摘 要：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的一個方向。首先，總結(jié)了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要作用和價值體現(xiàn)；其次，從智能電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)概述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力領(lǐng)域的已有研究和應(yīng)用基礎(chǔ)；進而，構(gòu)思并提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形態(tài)，包含現(xiàn)階段智能電網(wǎng)、透明電網(wǎng)和零邊際成本電網(wǎng)3 個階段的技術(shù)發(fā)展趨勢，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的深化提供一些思路；提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的若干技術(shù)挑戰(zhàn)，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的未來研究提供參考。
值得一提的是，傳統(tǒng)的集中式控制模式難以滿足海量數(shù)據(jù)的傳輸處理的要求，而利用邊緣計算可降低對主站系統(tǒng)的壓力，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、準(zhǔn)確性和安全在中低壓配電網(wǎng)、微電網(wǎng)等分布式控制中具有巨大的競爭力，為電網(wǎng)企業(yè)面向內(nèi)部的管理決策提供了全新的技術(shù)手段。
1.2促進與用戶互動化的智能用電
隨著中國人民生活質(zhì)量的提高，人民對供電質(zhì)量要求也越來越高，用戶側(cè)的光伏、儲能、充電樁等元素越來越多，對智能家居和智能用電的體驗感受越來越重視。在此背景下，傳統(tǒng)的配網(wǎng)運行管理因缺乏必要和充分的用戶數(shù)據(jù)獲取及交互手段，難以對用戶準(zhǔn)確建模并將用戶資源納入電網(wǎng)的協(xié)同柔性控制，也無法為用戶提供更優(yōu)質(zhì)和個性化服務(wù)。通過物聯(lián)網(wǎng)可以對用戶及配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行準(zhǔn)確的測量和態(tài)勢感知，打通電網(wǎng)與用戶雙向通信的通道，引導(dǎo)用戶有序用電，提高用戶參與電網(wǎng)運行的體驗和收益，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的共贏。如何基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)與用戶數(shù)據(jù)交互、資源共享，促進智能用電服務(wù)是目前用電側(cè)需要解決的問題。
1.3提升分布式可再生能源消納能力
隨著分布式可再生能源在電網(wǎng)中滲透率的不斷提高，其出力的隨機性、間歇性和波動性經(jīng)過和傳統(tǒng)負荷特性的疊加，容易造成配電網(wǎng)功率和電壓的顯著波動，形成階段性過載或者過電壓風(fēng)險，對配網(wǎng)運行控制和保護帶來了挑戰(zhàn)。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用智能化的小微傳感器對分布式電源（distributed generation，DG）進行實時監(jiān)測和態(tài)勢預(yù)測，基于配調(diào)系統(tǒng)或者臺區(qū)邊緣端對區(qū)域配電網(wǎng)或臺區(qū)以及DG 及時進行調(diào)整，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)作運行，從而降低系統(tǒng)運行風(fēng)險，提高可再生能源分布式消納水平，促進能源轉(zhuǎn)型升級。
1.4挖掘用電大數(shù)據(jù)的增量價值
隨著近兩年國家對一般工商業(yè)電價的調(diào)控到位，電網(wǎng)公司從傳統(tǒng)的售電商業(yè)模式中獲得利潤的空間和增量已經(jīng)相當(dāng)有限，挖掘用電大數(shù)據(jù)的價值成為電網(wǎng)公司業(yè)務(wù)和利潤的增長點。另一方面，用電大數(shù)據(jù)的商業(yè)價值一直為社會各界所關(guān)注，有望為智慧城市、智能交通、智能家居、傳統(tǒng)商業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)、新能源與節(jié)能行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、咨詢行業(yè)、制造業(yè)等各行各業(yè)帶來重要的信息來源和決策依據(jù)。
