泛在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及智能微型斷路器的運(yùn)用

胡勝寬，楊碩瀚，張迎旭

（三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

1 發(fā)展歷程

1.1 電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過往

2009年，國家電網(wǎng)開始部署物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用的研究和實(shí)踐，以促進(jìn)信息集成和工業(yè)信息化。2011年，我國“十二五”規(guī)劃綱要將智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)列為我國未來5年的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。2012年，國家電網(wǎng)全面參與了智能電網(wǎng)建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范項(xiàng)目，并建立了智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目，同時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義和電網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行界定，統(tǒng)一了物聯(lián)網(wǎng)的定義和物聯(lián)網(wǎng)的定義。

2017年，“企業(yè)管理云”“公共服務(wù)云”和“生產(chǎn)控制云”國網(wǎng)“三朵云”正式發(fā)布。在2018年“第一屆中國無線電大會(huì)”上，國家電網(wǎng)公司詳細(xì)分析電力業(yè)務(wù)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)需求，向國家工信部申請(qǐng)?jiān)鲅a(bǔ)頻率資源，規(guī)劃建設(shè)230 MHz電力無線專用網(wǎng)絡(luò)，以解決電網(wǎng)末端“最后一公里”接入的問題。2019年，國家電網(wǎng)提出了“三型兩網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)：堅(jiān)持建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)；要最大化利用人工智能、移動(dòng)通信等新興信息技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)泛在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)樞紐型、平臺(tái)型以及共享型特征的轉(zhuǎn)化。電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程，如圖1所示[1]。

圖1 電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程

1.2 電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

國家電網(wǎng)在電力物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)包括客戶服務(wù)、企業(yè)運(yùn)營、電網(wǎng)運(yùn)營和新興業(yè)務(wù)：客戶服務(wù)方面實(shí)現(xiàn)全國約4.61億用戶用電信息的在線采集；通過門戶網(wǎng)站、掌上電力、95598等渠道，實(shí)現(xiàn)電力辦理和采購業(yè)務(wù)的在線管理；開展“網(wǎng)上國網(wǎng)”試點(diǎn)，用戶在線付款率超過50%[2]。

通過建立ERP系統(tǒng)，可支持“人財(cái)物”集約化，便于企業(yè)運(yùn)營管理；各省級(jí)公司全面推進(jìn)實(shí)物標(biāo)識(shí)建設(shè)，涵蓋規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購、施工以及運(yùn)行維護(hù)等資產(chǎn)全生命周期管理全過程。在電網(wǎng)運(yùn)行方面，建設(shè)配電自動(dòng)化和設(shè)備精益管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)主要設(shè)備的動(dòng)態(tài)感知和智能化配置；國網(wǎng)公司已建成336個(gè)地市供電服務(wù)指揮中心，并且已開始低壓電網(wǎng)綜合服務(wù)試點(diǎn)。在新興業(yè)務(wù)方面，汽車互聯(lián)網(wǎng)接入充電站28萬多個(gè)，提供電動(dòng)汽車銷售、充電、支付等一站式服務(wù)；電子商務(wù)平臺(tái)注冊(cè)用戶2.25億，交易額5 000多億元，綜合能源服務(wù)收入達(dá)到49億元。

國家電網(wǎng)公司在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域已有一定的基礎(chǔ)。例如：在移動(dòng)智能終端層面，現(xiàn)階段已連接超過5.4億套智能電表等各種終端設(shè)備，每天收集的數(shù)據(jù)量超過60 TB；在企業(yè)運(yùn)營方面建成ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“人財(cái)物”的集約化管理；在電網(wǎng)運(yùn)行上，采取建立配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和機(jī)器設(shè)備精益管理系統(tǒng)軟件，完成主配電網(wǎng)機(jī)器設(shè)備的動(dòng)態(tài)識(shí)別和智能處理。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司“一年示范點(diǎn)，兩年?duì)I銷推廣，三年即見成效”的實(shí)施對(duì)策，將在未來兩年內(nèi)逐步擴(kuò)大對(duì)無所不在的電力物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的投資范圍。在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，電氣感知層的機(jī)器和設(shè)備已逐步鋪平了10多年，網(wǎng)絡(luò)層和服務(wù)平臺(tái)層的實(shí)施將成為國家電網(wǎng)在電力互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。在2019年9月，國家電網(wǎng)已經(jīng)補(bǔ)充了6.25 MHz頻率。在當(dāng)前階段，使用7.25 MHz和230 MHz頻段構(gòu)建用于電力工程的無線網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)。

2 智能微斷在電力物聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用場景

智能微斷在電力物聯(lián)網(wǎng)的諸多環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用[3]。智能微斷系統(tǒng)測量采集是由測量裝置[4]（電流互感器和電壓互感器）測量電流、電壓數(shù)據(jù)，在內(nèi)置嵌入系統(tǒng)中經(jīng)過AD采樣，然后將采集到的電壓和電流信號(hào)用DMA傳遞的采樣數(shù)據(jù)在MCU中進(jìn)行計(jì)算，得到基波值和最多7次諧波，通過內(nèi)嵌的操作嵌入式系統(tǒng)完成采樣、計(jì)算、保存和通信，再由WiFi模塊實(shí)現(xiàn)無線連接和數(shù)據(jù)傳輸。智能微斷技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)中的應(yīng)用和推廣，可以有力促進(jìn)電力物聯(lián)網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定、物聯(lián)網(wǎng)安全管理體系的完善以及電力綜合管理系統(tǒng)的建立。

