智能物联表在电力物联网中是如何应用的?

袁媛 ACRELYY

安科瑞电气股份有限公司

电力能源管理是指依托智能采集设备采集能源数据,通过网络通信载体传输数据,系统信息平台进行数据统计、数据分析、数据交换和数据管理。泛在电力物联网作为一个重要的数据平台,融合了传感、采集、通信、计算、安全等多种关键技术,进行电力能源全过程管理。泛在电力物联网应用多参量传感集成技术,实现对电力设备及其运行环境的感知;运用数字化表述设备运行状态,实现从设备到系统的安全预测和故障报警;采用边缘计算、软件定终端等关键技术,实现配电网设备灵活接入和切换。智能物联电能表是国家电网公司统一于2020年8月发布的新一代电能表产品,能支撑能源互联网和电力物联网建设,可配置不同应用场景功能模块,是泛在电力物联网数据入口,是泛在电力物联网建设的重要载体,也是城市电力能源管理重要的采集终端。

1 智能电网和泛在电力物联网概述

 智能电网含义是电网的智能化,以特高压电网为骨干网架、 各级电网协调发展的坚强网架为基础,以通信信息平台为 支撑,具有信息化、自动化、互动化特征,包含电力系统 的发电、输电、变电、配电、用电和调度,覆盖所有电压 等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融 合的现代电网。国家电网公司在 2019 年做出全面推进“三型两网” 建设,加快打造具有全球竞争力的世界一流能源互联网企 业的战略部署,其中“两网”分别是坚强智能电网和泛在 电力物联网,两张网共同组成了能源互联网。泛在电力物 联网本质就是应用大数据、云计算、人工智能、移动互联、 区块链、电力载波等现代信息技术、通信技术和智能技术, 将发电企业及其设备、变电输配电设备、电网运营企业及 其设备和电力用户及其设备智能连接起来,通过信息广泛 交互和数据共享,以数字化管理电力生产运行、电力消费 服务和电力安全环境,实现状态全面感知、信息高效处理、 应用灵活便捷的智能服务系统[3]。泛在电力物联网架构结构可见下图 1,包含了感知层、 数据层、应用层展现层和营运四层结构。

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组网结构

Acrel-EIoT能源物联网云平台采用分层分布式结构,主要由感知层(终端采集设备)、网络层(通讯管理终端)和平台层(能源物联网云平台)三个部分组成。

● 感知层:连接于网络中的各类传感器,包括多功能仪表、预付费电表、多回路仪表、物联网电表、物联网水表、电瓶车充电桩、汽车充电桩、路灯控制器等。

● 网络层:智能网关,采集感知层的数据,进行规约转换及存储之后将数据上传至能源物联网云平台。

● 平台层:包含应用服务器和数据服务器,可在PC端或移动端实现应用。

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4平台功能

平台功能——可定制的驾驶舱

可定制化的驾驶舱:可根据客户的行业特性,行业需求,经过培训的工程或调试人员自行绘制客户所需的驾驶舱页面。

例如左图所示的智慧物业驾驶舱,内容有:预付费、充电桩、电梯、空调、照明等设备管理、能耗统计、收益统计、运维情况等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型,任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

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平台功能——电力集抄

实时监测各配电柜的电压、电流等电力参数,实现遥测、遥信、遥控。

 实时监测各配电室温湿度、烟感、水浸等环境参数。 

实时监视变压器的运行状态及用能参数,测算损耗,找出最佳经济运行区间,降低损耗,节约电量。

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平台功能——智慧消防

在低压配电回路安装电气火灾探测器、无线测温传感器、智能断路器等设备,对配电回路的剩余电流、线缆温度等火灾危险参数进行实时监控和管理。

在消防水池、消防水箱等地方安装消防水位表,检测消防水位的变化;消防水管、喷淋等地方安装消防水压表,检测消防管道的压力。

在家庭、宾馆、公寓等存在烟雾、可燃气体的室内场所,安装NB独立式烟感或可燃气体探测器,检测这些场所是否存在烟雾和可燃气体。

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平台功能——预付费

系统针对商铺开户支持一户一表,也支持一户多表的需求;