從商業(yè)模式來看，國家電網(wǎng)有限公司提出的UPIoT 的建設(shè)將搭建一個以電力供需為核心的泛在電力生態(tài)平臺。電網(wǎng)企業(yè)將在服務(wù)過程中構(gòu)建起多條服務(wù)價值鏈，實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)與相關(guān)方的共創(chuàng)共享共贏。而用電大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)必然是配用電物聯(lián)網(wǎng)。
 
2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的已有基礎(chǔ)
UPIoT 的概念，是基于目前電力系統(tǒng)信息化、智能化的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢提出來的。本節(jié)從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電5 個方面，闡述電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)。
2.1發(fā)電領(lǐng)域
“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的任務(wù)之一就是推動能源生產(chǎn)智慧化，提升大規(guī)模新能源的消納能力。作為實現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在傳感器應(yīng)用及對發(fā)電機實時狀態(tài)監(jiān)測?；谖锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)，構(gòu)建了發(fā)電機組遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了機組狀態(tài)遠程在線專家診斷、故障預(yù)報、科學(xué)維護，保障機組安全運行；設(shè)計了基于視頻監(jiān)控、RFID、GPRS 等技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)各類動態(tài)數(shù)據(jù)的可視化。利用ZigBee 和嵌入式系統(tǒng)搭建微網(wǎng)分布式電源的控制系統(tǒng)，其中，ZigBee 用于短距離通信，嵌入式系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)格式處理和通信協(xié)議轉(zhuǎn)化，控制命令由遠程服務(wù)器生成并下達。
2.2 輸電領(lǐng)域
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對輸電線路狀態(tài)的監(jiān)測及線路安全檢修管控。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用場合的不同，數(shù)據(jù)采集的方式或傳輸層的通信方式也可能不一樣?，F(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)往往存在運行維護費用高、數(shù)據(jù)傳輸率低等問題。組建了基于級聯(lián)拓撲無線Mesh 與光纖復(fù)合架空地線光傳輸耦合網(wǎng)絡(luò)，滿足輸電線路設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延、可靠性和安全性要求。則采用接入網(wǎng)和匯聚網(wǎng)兩級通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行變電站和輸電線路的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，從而實現(xiàn)遠距離傳輸。文獻［32］提出扁平式通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和有線/無線雙通道異構(gòu)組網(wǎng)技術(shù)，比傳統(tǒng)方法更有效地保障了重負載網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)容錯能力。文借鑒產(chǎn)品電子代碼設(shè)計了輸變電設(shè)備標(biāo)識碼，提高了設(shè)備之間的信息聯(lián)系交互能力和共享能力；結(jié)合ZigBee 和GPRS 組成混合網(wǎng)絡(luò)，用來傳輸桿塔傾角、人員攀爬、導(dǎo)線拉力、桿塔振動等監(jiān)測數(shù)據(jù)，減少人工巡檢的工作量。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分別針對輸電線路的弧垂、電參數(shù)與溫度構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)。
2.3變電領(lǐng)域
