賈之楠，王繼偉，石 倩

（中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京 100048）

基于物聯(lián)網(wǎng)的電力需求側管理平臺的設計和應用

賈之楠，王繼偉，石 倩

（中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京 100048）

電力需求側管理為企業(yè)經(jīng)營管理提供了一種思路，可產生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。本文在探討物聯(lián)網(wǎng)的基礎上，闡述基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力需求側管理平臺的設計思路及功能，并通過企業(yè)應用實例進一步介紹平臺的應用效果，為電力需求側管理工作的深入開展提供借鑒。

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

隨著我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展，企業(yè)對電力能源的需求不斷增長，但如果僅增加電力基礎設施投資，不進行電力能源的優(yōu)化使用，將造成電力能源的浪費，同時，電力工業(yè)的發(fā)展將越來越受到現(xiàn)有資源和環(huán)境保護因素的制約。從實現(xiàn)電力能源利用最優(yōu)化和促進企業(yè)發(fā)展出發(fā)，電力需求側管理（DSM）的概念被越來越多的人所接受，也為加快城市現(xiàn)代化進程和產業(yè)結構升級提供了一種思路。而具有全面感知、可靠傳輸以及智能處理的物聯(lián)網(wǎng)技術在各行業(yè)的廣泛應用，為電力需求側管理的應用提供了技術手段。

1　物聯(lián)網(wǎng)的定義及關鍵技術

1.1物聯(lián)網(wǎng)定義

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)及激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

1.2物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

物聯(lián)網(wǎng)主要有射頻識別（RFID）、傳感器、網(wǎng)絡與通信技術和智能技術4種關鍵技術。

1.2.1射頻識別

又被稱為電子標簽技術，標簽中存儲著規(guī)范且具有互用性的信息，通過通信網(wǎng)絡把它們自動采集到信息系統(tǒng)，實現(xiàn)物品的自動識別和信息共享，從而對物品進行透明管理和追蹤管理。

1.2.2傳感器

它是能夠感知被測指標并將其按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的設備。將測量到的信息（溫度、壓力、濕度以及光照強度等），轉變成為電信號或其它形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

1.2.3網(wǎng)絡與通信技術

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移動通信以及衛(wèi)星通信技術等；在近距離通信方面，目前的主流技術是基于IEEE 802.15.4標準的Zigbee，具有功耗低、可靠、安全、網(wǎng)絡容量大、成本低廉、自組網(wǎng)和動態(tài)路由等特點。

1.2.4智能技術

在物聯(lián)網(wǎng)中，海量數(shù)據(jù)存儲和復雜運算是物聯(lián)網(wǎng)應用的難題之一，而云計算技術的興起有效地促進了物聯(lián)網(wǎng)應用。依托云計算技術具有虛擬化、集中管理、自動調度和分布式計算特點的云計算平臺，實現(xiàn)了低成本、高效率的大數(shù)據(jù)存儲和有效的數(shù)據(jù)整合、挖掘及智能處理。

2　基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力需求側管理平臺的設計及應用

2.1設計思路

電力需求側管理將需求側節(jié)約的電能也作為一種資源，實現(xiàn)電能資源的優(yōu)化使用。基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力需求側管理平臺通過對電力設施設備的電壓、電流和負荷等電能參數(shù)的在線采集，以及對電壓偏差、頻率偏差和諧波畸變等電能質量指標的在線監(jiān)測，運用智能計算技術，實現(xiàn)企業(yè)對電力負荷、電力分配、電力質量、電力的使用效率以及用電設備安全情況、生產狀態(tài)的實時監(jiān)控和管理，促進企業(yè)提高電能使用效率，降低運行成本，及時發(fā)現(xiàn)、處理企業(yè)的電能質量問題，同時，促進企業(yè)環(huán)保工作的有效開展。

2.2平臺總體架構

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力需求側管理平臺以全面感知企業(yè)電力設施設備的工作狀態(tài)為基礎，通過通信網(wǎng)絡的高效傳輸，以智能計算技術為支撐，實現(xiàn)電能監(jiān)測、質量監(jiān)測、決策分析以及報表管理等電力需求側應用服務。平臺的總體架構圖如圖1所示。

圖1　基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力需求側管理平臺總體架構

（1）基礎設施。包括智能感知和基礎網(wǎng)絡。智能感知是通過部署在各類變壓器、用電設備上的智能感知終端，實現(xiàn)各類電能參數(shù)的實時采集?；A網(wǎng)絡是指通過互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等，建立覆蓋企業(yè)所有電能設施設備的智能感知網(wǎng)絡傳輸體系。

（2）數(shù)據(jù)庫。建立企業(yè)各種電能參數(shù)指標的基礎數(shù)據(jù)庫以及各種企業(yè)用電分析、管理方面的業(yè)務數(shù)據(jù)庫。

