基于物联网的电力需求侧管理平台的设计和应用

贾之楠，王继伟，石 倩

（中国航天系统科学与工程研究院，北京 100048）

基于物联网的电力需求侧管理平台的设计和应用

贾之楠，王继伟，石 倩

（中国航天系统科学与工程研究院，北京 100048）

电力需求侧管理为企业经营管理提供了一种思路，可产生良好的经济效益和社会效益。本文在探讨物联网的基础上，阐述基于物联网技术的电力需求侧管理平台的设计思路及功能，并通过企业应用实例进一步介绍平台的应用效果，为电力需求侧管理工作的深入开展提供借鉴。

物联网；电力需求；侧管理；电能监测；电力能源

随着我国经济和社会的发展，企业对电力能源的需求不断增长，但如果仅增加电力基础设施投资，不进行电力能源的优化使用，将造成电力能源的浪费，同时，电力工业的发展将越来越受到现有资源和环境保护因素的制约。从实现电力能源利用最优化和促进企业发展出发，电力需求侧管理（DSM）的概念被越来越多的人所接受，也为加快城市现代化进程和产业结构升级提供了一种思路。而具有全面感知、可靠传输以及智能处理的物联网技术在各行业的广泛应用，为电力需求侧管理的应用提供了技术手段。

1　物联网的定义及关键技术

1.1物联网定义

物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统及激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

1.2物联网关键技术

物联网主要有射频识别（RFID）、传感器、网络与通信技术和智能技术4种关键技术。

1.2.1射频识别

又被称为电子标签技术，标签中存储着规范且具有互用性的信息，通过通信网络把它们自动采集到信息系统，实现物品的自动识别和信息共享，从而对物品进行透明管理和追踪管理。

1.2.2传感器

它是能够感知被测指标并将其按照一定的规律转换成可用信号的设备。将测量到的信息（温度、压力、湿度以及光照强度等），转变成为电信号或其它形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

1.2.3网络与通信技术

主要包括广域网通信和近距离通信，广域网通信主要包括IP互联网、2G/3G/4G移动通信以及卫星通信技术等；在近距离通信方面，目前的主流技术是基于IEEE 802.15.4标准的Zigbee，具有功耗低、可靠、安全、网络容量大、成本低廉、自组网和动态路由等特点。

1.2.4智能技术

在物联网中，海量数据存储和复杂运算是物联网应用的难题之一，而云计算技术的兴起有效地促进了物联网应用。依托云计算技术具有虚拟化、集中管理、自动调度和分布式计算特点的云计算平台，实现了低成本、高效率的大数据存储和有效的数据整合、挖掘及智能处理。

2　基于物联网技术的电力需求侧管理平台的设计及应用

2.1设计思路

电力需求侧管理将需求侧节约的电能也作为一种资源，实现电能资源的优化使用。基于物联网技术的电力需求侧管理平台通过对电力设施设备的电压、电流和负荷等电能参数的在线采集，以及对电压偏差、频率偏差和谐波畸变等电能质量指标的在线监测，运用智能计算技术，实现企业对电力负荷、电力分配、电力质量、电力的使用效率以及用电设备安全情况、生产状态的实时监控和管理，促进企业提高电能使用效率，降低运行成本，及时发现、处理企业的电能质量问题，同时，促进企业环保工作的有效开展。

2.2平台总体架构

基于物联网技术的电力需求侧管理平台以全面感知企业电力设施设备的工作状态为基础，通过通信网络的高效传输，以智能计算技术为支撑，实现电能监测、质量监测、决策分析以及报表管理等电力需求侧应用服务。平台的总体架构图如图1所示。

图1　基于物联网技术的电力需求侧管理平台总体架构

（1）基础设施。包括智能感知和基础网络。智能感知是通过部署在各类变压器、用电设备上的智能感知终端，实现各类电能参数的实时采集。基础网络是指通过互联网、移动互联网等，建立覆盖企业所有电能设施设备的智能感知网络传输体系。

