基于电力物联网的智慧建筑能耗管理研究进展

物联网的兴起给智慧建筑能耗管理带来了革命性的突破。随着对建筑智能水平要求的不断提高,为实现建筑内各系统、设备之间互联互通,需将其与物联网技术进一步整合。基于电力物联网技术分析了智慧建筑中的能耗管理方式,阐述了绿色建筑中能耗预测、节能方面的研究进展,重点对基于电力物联网的智慧建筑能耗管理架构进行了优化与设计。     

高校数据中心的绿色节能研究

为满足高校数据中心快速发展的需求,提高IT设备的运行效率,有效降低数据中心的能耗。围绕数据中心绿色节能的目标,讨论了IT设备、空调系统及UPS系统三个主要能耗部分,分析了降低其能耗的方法和技术,为绿色数据中心的规划设计及运行提供了依据．     

互联网视角下的泛在电力物联网

泛在电力物联网为能源产业的发展和转型提供了新的契机和环境,融合了智能电网与泛在电力物联网的能源互联网是未来能源发展的必然趋势。泛在电力物联网的本质是通过多元主体的泛在连接形成以数据为驱动的能源互联网,实现业务的持续创新发展和能源产业链的价值提升。在此基础上,首先梳理了泛在电力物联网的演进历程,进而解读了泛在电力物联网的概念及其体系架构,然后从互联网视角分析了泛在电力物联网的思维特征和运营模式特征,最后从数据业务化及综合能源服务等方面提出了互联网视角下泛在电力物联网的发展路线,为能源互联网的建设和发展提供参考。     

非侵入式电力负荷分解算法综述

非侵入式电力负荷监测是将总的电力消耗分解为每个用电设备的电力消耗并对其进行监测。非侵入式负荷监测系统无需安装大量监测设备,就可进行能源监测、故障监测、故障分析等多种类型的电能质量控制分析,文中介绍了国内外主流电力负荷分解算法以及算法评估方法,并就存在的问题及未来的发展方向进行了阐述。     

聚合增强型以太网环境下的数据中心建设

针对高校传统数据中心因存储网(SAN)与局域网(LAN)并存所导致的管理复杂、能耗高以及空间严重不足等问题,采用FCoE标准和聚合增强型以太网(CEE)对学校数据中心的以太网和存储网进行整合,通过搭建合适的测试环境对传统数据中心网络和CEE的数据传输性能进行比较,验证了CEE的优势。整合后的网络既减少了网络中的设备数量,实现数据中心网络架构的融合,又利用了数据中心的前期投资,为高校数据中心的网络改造提供了可行方案。     

宿州电力通信网智能化建设与改造

在简单介绍宿州电力通信网现状的基础上,分析了原通信网在传输网结构、站点安全、业务应用和设备老化等方面存在的问题和不足。结合通信网改造需求和未来发展方向,提出以建设自动交换光网络ASON（Automatic Switched Optical Network）技术为支撑的电力通信网智能化为方向的改进目标。结合地区电力通信网实际实施的智能化建设与改造,促进主备网及配电接入网的互联,并进行新型通信网下的业务再分配,初步建成坚强的地区电力智能通信网,充分满足当前和今后的电力业务需求,同时也为全面开展智能电网建设打下坚实的基础。     

“多站融合”背景下边缘数据中心运行优化研究

随着泛在电力物联网的发展，传统通信技术与计算平台已逐渐无法适应庞大的数据传输与计算规模，5G通信技术与边缘计算将成为支撑泛在电力物联网建设的中坚力量。“多站融合”模式的提出为边缘数据中心的运营提供了新的方向，多站一体化运行方法有待深入研究。针对边缘数据中心的数据迁移方法以及“多站融合”模式下各功能站协同优化问题，文章设计了涵盖数据中心、储能电站等功能站的融合站运行架构，构建了数据中心负荷模型、储能电站数学模型，并基于混合整数非线性规划方法，建立了以最小化年总成本为目标的融合站协同优化与数据迁移调度模型。通过模型的优化求解，确定了最佳数据迁移调度策略与储能电站最优运行方案。利用案例分别对数据迁移策略与储能电站的作用进行仿真分析，通过计算，采用数据迁移策略后，典型日运行成本降低了2.38%，年总成本降低了1.36%；发挥储能电站削峰填谷作用后，典型日运行成本进一步降低了8.34%，年总成本进一步降低了4.67%。结果表明，在满足时延约束情况下将数据负荷按一定策略进行分配可以实现各边缘数据中心互补调度，达到降低运行成本的效果，结合分时电价政策，利用储能电站参与日常电力调度，可以进一步将峰时负荷转移至谷时，从而显著降低运行成本。     

基于大数据的公共建筑能耗监测系统研究与应用

为了解决当前公共建筑能耗居高不下的突出问题,借助当前信息化技术手段,围绕公共建筑能耗监测系统中的大数据应用,从监测系统的总设计框架入手,分别就物联网中数据采集器设计方式、数据传输技术、数据库部署方式分别进行了深入研究,同时又从安全领域对基于大数据的公共建筑能耗监测系统的应用保障做出了探究,结果表明在建立一套科学完备的公共建筑能耗监测体系时以上各部分必不可少,且意义非凡.     