（3）應用服務。建設電能監(jiān)測、質量監(jiān)測、電費管理、生產管理、計劃用電管理、決策分析、報表管理及基本信息管理等8個業(yè)務應用模塊。

（4）綜合展現(xiàn)。通過門戶及手機APP應用，為平臺提供統(tǒng)一的訪問和操作入口。

（5）標準規(guī)范體系。建立完善平臺的標準規(guī)范體系，形成具有企業(yè)特色技術標準和規(guī)范，深化企業(yè)應用。

（6）信息安全體系。根據(jù)國家信息安全等級保護標準，結合企業(yè)實際情況，構建較為全面的信息安全保障體系。

2.3主要功能

根據(jù)平臺的總體架構圖，平臺具有8個主要的業(yè)務功能。

2.3.1電能監(jiān)測

在企業(yè)用電設施設備上安裝部署電能監(jiān)測設備，實現(xiàn)用電設施設備的規(guī)格型號、設計值、電量、總負荷、額定容量/功率、總功率因數(shù)、負荷率、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時采集和監(jiān)測。

2.3.2質量監(jiān)測

通過平臺對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析計算，實時掌握企業(yè)配網(wǎng)的運行情況，對用電設施設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題進行動態(tài)跟蹤和預警。

2.3.3電費管理

通過對協(xié)議總價、國家標準單價、協(xié)議單價、階梯電價以及分時電價等電費基本信息的設置，并按照峰電量、谷電量、平電量和尖電量的類別劃分，由系統(tǒng)自動計算出企業(yè)各個用電設備的成本費用，為企業(yè)用電的“削峰填谷”提供數(shù)據(jù)支持。

2.3.4生產管理

通過對企業(yè)生產線、企業(yè)生產崗位的設置以及與實際工作人員排班計劃的匹配，結合電能監(jiān)測設備監(jiān)控企業(yè)各個生產線及企業(yè)生產崗位的工作狀態(tài)，為企業(yè)生產進度管理、人員績效考核提供參考。

2.3.5計劃用電管理

根據(jù)企業(yè)的生產計劃，實現(xiàn)各個生產設備的計劃用電管理，并提供實際用電與計劃用電之間的動態(tài)對比及電能使用預警等功能，實現(xiàn)計劃用電的增購及在企業(yè)內部的轉讓管理。

2.3.6決策分析

實現(xiàn)企業(yè)內部不同組織機構、同類設備用電、同功率設備、同類/不同類生產線、不同設備生產同一產品以及同崗位用電等不同維度的用電情況對比，促進企業(yè)進一步優(yōu)化工作流程，提高企業(yè)的管理水平。

2.3.7報表管理

為企業(yè)提供包括日/月/季/年電量電費報表以及日/月/季/年電力分析等多維度、多層次的電能使用統(tǒng)計分析報表，為管理者、技術專家、普通員工的實際工作提供參考。

2.3.8基本信息管理

實現(xiàn)平臺的用戶管理功能，包括角色劃分和用戶權限分配；實現(xiàn)電能監(jiān)測設備的管理；實現(xiàn)企業(yè)用電設施設備的基本信息管理。

2.4應用案例

某生產企業(yè)擁有多臺變壓器，其中一臺31 500 kVA變壓器供A廠和B廠用電；A廠有2臺整流變壓器、3臺動力變壓器；B廠有16臺專供變壓器，5臺動力變壓器。A廠和B廠的主要用電設備是：高壓電機、直流電機；輔助用電設備：空壓機、風機和水泵等。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的電力需求側管理平臺的應用，促使企業(yè)科學用電、安全用電，部分成效如下。

第一，優(yōu)化用電設備電壓：發(fā)現(xiàn)某高壓電機的電壓水平高出額定電壓5%左右，經(jīng)過平臺進一步監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)65.7%的負荷適用于優(yōu)化電壓，從而實現(xiàn)月節(jié)約電量3.28%左右。第二，優(yōu)化設備運行效率：發(fā)現(xiàn)某幾臺設備的用電量占該生產線的月總用電量的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)某些設備存在諧波畸變的現(xiàn)象，通過加裝串聯(lián)專用電抗器，有效濾除了特征諧波。第四，建立電能考核制度：根據(jù)平臺的監(jiān)測信息，協(xié)助企業(yè)建立可量化的電能考核管理制度。

主要參考文獻

［1］杜濱.電力需求側管理技術研究［D］.北京：華北電力大學，2008.

［2］蔣亞軍，賀平，趙會群，等.基于EPC的物聯(lián)網(wǎng)研究綜述［J］.廣東通信技術，2005（8）：23-29.

［3］牛耕.物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術分析［C］//第十七屆全國青年通信學術年會論文集.北京：國防工業(yè)出版社，2012.

［4］黃曉莉.電力需求側管理在江蘇省的應用研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學，2005.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.14.075

TP311.5

A

1673-0194（2015）14-0097-02

2015-05-04