物聯(lián)網(wǎng)在變電領(lǐng)域的應(yīng)用包括了變電站電氣信息、設(shè)備溫度等狀態(tài)信息和運行操作信息的監(jiān)控預(yù)警與故障診斷等方面，著力于解決變電設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測、監(jiān)測裝置孤島運行、故障診斷功能不足等問題。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)變電站監(jiān)控數(shù)據(jù)實時采集、通信和處理的有效手段。設(shè)計了變電設(shè)備智能監(jiān)測傳感網(wǎng)絡(luò)，并基于一體化智能監(jiān)測裝置實現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)、分布式計算以及設(shè)備故障診斷和預(yù)警功能?；谝曈X傳感器、信息傳輸和智能視覺分析組成智能視覺物聯(lián)網(wǎng)，將紅外圖像與可見光圖像智能識別相結(jié)合，準(zhǔn)確、實時地檢測和定位變電站設(shè)備溫度異常區(qū)域。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)了一套可移動、免安裝、無線化的變電設(shè)備局部放電檢測系統(tǒng)，使現(xiàn)場設(shè)備可以在不停電下進行帶電檢測與在線監(jiān)測。此外，針對變電站避雷器故障診斷和安全操作的監(jiān)控也取得不少成果。
2.4配電領(lǐng)域
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電領(lǐng)域的應(yīng)用包括對配電設(shè)備及其運行狀態(tài)的監(jiān)測、故障定位、資產(chǎn)管理。采用無線傳感器反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（WSANs）構(gòu)建了智能電網(wǎng)的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的可視可控。采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)建立了配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)故障定位系統(tǒng)，故障定位更準(zhǔn)確，性價比更高。將RFID 應(yīng)用到資產(chǎn)管理工作中，提高資產(chǎn)管理水平和效率。主動地對并網(wǎng)分布式發(fā)電（DG）、儲能、充電樁、有載調(diào)壓變壓器、無功補償?shù)扰潆娋W(wǎng)設(shè)備的運行進
行優(yōu)化與控制是主動配電網(wǎng)的主要功能，而這些功能的實現(xiàn)往往依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。兩者的深度融合將形成配電物聯(lián)網(wǎng)，成為能源轉(zhuǎn)型“再電氣化”發(fā)展的新思路、新模式、新焦點。論述了配電物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵構(gòu)想和應(yīng)用特征，提出由“ 云、管、邊、端”構(gòu)成的配電物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)；針對配電臺區(qū)管理存在設(shè)備多、通信基礎(chǔ)薄弱等困難，提出一種新型配電臺區(qū)應(yīng)用實踐方式、設(shè)計理念、關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點和協(xié)同機制；總結(jié)了配電物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)背景下的智能終端的內(nèi)涵及基本特征，給出了智能終端硬件的基本結(jié)構(gòu)和軟件的重要組成，分析了智能終端在計算、存儲、通信等方面為配電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展所帶來的變化。
2.5用電領(lǐng)域
物聯(lián)網(wǎng)在用電領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及低壓抄表、用電安全、工廠智能用電、智能家居、智能充電、智能樓宇等。
智能用電服務(wù)系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)在用戶側(cè)的重要組成部分，分別從組成架構(gòu)和信息架構(gòu)兩方面介紹了用電設(shè)備智聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)，并分析了用電設(shè)備智聯(lián)網(wǎng)這個“電力物聯(lián)網(wǎng)”的功能，異構(gòu)了電力光纖、雙絞線、現(xiàn)場總線和無線網(wǎng)絡(luò)等大容量傳輸技術(shù)，可以支撐DG、電動汽車和智能家居的應(yīng)用。中國已經(jīng)推廣應(yīng)用了智能電表，結(jié)合UPIoT 的建設(shè)推進，智能電表的超計量功能價值凸顯，智能用電的各種場景都將變得清晰。
