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北極星輸配電網訊:核心假設或邏輯
第一，國網泛在電力物聯網的建設，將最先落子在智能終端的投資。電網台區側和用電側大量電能信息採集、監測、控制、計量設備和其他傳感設備和控制系統將迎來全面的技術創新和硬體更換升級，新一代智能設備集成更多通訊和計算功能，因此單表價值也將翻倍。
第二，泛在電力物聯網對智能終端的需求不僅僅是升級原有設備，而是在更大範圍內提升電網的全息感知能力，因此對計量工具、通訊模塊的需求數量將幾倍於原來的智能電錶和配電終端，打造廣闊的市場空間。
第三，在電網新的技術標準引導下，我們預期2020年下半年將開始小批量新產品招標，需求持續增長到2024年。市場早期階段由於研發創新的門檻較高，整個市場集中度將快速提升，從原來細分產品市場參與企業40-60家集中到30-20家以內。
泛在電力物聯網是我國能源結構轉型的必然產物
踐行「四個革命，一個合作」我國正處於能源革命進行時
中國能源需求的壓力巨大，能源供給的制約較多，能源技術水平總體落後，能源生產和消費對生態環境損害嚴重。與此同時，伴隨著世界能源轉型的大趨勢，中國作為能源大國和負責任大國，也肩負著推動技術創新、促進地區能源轉型、實現可持續發展的重任。
針對我國能源革命的重要戰略方針，2019年，國家電網公司提出了到2050年實現「兩個50%」的重要判斷，即「2050年我國能源清潔化率（非化石能源占一次能源的比重）達到50%和終端電氣化率（電能占終端能源消費的比重）達到50%」。
能源生產方面，能源供給結構由化石能源占主導轉向由風、光、生物質等非化石能源為主導，是能源生產革命的大方向。當前，我國風、光等清潔能源集中式和分布式開發並舉，能源清潔化率2018年已經達到14.3%，未來仍將保持快速增長。當能源清潔化率達到50%時，非化石能源就已成為一次能源供應主體，是我國能源生產革命實現突破的重要標誌，我國可再生能源時代將正式到來。
能源消費方面，能源需求結構由能源「直接運用」轉向以電為中心的能源「轉化運用」，是能源消費革命的重要體現。電能生產的高效性、傳輸的便捷性、終端的多樣性、使用的清潔性等諸多優勢，隨著電力技術正與信息技術深度融合，能源消費進一步朝向以電為中心。我國電能占終端能源消費比重（終端電氣化）2018年已達到25.5%。終端電氣化率超過50%將是我國能源消費革命取得突破的重要標誌。
能源技術革命，這兩個50%的目標對能源技術提出了更好的要求，新能源、儲能和新型用電技術的發展對電網技術創新形成倒逼之勢，也催生了能源技術革命。同時能源技術和數字化技術的發展也為用能方式轉型提供基礎條件，多能互補、綜合利用，電力電子、先進輸電等技術在電力系統日益廣泛應用，以大數據、雲計算、物聯網、人工智慧、區塊鏈為代表的數位技術與電網技術加速融合，為電網跨越升級提供了強大動力。
能源體製革命方面，2014年我國啟動的電力改革是能源體制改革的重要內容，電力系統打破壟斷經營，多買方—多賣方的競爭性市場格局逐步形成，市場在電力資源配置中的作用彰顯，對電網發揮網絡市場功能、擴大市場開放、提高電力系統運行效率和透明度、加強生態圈建設提出新的要求。
從加強國際合作看，能源是經濟社會發展的命脈，能否在新一輪能源革命中占據制高點，將影響我國在未來全球競爭格局中的地位。
電改大背景下 泛在電力物聯網應運而生
2015年3月，國務院頒發電改「9號文」，提出「三放開、一獨立、一加強」的改革路徑。「三放開」是指在進一步完善政企分開、廠網分開、主輔分開的基礎上，按照管住中間、放開兩頭的體制架構，有序放開輸配以外的競爭性環節電價，有序向社會資本放開配售電業務，有序放開公益性和調節性以外的發用電計劃。「一獨立」是指推進交易機構相對獨立，規範運行。
而售電側放開對電網公司的短期衝擊最大，徹底改變電網公司統購統銷的壟斷局面，使得電力用戶擁有向不同的市場主體購電的選擇權，電力生產企業可以選擇向不同的用戶賣電，電力買賣雙方自行決定電量、電價。因此電網企業必須改變傳統贏利模式，通過重新定位電網功能和電網收益機制。特別是2018和2019年連續兩年一般工商業電價降低10%，輸配電價也相應下調，電網傳統業務經營利潤持續下滑。
