基于物聯(lián)網(wǎng)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

賈之楠，王繼偉，石 倩

（中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048）

基于物聯(lián)網(wǎng)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

賈之楠，王繼偉，石 倩

（中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048）

電力需求側(cè)管理為企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理提供了一種思路，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文在探討物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，闡述基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路及功能，并通過(guò)企業(yè)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)一步介紹平臺(tái)的應(yīng)用效果，為電力需求側(cè)管理工作的深入開(kāi)展提供借鑒。

物聯(lián)網(wǎng)；電力需求；側(cè)管理；電能監(jiān)測(cè)；電力能源

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)電力能源的需求不斷增長(zhǎng)，但如果僅增加電力基礎(chǔ)設(shè)施投資，不進(jìn)行電力能源的優(yōu)化使用，將造成電力能源的浪費(fèi)，同時(shí)，電力工業(yè)的發(fā)展將越來(lái)越受到現(xiàn)有資源和環(huán)境保護(hù)因素的制約。從實(shí)現(xiàn)電力能源利用最優(yōu)化和促進(jìn)企業(yè)發(fā)展出發(fā)，電力需求側(cè)管理（DSM）的概念被越來(lái)越多的人所接受，也為加快城市現(xiàn)代化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)提供了一種思路。而具有全面感知、可靠傳輸以及智能處理的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，為電力需求側(cè)管理的應(yīng)用提供了技術(shù)手段。

1　物聯(lián)網(wǎng)的定義及關(guān)鍵技術(shù)

1.1物聯(lián)網(wǎng)定義

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)及激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

1.2物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)主要有射頻識(shí)別（RFID）、傳感器、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)和智能技術(shù)4種關(guān)鍵技術(shù)。

1.2.1射頻識(shí)別

又被稱(chēng)為電子標(biāo)簽技術(shù)，標(biāo)簽中存儲(chǔ)著規(guī)范且具有互用性的信息，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動(dòng)采集到信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息共享，從而對(duì)物品進(jìn)行透明管理和追蹤管理。

1.2.2傳感器

它是能夠感知被測(cè)指標(biāo)并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的設(shè)備。將測(cè)量到的信息（溫度、壓力、濕度以及光照強(qiáng)度等），轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)或其它形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

1.2.3網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

主要包括廣域網(wǎng)通信和近距離通信，廣域網(wǎng)通信主要包括IP互聯(lián)網(wǎng)、2G/3G/4G移動(dòng)通信以及衛(wèi)星通信技術(shù)等；在近距離通信方面，目前的主流技術(shù)是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的Zigbee，具有功耗低、可靠、安全、網(wǎng)絡(luò)容量大、成本低廉、自組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)路由等特點(diǎn)。

1.2.4智能技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)中，海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和復(fù)雜運(yùn)算是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的難題之一，而云計(jì)算技術(shù)的興起有效地促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。依托云計(jì)算技術(shù)具有虛擬化、集中管理、自動(dòng)調(diào)度和分布式計(jì)算特點(diǎn)的云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和有效的數(shù)據(jù)整合、挖掘及智能處理。

2　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1設(shè)計(jì)思路

電力需求側(cè)管理將需求側(cè)節(jié)約的電能也作為一種資源，實(shí)現(xiàn)電能資源的優(yōu)化使用?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)通過(guò)對(duì)電力設(shè)施設(shè)備的電壓、電流和負(fù)荷等電能參數(shù)的在線采集，以及對(duì)電壓偏差、頻率偏差和諧波畸變等電能質(zhì)量指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)，運(yùn)用智能計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)電力負(fù)荷、電力分配、電力質(zhì)量、電力的使用效率以及用電設(shè)備安全情況、生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，促進(jìn)企業(yè)提高電能使用效率，降低運(yùn)行成本，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理企業(yè)的電能質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)，促進(jìn)企業(yè)環(huán)保工作的有效開(kāi)展。

2.2平臺(tái)總體架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)以全面感知企業(yè)電力設(shè)施設(shè)備的工作狀態(tài)為基礎(chǔ)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的高效傳輸，以智能計(jì)算技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)電能監(jiān)測(cè)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、決策分析以及報(bào)表管理等電力需求側(cè)應(yīng)用服務(wù)。平臺(tái)的總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)總體架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)設(shè)施。包括智能感知和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。智能感知是通過(guò)部署在各類(lèi)變壓器、用電設(shè)備上的智能感知終端，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)電能參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是指通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等，建立覆蓋企業(yè)所有電能設(shè)施設(shè)備的智能感知網(wǎng)絡(luò)傳輸體系。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)。建立企業(yè)各種電能參數(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)以及各種企業(yè)用電分析、管理方面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）應(yīng)用服務(wù)。建設(shè)電能監(jiān)測(cè)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、電費(fèi)管理、生產(chǎn)管理、計(jì)劃用電管理、決策分析、報(bào)表管理及基本信息管理等8個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊。

（4）綜合展現(xiàn)。通過(guò)門(mén)戶及手機(jī)APP應(yīng)用，為平臺(tái)提供統(tǒng)一的訪問(wèn)和操作入口。

（5）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。建立完善平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，形成具有企業(yè)特色技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，深化企業(yè)應(yīng)用。