總體上看，UPIoT 是電力網(wǎng)-信息網(wǎng)-社會網(wǎng)的融合。在此階段，需要加強4 個方面的研究：大范圍多設(shè)備感知能力強化；多業(yè)務(wù)異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理平臺建設(shè)，包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與模型統(tǒng)一、系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)統(tǒng)一、平臺入口統(tǒng)一等；電力大數(shù)據(jù)快速分析與應(yīng)用；用電大數(shù)據(jù)安全與隱私保護及分級授權(quán)方法。
3、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形態(tài)
隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與云/邊緣計算技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用深化，UPIoT 的形態(tài)也會逐漸演化。第1 階段，UPIoT 基本實現(xiàn)電網(wǎng)的信息化和自動化，建成一系列通信信息平臺和自動化系統(tǒng)，對應(yīng)當(dāng)前智能電網(wǎng)的發(fā)展水平；第2 階段：UPIoT 連接對象更加豐富，數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平明顯提高，數(shù)據(jù)采集、通信與計算處理分析的效率與質(zhì)量提升，提高電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的可觀可測性，通過貫通不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，逐漸實現(xiàn)電網(wǎng)透明化
運行；第3 階段：UPIoT 加強用戶與電網(wǎng)交互，萬千主體在開放式平臺上參與電力生產(chǎn)與消費，促進電力供應(yīng)的邊際成本趨近于零，從而可能形成零邊際成本電網(wǎng)形態(tài)。
3.1 初級形態(tài)：現(xiàn)階段智能電網(wǎng)
自2000 年美國提出智能電網(wǎng)概念以來，多個國家興起了智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)工作，并取得了突出的成果。中國的智能電網(wǎng)建設(shè)涵蓋了電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)，推廣應(yīng)用了一系列通信信息平臺和自動化系統(tǒng)，電網(wǎng)的信息化和自動化水平得到了顯著的提升。盡管中國大力推進智能電網(wǎng)建設(shè)，但仍存在著數(shù)據(jù)不貫通、終端覆蓋不足、通信不暢通、資源利用率不高等問題。
電力和信息的雙向流動性是智能電網(wǎng)的本質(zhì)特征之一，這與UPIoT 的理念是一致的。UPIoT 的概念是基于現(xiàn)階段智能電網(wǎng)的技術(shù)背景和需求提出的。UPIoT 的工作任務(wù)是銜接智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，進一步促進電力網(wǎng)-信息網(wǎng)-社會網(wǎng)的融合貫通。因此，可以將現(xiàn)階段智能電網(wǎng)視為UPIoT 的初級階段。
3.2 形態(tài)：透明電網(wǎng)
李立浧院士在“2018 鹽城綠色智慧能源大會”上提出的“透明電網(wǎng)”方向，通過信息技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、自動控制理論、運籌學(xué)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的綜合運用，使電網(wǎng)運行透明、可觀可測［65］。區(qū)別于運行數(shù)據(jù)不全和狀態(tài)難以準(zhǔn)確評估預(yù)測的傳統(tǒng)電網(wǎng)，透明電網(wǎng)是基于UPIoT 的一種新的電網(wǎng)形態(tài)：通過對并網(wǎng)的設(shè)備及關(guān)鍵節(jié)點的運行數(shù)據(jù)進行實時采集、上傳、識別和監(jiān)控，并在配電網(wǎng)可視化平臺上集中反映，從而實現(xiàn)全數(shù)據(jù)采集、全狀態(tài)可見、全態(tài)勢預(yù)測以及全網(wǎng)絡(luò)可控的一種透明化電網(wǎng)模式。透明電網(wǎng)與UPIoT 的概念不謀而合，其區(qū)別在于UPIoT 強調(diào)的是技術(shù)路線（即泛在物聯(lián)），而透明電網(wǎng)則是強調(diào)效果（即透明）。透明電網(wǎng)實現(xiàn)了對電網(wǎng)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)蘊含意義、規(guī)律、價值的高度掌控，是UPIoT充分發(fā)展后的結(jié)果。在透明電網(wǎng)中，每個點每條線的數(shù)據(jù)都可以采集，所有的電網(wǎng)狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)都可以獲取，整個電網(wǎng)的趨勢和任意操作的結(jié)果都可以預(yù)見。因此，本文將透明電網(wǎng)視為UPIoT 的形態(tài)。
