer unit, DTU）实现10kV配网运行数据全采集。在配电室、箱变加装DTU和低压侧电流、电压监测传感器，实现0.4kV配网运行数据全采集。加装电缆电子标签，隧道管廊的三维建模，实现电缆资产及配网网架的可视化展示，有效提升运维精益化管理水平。

4  泛在电力物联网在大型城市综合体智慧能源综合服务中的应用

通过“大云物移智”的技术，充分结合泛在物联网为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务的目标，形成以电能为核心的采、监、管、控、运、策的智慧综合能源服务生态圈。

打造泛在电力物联网综合能源服务产业联盟，构建统一标准，引领行业发展，实现数据共享及创新应用。

4.1  智慧能源管家企业级平台

将最基础的综合能源数据以表计形式接入系统，实现客户用能数据的采集、监测、管理、控制。

图4  泛在电力物联网服务平台架构

1）能耗运行监测

将采集的水、电、气、热、冷等能源用能数据实时上传到系统中，实现能耗实时监测和历史能耗查询。

2）报警管理

实现多种能源类型的报警监测，当各类能耗发生异常时，系统自动记录下发生的时间、位置、异常类型等数据，供以后查找和分析使用。同时系统对发生的事件进行初步的分析和诊断，大致确定发生的原因和位置，通过消息通知系统，把事件发送给相关负责人和维修抢修人员。

3）节能诊断

建立能耗特征库对能耗数据进行判断筛选，将能耗异常数据列入诊断对象，按不同设备反馈节能诊断报告，指出问题及产生原因，可以采取的措施是什么，管理人员根据节能报告对设备进行排查，最终解决相应的问题。

4.2  智慧管家运营云平台

通过智慧管家运营云平台，开拓能源托管服务、能源审计和清洁生产服务、节能咨询服务、节能改造服务、配电运维服务、设备厂商服务、新能源建设服务、配售电服务、碳交易服务、能源培训认证服务、绿建能源服务、可视化服务等，为能源全生命周期各类用户提供盈利模式和相应功能。

1）配电运维服务

建立面向电力客户的智能运维抢修站点，可以实现配电室远程值守，这种模式同样适用于供冷站、供暖站、供水站等其他能源供应站的运维。

2）能源审计和清洁生产服务

出具能源审计和清洁生产报告是企业刚性需求，和节能改造及资金申请密切相关，云平台为企业提供能源审计报告及清洁生产报告功能，定位用户能源系统中的高能耗症结，并为其提供有效的改进建议，推动企业实现节能改造。

3）节能咨询服务

通过能源平台数据多方位分析企业能耗，深度挖掘节能潜力，根据分析结果，为用户提供节能咨询服务，优化用能方案。

4）节能改造服务

与节能咨询服务相配合，智能快速地为用户提供节能改造备选方案和成本估算服务，为用户提供最优的节能改造服务。

5  结论

通过对大型城市综合体的发展模式及发展方向进行介绍，提出了大型城市综合体对电网企业电能供应的要求。基于此背景，结合2019年国家电网提出的泛在电力物联网概念，引出泛在电力物联网在大型城市综合体中的应用，详细对大型城市综合体中智能配电系统、精准供电服务、电动汽车有序共享充电服务、物联感知技术、智慧能源综合服务几方面进行了介绍，为大型城市综合体信息化、智能化建设提供了有力的技术支撑。

结合大型城市综合体能源供应特点，建设泛在电力物联网，一方面可提升电网感知能力、互动水平、运行效率，支撑大型城市综合体各种能源接入利用，提高能源利用效率；另一方面从电网企业转型、开拓新兴业务角度来看，探索利用泛在电力物联网基础设施开展大型城市综合体综合能源服务的业务模式，具有十分重要的意义。