2.1 智慧工廠

在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，當(dāng)前存在電源結(jié)構(gòu)不科學(xué)、布局不合理、電網(wǎng)調(diào)整方法不足以及調(diào)峰能力不足等問題。發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)力與國外相比有所不足，儲(chǔ)能應(yīng)用研究也處于開發(fā)階段。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能微斷應(yīng)運(yùn)而生。在智慧工廠中，電力工人可以通過與智能微斷相配套的手機(jī)APP或者WEB界面實(shí)時(shí)監(jiān)測供電狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)隱患。智能微斷系統(tǒng)可提供保護(hù)功能，在系統(tǒng)工作不正常時(shí)自動(dòng)跳閘。智能微斷系統(tǒng)具備重合閘功能，當(dāng)出現(xiàn)跳閘后，可按照預(yù)設(shè)邏輯自動(dòng)嘗試合閘。電力工人可設(shè)置定時(shí)邏輯，定時(shí)分合開關(guān)，以滿足不同的供電需求，即工人可通過手機(jī)APP或者WEB界面手動(dòng)合閘、分閘。

2.2 人流密集場所

對(duì)于教學(xué)樓、醫(yī)院、商場以及超市等人流量密集的場所以及對(duì)用電安全有著極高要求的用戶，公司根據(jù)智能微斷的電流速斷、溫度保護(hù)、漏電保護(hù)以及過流保護(hù)等一系列保護(hù)功能，推出全方位、多角度、多維度的產(chǎn)品，確保人流密集區(qū)域用電安全，防患于未然。

2.3 新能源市場

新能源接入電網(wǎng)后，一個(gè)智能微斷就可實(shí)現(xiàn)對(duì)其的測量、控制和保護(hù)。利用智能微斷系統(tǒng)不僅投資少、安裝簡單、維護(hù)方便，還可按照不同的接入需求配置接入合閘邏輯，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng)狀態(tài)，在電壓波動(dòng)時(shí)自行動(dòng)作。也可實(shí)時(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng)狀態(tài)，在電壓波動(dòng)時(shí)自行動(dòng)作。

2.4 電動(dòng)汽車行業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也有利于重要的技術(shù)科學(xué)研究，如鈉硫電池、液流電池、鋰電池控制模塊組合、智能電池充電、信息系統(tǒng)集成、智能電網(wǎng)儲(chǔ)能電源的設(shè)計(jì)規(guī)劃和運(yùn)營生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)研究等。逐步開展儲(chǔ)能技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，峰谷充填，間歇性電能靈活連接，提高供電系統(tǒng)的可靠性和電能質(zhì)量分析。它主要包括純電動(dòng)汽車電力供需平衡、應(yīng)用研究和示范固態(tài)電池以及家庭中的分散式儲(chǔ)能。推進(jìn)大中型空壓儲(chǔ)能等多種儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)，實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破，并以此為基礎(chǔ)將其應(yīng)用試點(diǎn)。智能微斷可實(shí)現(xiàn)如下功能：用電安全，保護(hù)充電設(shè)備和人身安全；實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析電能質(zhì)量；供電管控時(shí)主動(dòng)跳閘；系統(tǒng)節(jié)能；充電數(shù)據(jù)分析等。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立和完善純電動(dòng)汽車和電池充電系統(tǒng)軟件的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)收集和解析，完成純電動(dòng)汽車和電池充電系統(tǒng)軟件的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和管理方法，建立基于物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的能效檢測和智能管理系統(tǒng)等。

2.5 智能家居

將智能微斷與智能家居配合使用，可實(shí)現(xiàn)包括安全防護(hù)、實(shí)時(shí)檢測、智能操控、周界防范以及家中用電異常告警等智能化控電功能，并對(duì)警告作出聯(lián)動(dòng)反應(yīng)，控制電氣設(shè)備的開關(guān)。

3 智能微斷領(lǐng)域趨勢(shì)

隨著建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)不斷強(qiáng)化深入，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性建設(shè)階段，平臺(tái)層與應(yīng)用層招標(biāo)開啟，同時(shí)智能電表進(jìn)入更換周期起點(diǎn)，需求持續(xù)提升。國網(wǎng)于2009年開始進(jìn)行智能電表改造，2015年達(dá)到招標(biāo)量高峰期。2019年國網(wǎng)發(fā)布的第二次電能表（含用電信息采集）招標(biāo)采購公告共計(jì)招標(biāo)電能表（及采集設(shè)備）3 635萬只，同比增長10%；2019年前兩次招標(biāo)7 652萬只，同比增長35%。通過翔實(shí)的數(shù)據(jù)分析，預(yù)計(jì)未來一兩年智能電表招標(biāo)量將持續(xù)提升。隨著IR46新標(biāo)準(zhǔn)的推行，招標(biāo)量有望超預(yù)期。