透明電網(wǎng)的主要特征表現(xiàn)在：①數(shù)據(jù)透明：電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)可以通過在電網(wǎng)中密集分布的傳感器廣泛收集，電網(wǎng)的資產(chǎn)信息可以通過實時更新的臺賬準(zhǔn)確獲?。虎跔顟B(tài)透明：設(shè)備的運行狀態(tài)和電網(wǎng)的運行狀態(tài)可以通過采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確評估，電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)可以清晰辨識；③態(tài)勢透明：電網(wǎng)未來的發(fā)展態(tài)勢可以準(zhǔn)確預(yù)測［66］，這為解決包含源網(wǎng)荷儲充多維不確定性的智能電網(wǎng)運行維護的安全性、可靠性具有至關(guān)重要的意義。
透明電網(wǎng)是在UPIoT 賦能下的電網(wǎng)運行形態(tài)。利用物聯(lián)網(wǎng)小微傳感器、先進通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，電網(wǎng)從業(yè)人員可以理解電網(wǎng)量測數(shù)據(jù)、調(diào)控行為、市場信息等多類型數(shù)據(jù)蘊含的意義、規(guī)律、價值，掌握從微網(wǎng)到復(fù)雜大電網(wǎng)運行的特征與策略。
小微智能傳感器是組成透明電網(wǎng)的重要元素，其未來將要突破的瓶頸是自行實現(xiàn)能量補給的問題。通過節(jié)點內(nèi)置傳感器進行采集和處理目標(biāo)信息的無線傳感網(wǎng)絡(luò)］因其具有自組織性、抗干擾能力強等特點，與小微智能傳感器相結(jié)合，將為物聯(lián)網(wǎng)帶來傳感、互通和驅(qū)動的高性能。
5G 通信系統(tǒng)具有傳輸速率、超大容量帶寬、低延時、低功耗、點對點傳輸?shù)忍攸c，使得視頻等海量數(shù)據(jù)傳輸成為可能，更能支撐透明電網(wǎng)的全景實現(xiàn)。但應(yīng)該重視的是，因為數(shù)據(jù)來源急劇增加，需要特別關(guān)注信息的加密和安全防控，防范不法分子竊取重要數(shù)據(jù)、通過網(wǎng)絡(luò)攻擊惡意引發(fā)電網(wǎng)事故。
在5G 通信技術(shù)支撐下，電力大數(shù)據(jù)的智能分析是電網(wǎng)實現(xiàn)透明化運行的必要手段。電力系統(tǒng)發(fā)展至今，產(chǎn)生的運行數(shù)據(jù)數(shù)量已經(jīng)超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法的能力范圍，依靠大數(shù)據(jù)分析方法才能滿足當(dāng)前和未來電力系統(tǒng)獲取信息的需求。人工智能在電力大數(shù)據(jù)的價值挖掘中的作用不可替代，特別是大量視頻圖像數(shù)據(jù)，離開人工智能技術(shù)應(yīng)用將只會成為電網(wǎng)運行的負擔(dān)。
此外，若將海量數(shù)據(jù)遠距離傳輸?shù)皆贫颂幚?，帶來巨大的網(wǎng)絡(luò)負擔(dān)、存儲負擔(dān)和計算負擔(dān)。邊緣計算在業(yè)務(wù)來源就近處理數(shù)據(jù)，只將必要的少量數(shù)據(jù)上傳到云端，是一種更具有效率的計算方式。當(dāng)然，過度配置邊緣計算資源對整個系統(tǒng)而言也會造成不必要的浪費。在整個數(shù)據(jù)處理周期內(nèi)，邊緣計算和云計算如何協(xié)同，需要深入研究資源、任務(wù)在云端和邊緣節(jié)點的平衡。
3.3遠景形態(tài)：零邊際成本電網(wǎng)
《零邊際成本社會》中描述：“在未來的時代，每個人都會變成產(chǎn)消者，可以更直接地在物聯(lián)網(wǎng)上生產(chǎn)并相互分享能源和實物，這種方式的邊際成本接近于零，近乎免費”。邊際成本可表達為：
CM = ΔCV/ΔQ （1）
式中：ΔCV 為可變成本的變化量；ΔQ 為產(chǎn)出的變化量。“零邊際成本電網(wǎng)”的概念也是針對增量電能造成的可變成本而言的；此處的“零”，嚴格來說是指趨零，即電網(wǎng)的邊際趨近于零。本文為了表達簡練，采用了“零邊際成本電網(wǎng)”的寫法。綜上，零邊際成本電網(wǎng)的含義是：多生產(chǎn)、傳輸、消費額外1 個單位電能，引起的成本的增加趨近于零，滿足這個條件，電網(wǎng)就是“零邊際成本電網(wǎng)”。