支持峰谷电价;

支持单表设置功率过载阈值;

支持设置单表金额报警的两级阈值。

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平台功能——路灯监控/智能照明

运行监测,实时监控城市各个路灯的灯光状态

远程集中控制,平台端执行灯光开关、亮度调节、场景切换、运行时间设置等操作

控制策略,根据外界环境自动控制灯光开闭;按照预设的运行时间自动控制灯光;通过智能开关个性化调节所属区域灯光

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平台功能——充电桩

监控电瓶车、汽车充电桩的实时状态,包括离线、故障、异常、充电中、空闲等。

展示充电桩充电过程中的实时电流、电压、功率、漏电、温度,支持查看历史充电数据。

远程设置充电桩相关报警参数,包括越限报警值设定、过温报警设定、漏电报警设定、过压报警设定、欠压报警设定及是否开启相关报警等。

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平台功能——能耗分析

查看指定时段各个用电回路的用电量,显示对应的能耗趋势图并进行同环比分析。

按日、月、年查看各个用电回路的用电量,可导出成excel表格。

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平台功能——报警管理

主动上报报警信息,派发工单,合理安排对应的工作人员及相关负责人第一时间处理,支持附件上传。    

展示设备的报警记录,报警等级分为一般、紧急、严重三个等级。

全过程跟踪报警处理进度,包括工单派发、工单处理结果。

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平台功能——运维管理

系统指定巡检计划,并将巡检计划下发到巡检人员的手机上,巡检人员到现场后扫描NFC芯片确认到了巡检现场,然后根据巡检要求执行巡检任务。

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APP功能

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3 智能物联硬件选型

智能网关

AWT100数据转换模块通过RS485/Modbus-RTU采集本地设备的状态信息,然后通过无线或有线传输的方式将信息传送至终端设备、服务器、云平台等,实现无线互联。用户不需要重新架设通讯网络结构,用户使用更加方便,同时降低了成本。

       通讯方式:2G、4G、NB-IoT、LoRa、LoRaWAN、WIFI、CE、DP、GPS

       优点:体积小巧,安装方便;远程调试(带无线通讯);成本低廉,价格实惠;支持秒级上传。

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物联网电表

双碳背景下,企业用能的电能替代将是长期趋势,因此企业内部将新增大量用电设备,提高这些设备的能效水平将降低总的电能消耗,助力双碳目标早日实现。

    需要多种通讯方式的电能计量仪表,支持嵌入式、导轨式安装,RS485、Lora、4G等数据上传模式,可实现免布线、免停电施工。

    电能计量表计安装在主要配电节点、重点用能设备等处,实时采集用电数据,监控配电系统的运行,并对用电数据进行逐时、逐日、逐月分析,并结合国家、行业标准,统计企业整体碳排放,为碳中和提供基础数据服务。

ADW300 无线计量仪表主要用于计量低压网络的三相有功电能,具有体积小、精度高、功能丰富等优点,增加了外置互感器的电流采样模式,从而方便用户在不同场合进行安装使用。可灵活安装于配电箱内,是电气安全管理、能耗管理项目、环保用电监管及运维项目数据采集与分析、在线监测的理想选择。

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  • 丰富的通信方式,支持RS-485 通信口,可支持多种无线通信,其中4G、NB、WIFI可以实现MQTT协议,HTTP协议,TCPIP透传等多种网络协议接入。

  • 多路I/O 口配置,4路DI、2路DO,开关量输出可配合控制开关或者实现报警输出功能

  • 可支持剩余电流及线缆温度NTC测量功能

  • 免停电安装,便于运维项目中不停电情况下进行施工

  • 支持独立电源供电方式:DC24V、AC85~465V;

  • 支持分时计费、定时记录、定值越限

  • 具有电能质量分析电压、电流总谐波以及2-31次分次谐波测量、数据冻结及事件记录、需量功能

  • 支持掉电检测,数据掉电上传

预付费计量电表

预付费系列仪表针对校园商业区(食堂、超市等)用电、试验科研项目用电、宿舍用电可实现预充金额,欠费报警及跳闸、违规电气监控、作息时间用电管理、批量补助下发等功能。方便后勤人员管理,保证用电安全。