（6）信息安全體系。根據(jù)國(guó)家信息安全等級(jí)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，構(gòu)建較為全面的信息安全保障體系。

2.3主要功能

根據(jù)平臺(tái)的總體架構(gòu)圖，平臺(tái)具有8個(gè)主要的業(yè)務(wù)功能。

2.3.1電能監(jiān)測(cè)

在企業(yè)用電設(shè)施設(shè)備上安裝部署電能監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)施設(shè)備的規(guī)格型號(hào)、設(shè)計(jì)值、電量、總負(fù)荷、額定容量/功率、總功率因數(shù)、負(fù)荷率、A/B/C相電流、A/B/C相電壓、零線電流以及溫度等信息的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)。

2.3.2質(zhì)量監(jiān)測(cè)

通過(guò)平臺(tái)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，實(shí)時(shí)掌握企業(yè)配網(wǎng)的運(yùn)行情況，對(duì)用電設(shè)施設(shè)備可能存在的電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡、諧波畸變以及電能異常等問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤和預(yù)警。

2.3.3電費(fèi)管理

通過(guò)對(duì)協(xié)議總價(jià)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)單價(jià)、協(xié)議單價(jià)、階梯電價(jià)以及分時(shí)電價(jià)等電費(fèi)基本信息的設(shè)置，并按照峰電量、谷電量、平電量和尖電量的類(lèi)別劃分，由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出企業(yè)各個(gè)用電設(shè)備的成本費(fèi)用，為企業(yè)用電的“削峰填谷”提供數(shù)據(jù)支持。

2.3.4生產(chǎn)管理

通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)線、企業(yè)生產(chǎn)崗位的設(shè)置以及與實(shí)際工作人員排班計(jì)劃的匹配，結(jié)合電能監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)控企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)線及企業(yè)生產(chǎn)崗位的工作狀態(tài)，為企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度管理、人員績(jī)效考核提供參考。

2.3.5計(jì)劃用電管理

根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的計(jì)劃用電管理，并提供實(shí)際用電與計(jì)劃用電之間的動(dòng)態(tài)對(duì)比及電能使用預(yù)警等功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃用電的增購(gòu)及在企業(yè)內(nèi)部的轉(zhuǎn)讓管理。

2.3.6決策分析

實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部不同組織機(jī)構(gòu)、同類(lèi)設(shè)備用電、同功率設(shè)備、同類(lèi)/不同類(lèi)生產(chǎn)線、不同設(shè)備生產(chǎn)同一產(chǎn)品以及同崗位用電等不同維度的用電情況對(duì)比，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化工作流程，提高企業(yè)的管理水平。

2.3.7報(bào)表管理

為企業(yè)提供包括日/月/季/年電量電費(fèi)報(bào)表以及日/月/季/年電力分析等多維度、多層次的電能使用統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，為管理者、技術(shù)專(zhuān)家、普通員工的實(shí)際工作提供參考。

2.3.8基本信息管理

實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的用戶管理功能，包括角色劃分和用戶權(quán)限分配；實(shí)現(xiàn)電能監(jiān)測(cè)設(shè)備的管理；實(shí)現(xiàn)企業(yè)用電設(shè)施設(shè)備的基本信息管理。

2.4應(yīng)用案例

某生產(chǎn)企業(yè)擁有多臺(tái)變壓器，其中一臺(tái)31 500 kVA變壓器供A廠和B廠用電；A廠有2臺(tái)整流變壓器、3臺(tái)動(dòng)力變壓器；B廠有16臺(tái)專(zhuān)供變壓器，5臺(tái)動(dòng)力變壓器。A廠和B廠的主要用電設(shè)備是：高壓電機(jī)、直流電機(jī)；輔助用電設(shè)備：空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)和水泵等。通過(guò)基于物聯(lián)網(wǎng)的電力需求側(cè)管理平臺(tái)的應(yīng)用，促使企業(yè)科學(xué)用電、安全用電，部分成效如下。

第一，優(yōu)化用電設(shè)備電壓：發(fā)現(xiàn)某高壓電機(jī)的電壓水平高出額定電壓5%左右，經(jīng)過(guò)平臺(tái)進(jìn)一步監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)65.7%的負(fù)荷適用于優(yōu)化電壓，從而實(shí)現(xiàn)月節(jié)約電量3.28%左右。第二，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行效率：發(fā)現(xiàn)某幾臺(tái)設(shè)備的用電量占該生產(chǎn)線的月總用電量的4.6%，可采用變頻電源降低30%的用電量，從而節(jié)約月總用電量的1.4%左右。第三，治理諧波污染：發(fā)現(xiàn)某些設(shè)備存在諧波畸變的現(xiàn)象，通過(guò)加裝串聯(lián)專(zhuān)用電抗器，有效濾除了特征諧波。第四，建立電能考核制度：根據(jù)平臺(tái)的監(jiān)測(cè)信息，協(xié)助企業(yè)建立可量化的電能考核管理制度。

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10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.14.075

TP311.5

A

1673-0194（2015）14-0097-02

2015-05-04