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的長遠作用下，能源生產(chǎn)力將會有巨大的飛躍，未來智能電網(wǎng)可以實現(xiàn)能源的隨時接入與使用，實現(xiàn)分布式能源就近獲取和多種能源網(wǎng)融合，使用戶逐漸成為產(chǎn)消者，網(wǎng)交易和共享促進能源交易和增值服務(wù)，發(fā)展成為零邊際成本電網(wǎng)。
零邊際成本電網(wǎng)是在物聯(lián)網(wǎng)平臺支撐下對傳統(tǒng)垂直電力價值鏈的顛覆，它可以使電力供應(yīng)的邊際成本趨近于零，是具生態(tài)效益的UPIoT 形態(tài)。需要指出的是，零邊際成本電網(wǎng)的實現(xiàn)，不僅需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對生產(chǎn)力的推動，同時也需要經(jīng)濟主體觀念的轉(zhuǎn)變——從追求利益到按需生產(chǎn)和消費，這兩者都需要長遠的過程。因此，不妨將零邊際成本電網(wǎng)視為UPIoT 的遠景形態(tài)。
在未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，電能由即插即用的分布式可再生能源發(fā)電提供，不需要消耗常規(guī)能源，生產(chǎn)邊際成本趨近于零；電網(wǎng)的自動化控制系統(tǒng)按優(yōu)化的路徑傳輸、分配電，同時高溫超導(dǎo)的應(yīng)用使輸送損耗顯著降低，輸送邊際成本趨近于零；用戶以低廉的價格獲得電力，而且，用戶同時也是電能的生產(chǎn)者，在一段時間內(nèi)，電能買賣基本實現(xiàn)平衡，消費邊際成本趨近于零。電能供應(yīng)全鏈條的邊際成本趨近于零。
零邊際成本電網(wǎng)的主要特征表現(xiàn)在：①電力供應(yīng)邊際成本趨近于零：電力生產(chǎn)采用綠色能源，大大減少高成本化石能源的使用；電網(wǎng)接入大量DG，電力需求自給自足、就近滿足，無須遠距離輸送電能；小微能源采集器無處不在，未來可以隨時隨地使用能源；種種轉(zhuǎn)變使電力生產(chǎn)、傳輸、消費等各個環(huán)節(jié)成本不斷降低。②電力市場迎來協(xié)同共享模式：每用戶同時也是電力的生產(chǎn)者，眾多產(chǎn)消者參與到電力協(xié)同共享中，形成橫向規(guī)模經(jīng)濟。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以極力釋放潛藏在各處的電力生產(chǎn)力，降低電力供應(yīng)邊際成本。同時，開放的物聯(lián)網(wǎng)平臺提供了大量產(chǎn)消者進行電力共享的條件。毫無疑問，零邊際成本電網(wǎng)的實現(xiàn)需要依靠物聯(lián)網(wǎng)的大力支撐推動能源生產(chǎn)和消費革命。
零邊際成本電網(wǎng)的目標(biāo)對UPIoT 提出更高的要求，包括：建立多主體開放平臺，滿足大量分散產(chǎn)消者參與電力分享的平臺需求，主動適應(yīng)社會、經(jīng)濟的新發(fā)展；實現(xiàn)共享經(jīng)濟下的信用管理，保障協(xié)同共享經(jīng)濟模式的可持續(xù)發(fā)展。4、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn)
為達到透明電網(wǎng)乃至零邊際成本電網(wǎng)形態(tài)，UPIoT 的建設(shè)還需要克服多項技術(shù)難題。本節(jié)從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理3 個方面，提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn)。
4.1傳感器的覆蓋不充分，電網(wǎng)仍存在監(jiān)測盲區(qū)
當(dāng)前，電網(wǎng)仍存在著許多監(jiān)測盲區(qū)：輸電線路跨越的距離長，架設(shè)的環(huán)境復(fù)雜多變，天然具有分布式特性，而現(xiàn)階段對輸電線的監(jiān)測只是選取了部分重要的節(jié)點和分段，遠遠達不到廣域監(jiān)測的水平；配電網(wǎng)點多面廣，傳統(tǒng)的測量裝置存在體積大、成本高、功耗大、運維困難等不足，無法鋪開安裝；低壓用電信息沒有打通，物人互聯(lián)的技術(shù)尚未突破，用戶參與程度較低。
為消除監(jiān)測盲區(qū)，傳感器技術(shù)的提升是一大挑戰(zhàn)。對于輸電線監(jiān)測，采用分布式的傳感器（例如光纖測溫），準(zhǔn)實時獲取沿線的微氣象、微地形、微圖像，輔以大數(shù)據(jù)分析和人工智能識別技術(shù)，提高線路監(jiān)測效果，實現(xiàn)輸電線的廣域監(jiān)測；對于配電網(wǎng)監(jiān)測，加強小微傳感器的開發(fā)與實用化，以體積小、成本低、功耗小、運維方便等優(yōu)異特性適應(yīng)配電網(wǎng)點
多面廣的監(jiān)測需求；對于用電監(jiān)測，通過傳感器連接各種用電終端，或者采用非侵入式負荷監(jiān)測的方式，與用電終端、用戶產(chǎn)生連接。
4.2 數(shù)據(jù)模型和通信標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一，信息孤島難以消除