一方面電網需要打造電力系統運行全透明的狀態，來保證安全穩定可靠運行，為市場交易提供基礎信息和數據，另一方面，電網需要通過數字化轉型來探索新的收益機制。再這樣的行業大背景下，泛在電力物聯網應運而上。
泛在電力物聯網，是指圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智慧、區塊鏈等現代信息通信技術，實現電力系統各個環節萬物互聯、人機互動，具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特徵的智慧服務系統。
「泛在電力物聯網」將電力用戶及其設備，電網企業及其設備，發電企業及其設備，供應商及其設備，以及人和物連接起來，產生共享數據，為用戶、電網、發電、供應商和政府社會服務；以電網為樞紐，發揮平台和共享作用，為全行業和更多市場主體發展創造更大機遇，提供價值服務。
2019年國家電網正式啟動「泛在電力物聯網」建設，並將其定義為當前國家電網「最緊迫、最重要的任務」。
泛在電力物聯網的建設內容分為對內業務、對外業務、數據共享、基礎支撐、技術攻關和安全防護6個方面，11個重點方向。
對內業務主要是面向電網的生產運營和經營管理，可以提升電網的智能化水平，保障電網平穩運營；同時可以提高客戶滿意度和運營精益化管理，控制成本。
對外業務主要是支持電網企業避免被業務「管道化」，從而向「內容服務」的綜合能源管理轉型，構建一個「樞紐開放共享」的配用電（用能）的產業生態平台，並且形成自身新的商業模式。
5G、雲計算等數字化技術的發展為電網賦能
泛在電力物聯網的架構設計包括感知層、網絡層、平台層、應用層四層結構。
感知層，主要是通過各類終端數據統一標準化接入，解決數據的採集問題；
網絡層，主要是通過廣覆蓋、大連接、低時延、高可靠的信息通信網絡，解決數據的傳輸問題；
平台層，主要是通過超大規模終端統一物聯管理、雲計算和邊緣計算協同，解決數據的管理問題；
應用層，主要是通過數據融通提供標準化數據服務，支撐各類應用的快速構建、隨需疊代，解決數據的價值創造問題。
因此從技術上看，泛在電力物聯網是一系列先進數位技術在能源電力領域的應用，包括物聯網、移動互聯、區塊鏈等互聯技術，大數據、雲計算、人工智慧、邊緣計算等智能技術，以及5G等通信技術。目前相較於通信、銀行等產業，電力的數字化水平仍處於較為落後的階段，處於需求爆發期。
……
智能終端是泛在電力物聯網最先落子環節
國家電網在 2019 年初提出，要緊緊抓住 2019 年到 2021 年這一戰略突破期， 通過三年攻堅，到 2021 年初步建成泛在電力物聯網；通過三年提升，到 2024 年建成泛在電力物聯網。
電力物聯網感知層關鍵技術
泛在電力物聯網建設，在感知層需要鋪設大量的傳感設備（如智能電錶、溫度 傳感等），還需要其他終端產品用於實現數據採集、邊緣計算和通信服務的功能。
這些終端產品分別用於最後一公里通信網、客戶側數據採集、有用於線路側數 據採集、台區邊緣服務、變電站數據採集、有用於末端移動服務等。
1、 非介入式負荷辨識技術
非介入式負荷辨識是一種在用戶電力負荷輸入總線端獲取負荷數據（電壓、電 流），並通過模式識別算法分解用戶用電負荷成分，實現分項計量功能的高級量測技術。該技術利用智能電能表的感知量測數據和本地分析處理，依託主站測 的負荷模型庫和人工智慧、機器學習算法，完成用戶用電負荷類型和用電量的 量測。具備非接入式負荷便是功能的電能表在江蘇、天津和浙江等地開展了小 規模試點驗證工作，相關運行數據已經應用於知道用戶科學用電、支撐居民增 值服務，電網建設運行和政府建設運行和政府宏觀決策。典型的應用場景包括 負荷預測、安全用電、智能家居等。
2、隨器計量技術
隨器計量技術是一種面向居民用電設備應用的新型感知技術，具有電參量量測、 環境參量感知和控制策略輸出等功能。一般採用嵌入家用電器內部和隨氣計量 智能插座兩種技術實現方案。該技術與非介入式符合便是技術相輔相乘，一般 通過定製用電設備和隨器計量智能插座實現。定製用電設備是指設備自帶計量 模塊，國內家電巨頭都在做相應產品的規劃和開發；而隨器計量智能插座是在 插座上加入計量功能。通過數據共享實現模型修正，共同實現對用戶符合的精 確感知，滿足家用電器級的深入感知和精準控制需求，為用電設備的精準運行 監測、智能控制和源網荷協同運行提供了技術方案。