（2）数据库。建立企业各种电能参数指标的基础数据库以及各种企业用电分析、管理方面的业务数据库。

（3）应用服务。建设电能监测、质量监测、电费管理、生产管理、计划用电管理、决策分析、报表管理及基本信息管理等8个业务应用模块。

（4）综合展现。通过门户及手机APP应用，为平台提供统一的访问和操作入口。

（5）标准规范体系。建立完善平台的标准规范体系，形成具有企业特色技术标准和规范，深化企业应用。

（6）信息安全体系。根据国家信息安全等级保护标准，结合企业实际情况，构建较为全面的信息安全保障体系。

2.3主要功能

根据平台的总体架构图，平台具有8个主要的业务功能。

2.3.1电能监测

在企业用电设施设备上安装部署电能监测设备，实现用电设施设备的规格型号、设计值、电量、总负荷、额定容量/功率、总功率因数、负荷率、A/B/C相电流、A/B/C相电压、零线电流以及温度等信息的实时采集和监测。

2.3.2质量监测

通过平台对监测数据的分析计算，实时掌握企业配网的运行情况，对用电设施设备可能存在的电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波畸变以及电能异常等问题进行动态跟踪和预警。

2.3.3电费管理

通过对协议总价、国家标准单价、协议单价、阶梯电价以及分时电价等电费基本信息的设置，并按照峰电量、谷电量、平电量和尖电量的类别划分，由系统自动计算出企业各个用电设备的成本费用，为企业用电的“削峰填谷”提供数据支持。

2.3.4生产管理

通过对企业生产线、企业生产岗位的设置以及与实际工作人员排班计划的匹配，结合电能监测设备监控企业各个生产线及企业生产岗位的工作状态，为企业生产进度管理、人员绩效考核提供参考。

2.3.5计划用电管理

根据企业的生产计划，实现各个生产设备的计划用电管理，并提供实际用电与计划用电之间的动态对比及电能使用预警等功能，实现计划用电的增购及在企业内部的转让管理。

2.3.6决策分析

实现企业内部不同组织机构、同类设备用电、同功率设备、同类/不同类生产线、不同设备生产同一产品以及同岗位用电等不同维度的用电情况对比，促进企业进一步优化工作流程，提高企业的管理水平。

2.3.7报表管理

为企业提供包括日/月/季/年电量电费报表以及日/月/季/年电力分析等多维度、多层次的电能使用统计分析报表，为管理者、技术专家、普通员工的实际工作提供参考。

2.3.8基本信息管理

实现平台的用户管理功能，包括角色划分和用户权限分配；实现电能监测设备的管理；实现企业用电设施设备的基本信息管理。

2.4应用案例

某生产企业拥有多台变压器，其中一台31 500 kVA变压器供A厂和B厂用电；A厂有2台整流变压器、3台动力变压器；B厂有16台专供变压器，5台动力变压器。A厂和B厂的主要用电设备是：高压电机、直流电机；辅助用电设备：空压机、风机和水泵等。通过基于物联网的电力需求侧管理平台的应用，促使企业科学用电、安全用电，部分成效如下。

第一，优化用电设备电压：发现某高压电机的电压水平高出额定电压5%左右，经过平台进一步监测，发现65.7%的负荷适用于优化电压，从而实现月节约电量3.28%左右。第二，优化设备运行效率：发现某几台设备的用电量占该生产线的月总用电量的4.6%，可采用变频电源降低30%的用电量，从而节约月总用电量的1.4%左右。第三，治理谐波污染：发现某些设备存在谐波畸变的现象，通过加装串联专用电抗器，有效滤除了特征谐波。第四，建立电能考核制度：根据平台的监测信息，协助企业建立可量化的电能考核管理制度。

主要参考文献

［1］杜滨.电力需求侧管理技术研究［D］.北京：华北电力大学，2008.

［2］蒋亚军，贺平，赵会群，等.基于EPC的物联网研究综述［J］.广东通信技术，2005（8）：23-29.

［3］牛耕.物联网关键技术分析［C］//第十七届全国青年通信学术年会论文集.北京：国防工业出版社，2012.

［4］黄晓莉.电力需求侧管理在江苏省的应用研究［D］.镇江：江苏大学，2005.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.14.075

TP311.5

A

1673-0194（2015）14-0097-02

2015-05-04