電網(wǎng)已推廣應(yīng)用多個自動化系統(tǒng)和通信信息平臺，不同系統(tǒng)平臺的建設(shè)規(guī)范不同，數(shù)據(jù)無法有效共享和管理，形成信息孤島；另外，配電網(wǎng)的設(shè)備制造廠商眾多，不同廠商沒有遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和通信標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)管理比較混亂，信息網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜。
因此，需制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和通信協(xié)議，要求新投運的系統(tǒng)平臺和設(shè)備要遵循標(biāo)準(zhǔn)；同時，對于已投運的系統(tǒng)平臺設(shè)備，提出數(shù)據(jù)模型和通信協(xié)議的便捷轉(zhuǎn)換技術(shù)。從增量和存量2 個方面改進，消除信息孤島，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。配電物聯(lián)網(wǎng)在標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化、業(yè)務(wù)軟件定義等方面將對新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)帶來重要的促進作用［76］。另外，針對配電網(wǎng)通信條件較差的現(xiàn)狀，利用配電網(wǎng)電線桿塔等基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建5G 基站，將更加有利于配電物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
4.3數(shù)據(jù)分析智能化程度低，用電數(shù)據(jù)價值尚未被有效挖掘
電網(wǎng)有上億的用戶，其數(shù)據(jù)是非常有價值的。一方面，海量的用戶數(shù)據(jù)使得電網(wǎng)公司可以充分認識用戶的特性，可以為電網(wǎng)公司削峰填谷、提高電網(wǎng)利用率、節(jié)能降耗、防范竊電、低壓運維、系統(tǒng)規(guī)劃帶來新的技術(shù)支撐手段；另一方面，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能用電可以為用戶提供更好的用電服務(wù)和增量服務(wù)，例如用戶節(jié)能、用電安全、電氣防火、電器控制、共享充電與停車、快速復(fù)電、DG 運維管理、需求響應(yīng)等。
但是，目前這些數(shù)據(jù)的價值還未得到充分的挖掘，其中一個重要的原因是數(shù)據(jù)分析智能化程度低。只有對用戶的數(shù)據(jù)進行多方面的深入挖掘，才能釋放其價值，實現(xiàn)低壓拓撲自動識別、低壓故障準(zhǔn)確診斷、電能質(zhì)量有效控制、線損精益化管理、竊電偵查與管理、細顆粒度負荷預(yù)測、光儲一體調(diào)度、車輛到電網(wǎng)（vehicle-to-grid，V2G）、柔性負荷控制與需求側(cè)響應(yīng)，以及用戶增值服務(wù)（如金融）等目標(biāo)，為各行業(yè)發(fā)展規(guī)劃與決策提供重要支撐。因此，需要加強用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用建模與智能算法研究，據(jù)此掌握用戶行為規(guī)律，挖掘用電信息價值。
 
5、安科瑞配電系統(tǒng)智能運維產(chǎn)品選型及介紹
近兩年來，安科瑞已經(jīng)陸續(xù)參與各縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺、上海嘉定區(qū)147所學(xué)校電力運維平臺等相關(guān)平臺的建設(shè)，提供了包括云平臺、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺在全國各地運行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些都是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。
綜合能源服務(wù)是以電為中心，把電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)、供熱網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、建筑系統(tǒng)等緊密結(jié)合起來，實現(xiàn)電、氣、冷、熱、可再生能源等多能互補和“源-網(wǎng)-荷-儲”各環(huán)節(jié)高度協(xié)調(diào)優(yōu)化，生產(chǎn)和消費雙向互動，集中與分布相結(jié)合的能源服務(wù)。                           
                                                       
                                                         
                                                     