3、傳感晶片技術應用
三相智能電能表用磁傳感晶片能夠實時監測環境磁場干擾、記錄、上報磁場竊 電事件。已經取得市場廣泛認可;單相電能表用微控制器晶片已完成研發,目前處 於驗證測試階段。
4、基於 HPLC 的用采高級應用技術
基於高速電力線載波通信（HPLC）技術的深化應用主要包括:高頻數據採集、 停電主動上報、時鐘精準管理、相位拓撲識別、台區自動識別、ID 統一標識管 理、檔案自動同步以及通信性能檢測和網絡優化八大高級應用功能。這些功能 支撐了多維的分布式能源接入、電動車充電樁的採集監控、台區線損精細分析、 營配貫通檔案校核等。
5、基於 HPLC 的雙模通信技術
基於 HPLC 的雙模通信技術可應用於載波通信盲點場景、無線通信盲點場景以 及雙模融合通信場景,並可在低壓配電網最後「一公里」接入場景,實現智能家居、 智慧城市、電動車充電樁遠程監控計費、分布式可再生能源接入及監控、樓宇 控制系統、工業配電及遠程監控,利用 HPLC 與無線互補特性,提高接入網通信 的覆蓋率,提高智能電網新業務支撐能力。
6、電錶智能化監測技術
電能表在長時間運行中,可能因為竊電、故障、老化或失效造成幅值和相位誤差 變化,或者由於長時間過電流運行造成電能表端子座溫度過高而燒毀的情況。新 代智能電能表設計方案中增加了誤差自監測功能和端子座測溫功能：通過誤差 自監測功能可及時發現計量異常情況並上報,形成監測時間記錄與凍結;端子座 測溫功能通過對電能表端子座進行測溫,實時感知異常現象,對現場情況進行准 確報警、拉閘保護、事件記錄、主動上報。
7、綜合能源測量感知技術
綜合能源測量感知技術充分利用用電信息採集系統、設備、通信資源，構建開 放、共享的數據平台。設備感知層涵蓋各種類型的能源計量表計、環境監測設 備、測量感知傳感器；網絡通信層可支持採用 HPLC、RF、藍牙、Zigbee、 WiFi、 M-BUS、RS-485 等各種通信技術，並構建支持面向對象通信協議，以及各類 能源計量表計、測量感知設備的互聯互通協議棧，實現設備的即插即用。
平台應用層可基於公有雲和私有雲進行構建,打破內外網邊界,實現與政府、企業、 用戶數據的安全交互。目前已累計接入電、水、氣、熱「多表合一」信息採集用戶 533 萬戶,建成 14 個國網級示範區,共享數據超過 5000 余萬條。
8、電動車有序充電技術
國網電動汽車公司在泛在電力物聯網中處於新興業務市場化的戰略前沿。充電 樁作為連接電動汽車、用戶和電網的數據埠，是電動汽車數據、用戶數據、 能源數據交互的關鍵樞紐，具有典型的物聯網終端特徵，是國家電網泛在電力 物聯網在用戶側的重要入口。
電動汽車有序充電是指用戶通過 APP 提出充放電業務申請,主站按照指定的充 電計劃,在指定時間點給充電樁下達指令,實現對電動汽車充電啟停控制和實時 功率限值調節。
2019 年，國網公司開展電動汽車有序充電方案設計和樣機研製。截止目前，電 動汽車有序充電樁已經在北京、上海、浙江等地區開展試點應用。具體為：北 京 33 台，上海 30 台，杭州 30 台，寧波 30 台。
9、電力互感器在線監測技術
互感器又稱為儀用變壓器，是電流互感器和電壓互感器的統稱。能將高電壓變 成低電壓、大電流變成小電流，用於量測或保護系統。其功能主要是將高電壓 或大電流按比例變換成標準低電壓（100V）或標準小電流（5A 或 1A，均指額 定值），以便實現測量儀表、保護設備及自動控制設備的標準化、小型化。同時 互感器還可用來隔開高電壓系統，以保證人身和設備的安全。
電力互感器在線監測裝置根據電力互感器運行誤差評價方法及模型,規範電力 互感器的型式評價、現場檢定及運行管理模式，提高電力互感器的檢驗、運維、 管理水平，直接服務電能貿易結算，開展精細化線損分析。
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