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物联网水表

智能远传水表可用电子直读式,具有高清晰液晶显示,直接读取和通信发送。该水表的特点包括:高灵敏度,始动流量小,计量精度高,具备误差自动修正功能;通讯方式:可通过MODBUS-RTU通讯接口进行通信,管理者可对水表各参数进行设置或修改,也可抄回表内的信息以便供管理部门进行统计、监测;断电后数据可保存10年以上;扩展功能:可根据需要扩展远程控制阀门开关功能;耐高温:可在120℃下长期工作,水解稳定;抗腐蚀:抗酸碱腐蚀性强不易被腐蚀,阻燃性能好,环保:水资源免遭二次污染。

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电气火灾探测器ARCM300

当电线由于机械损伤、年久失修而导致绝缘层老化破损、负荷大而发热使得绝缘层老化失效等原因,使得绝缘性能下降,导致电线与大地之间有不正常的电流通过,这种现象就是漏电,也称为“剩余电流”。泄漏电流流入接地点处形成发热现象,当流入接地点周围有易燃物时,经长期高温累积作用便会产生燃烧现象从而引发火灾。

ARCM系列电气火灾探测器可对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理,集成度高,体积小巧,安装方便,防范因泄漏电流而导致的电气火灾。

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智能微型断路器ASCB1

  ASCB1系列智能微型断路器由智能微型断路器与智能网关两部分组成,可用于对用电线路的关键电气因素,如电压、电流、功率、温度、漏电、能耗等进行实时监测,具有远程操控、预警保护、短路保护、电能计量统计、故障定位等功能,应用于户内建筑物及类似场所的工业、商业、民用建筑及基础设施等领域低压终端配电网络。

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限流式保护器ASCP200

当低压配电回路发生短路故障时,ASCP200电气防火限流式保护器能在150微秒内快速限制短路电流以实现灭弧保护,从而能显著减少电气火灾事故,有效克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大,以及使用寿命短等弊端。

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无线测温

ARTM系列电气接点在线测温装置

ARTM系列电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测,防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患,提高设备安全保障,及时、持续、准确反映设备运行状态,降低设备事故率。

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智能照明

Acrel-Bus智能照明控制系统可实现照明灯具的远程集中控制、就近控制功能,并且可以和其他设备进行联动控制,具有如下功能特点:

节约能源;智能化控制;减少维护费用;营造舒适的工作环境;延长灯具寿命。

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电瓶车充电桩

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汽车充电桩

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壁挂式

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AEV_AC007D_LCD

(立柱式)

4智能物联表在泛在电力物联网的应用

 根据上图 的泛在电力物联网架构,可形成泛在电力 物联网智能管理平台,管理平台可提供从末端传感器、通 信网关、主站采集软件到物联网监控、数据云存储、大数 据分析计算在内的软硬件全链条解决方案。管理平台可用于电力系统中的配网自动化,变电站监控,煤改电数据采 集,充电桩车联网,风、光伏新能源,高压线路监控,综 合能源利用等业务领域。管理平台的应用将大幅降低泛在 物联网建设成本和技术复杂度,为贯彻落实国网公司“两 网融合”发展战略提供有力支持。

智能物联电能表的功能已完成了从解决最基础的精 准计量、自动抄表需求,到实现对电网运行状态把脉监测 的演进。智能物联电能表不仅是电力计费结算的法定器具, 还是智能电网的重要传感器。通过分析智能电表所采集的 数据信息,不仅可看到电网的运行情况、设备的具体状态, 还可了解电力用户的用电习惯,预测负荷变化,开展用户 需求侧管理等。根据国家电网数据显示,目前国网系统接 入的终端设备超过 5 亿只,国家电网规划预计到 2025 年 接入终端设备将超过 10 亿只。到 2030 年,接入的终端设 备数量将达到 20 亿只,整个“泛在电力物联网”将是接 入设备最大的物联网生态圈。

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