變配電站通過安裝多溫濕度傳感器，水浸傳感器，煙霧傳感器，門磁開關(guān)等傳感器，通過網(wǎng)關(guān)經(jīng)無線（3G/4G）或有線的方式將數(shù)據(jù)上傳云服務(wù)器上，并將數(shù)據(jù)進行集中存儲、統(tǒng)一管理。具有權(quán)限的用戶可通過PC、PAD、手機等各類終端設(shè)備訪問數(shù)據(jù)、接收報警信息，監(jiān)控變配電站環(huán)境狀態(tài)。
運維平臺功能：
安科瑞變電所運維云平臺（AcrelCloud-1000）根據(jù)市場需求反饋，運用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，為電力運維公司提供配套線上運維服務(wù)。該平臺作為連接運維單位和用電企業(yè)的紐帶，監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為客戶提供更好的運維服務(wù)，平臺提供系統(tǒng)總覽、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電統(tǒng)計分析和日/月/年電能統(tǒng)計報表、異常預(yù)警、事故報警和事件記錄、運行環(huán)境監(jiān)測、運維巡檢派單等功能，并支持多平臺、多終端數(shù)據(jù)訪問。
l 電力監(jiān)測
通過矢量配電圖監(jiān)測變電所用電情況，畫面響應(yīng)遙信變位、遙測越限報警，點擊某個配電回路后可以查詢該配電回路的各類詳細用電參數(shù)，包括實時值、平均值；
                                  實時監(jiān)測變壓器運行情況，包括功率、負荷率、需量、繞組溫度等。
                                                    
提供多種類型的查詢報表，可以查詢各配電回路的各類電力參數(shù)(電壓、電流、功率、頻率、諧波、三相不平衡度等),系統(tǒng)可以對某電力參數(shù)按照天、月進行統(tǒng)計。
                

                                         可實現(xiàn)漏電監(jiān)測、線纜及母排溫度監(jiān)測。
           
                                                  
l 能效分析
按照配電回路、區(qū)域、部門、分項（照明、空調(diào)、動力等）統(tǒng)計每時、每天、每月、每年用電數(shù)據(jù)，并進行同環(huán)比分析；
                                                                           
                                   

                    6、結(jié)語
UPIoT 的提出和發(fā)展給智能電網(wǎng)發(fā)展帶來了新的契機。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與云/邊緣計算技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的不斷迭代更新，將會對智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、通信與計算處理環(huán)節(jié)的效率與質(zhì)量帶來顯著提升，從而提高電力系統(tǒng)發(fā)- 輸- 變-配-用各個環(huán)節(jié)的可觀可測性，顯著提升電網(wǎng)運行水平，充分挖掘電力數(shù)據(jù)價值；物聯(lián)網(wǎng)平臺的開放特性，可以有力地支撐電力供應(yīng)模式的創(chuàng)新變革，釋放電力生產(chǎn)力。泛在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用將會推動智能電網(wǎng)向透明電網(wǎng)、零邊際成本電網(wǎng)演化，實現(xiàn)大眾參與、協(xié)同共享的可持續(xù)發(fā)展的電力產(chǎn)業(yè)升級與變革。
 
參考文獻
【1】李立浧，張勇軍，陳澤興，智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)融合的模式及其發(fā)展前景［J］.電力系統(tǒng)自動化
【2】李欽豪，張勇軍，陳佳琦，羿應(yīng)棋，何俸祿.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展形態(tài)與挑戰(zhàn)
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計及應(yīng)用手冊.2020.06版