专栏评述：泛在电力物联网

随着新能源和储能技术的进步、“云、大、物、移、智、链”等互联网技术的应用,电力系统正逐步向以“横向能源互补,纵向源–网–荷–储协调”为主要特征的综合能源系统进一步发展,同时,电力零售市场开放,社会资本进入配售环节,用户选择性增强,使得电网公司将以产品为中心的传统能源供给模式逐步转变为以客户为中心的新型能源服务模式。为了应对挑战,国家电网有限公司提出了“三型两网”的战略目标,泛在电力物联网（Electrical Internet of Things,EloT）是落实该战略目标、建设能源互联网的主要内容和重要支撑,对促进国家能源结构变革、实现源–网–荷–储的智能协调优化、提升用户用能体验起到至关重要的作用。 EIoT充分运用云计算、人工智能、大数据、物联网等互联网技术,将发电企业、电网公司、售电公司、电力用户和相关设备连接起来,实现了电力系统各环节万物互联、人机智慧交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的特点。其中,电网公司发挥枢纽与平台作用,生成覆盖能源生产、传输、交易、消费各个环节共享的电力大数据。在中国已开展的电力物联网建设涉及2.4万个系统节点（110 kV及以上）、1 200万套高压计量设备、0.8亿台配网终端和故障指示器、4.7亿台电能表,目前采集数据日增量已达60 TB。EIoT的系统架构主要分为感知层、网络层、平台层和应用层等四层架构,如图1所示。其中：感知层是EIoT的物理基础,使用智能电表等一系列数据采集装置对电力系统的各个环节进行数据采集;网络层通过5G等新技术实现电力大数据的高效传递;平台层将数据进行统一汇集管理,打破各环节的数据壁垒;应用层则协同综合能源服务体系的建设,向系统主体提供更加智能化、人性化的电力普遍服务,体现信息价值。 基于此背景,依托2019年“四川大学泛在电力物联网研究中心”的成立,发起了泛在电力物联网专栏。专栏邀请了多位国内外同行撰写稿件,由期刊编辑部组织论文审稿,经严格审稿、修改等环节,最终录用发表了7篇学术论文,作者分别来自四川大学、上海交通大学、厦门大学、湖北工业大学、国网眉山供电公司、国网淮安供电公司、国网郑州供电公司、国网厦门供电公司等单位。其中：刘东等介绍了国内外先进虚拟电厂的发展状况,全面阐述虚拟电厂在协调控制、优化调度、参与电力市场交易三个方面的研究现状,指出泛在电力物联网下虚拟电厂的关键技术问题与发展前景。李华强等考虑能源互联网与综合能源服务的协同发展,从市场组织形式、服务商业模式和数据业务化三个角度出发,构建了能源互联网与综合能源服务协同发展的市场运营模式。肖先勇等采用多粒度属性与知识发现方法对泛在电能质量检测数据进行分析挖掘,实现了电压暂降产生原因的识别、传播规律刻画和影响程度评估等不同层面的知识规则提取。刘继春等基于社会发展、电动汽车规模、充电桩数量、建设成本等多维因素,并综合考虑充电服务网在泛在电力物联网定位及多主体关系,建立了充电服务费定价的系统动力学模型,得到充电服务费价格未来的变化趋势,并分析了不同因素对充电服务费价格的影响,为未来充电服务网运营与规划提供了参考。周步祥等研究了一种基于假设检验的快速事件检测算法,对智能电表采集到的总功率信号进行分析建模,进而实现了开关事件的精确识别,解决了传统非侵入式负荷监测数据处理量大、涵盖面不全、鲁棒性差的问题。孟超等提出了多站融合模式下变电站、数据中心站与储能电站协同运行架构体系,建立了融合站协同优化与数据迁移调度模型,并给出了降低数据处理成本和电力成本的方案。汪繁荣等研究了一种负荷分解方法,显著提高了对负荷特性信息的挖掘能力和分解辨识能力,解决了传统非侵入式负荷监测与分解方法耗时长、辨识精度低的问 题,将对用电设备运行状态辨识准确率提高至86%。 专栏所发表的7篇论文分别采用理论分析、模型建立、数值计算以及综述介绍等方式对泛在电力物联网的相关问题进行了研究,所提出的技术方法有较好的参考价值。但由于泛在电力物联网是一个超大型系统,所涉及的问题众多且极为复杂,还有更多值得研究或探讨的问题并未在本专栏中体现,例如,全面智能感知技术、面向电力物联网的信息传输及信息安全技术、在电力物联网背景下的新型商业模式的探讨等。     

基于物联网的电力巡检维护高效管理

深入剖析了电力巡检维护中面临的问题,通过建立统一的设备编码标准,并结合物联网概念及射频识别技术,以高效、安全、可靠为出发点,对电力巡检对象的管理、维护过程的动态跟踪,以及巡检报告管理进行了探讨,并进一步分析了应用物联网技术对巡检维护的重要意义.     

基于物联网技术的输变电设备状态监测与检修资产管理

针对当前状态检修工作中设备状态监测、检修资产管理的现状,探讨了物联网技术的应用优势,阐述了相应通信结构及相关通信标准,并提出输变电设备状态监测与检修资产管理一体化系统方案,该方案对于促进智能电网设备检修状态化、运维高效化的发展,实现资源整合利用,及提高跨部门的状态检修业务效率,具有积极意义.     

风光互补发电远程监控系统的设计

能源是人类生存和社会发展的基本要素,风能和太阳能作为清洁的绿色能源,利用风能和太阳能发电可以大大缓解目前的能源危机。由于其能源的特点,风力发电和光伏发电设备都设立在荒漠或山区,使得设备的监控和数据采集困难。介绍了风光互补发电系统的组成,基于组态软件开发了一种远程监控系统,实现了对风光互补发电系统的远程监控。     

Design of the low power wake-up receiver for internet of things communication

A wake-up receiver with high energy efficiency and low power consumption is proposed for solving the power consuming problems of wireless nodes communication in the Internet of Things. The proposed wake-up receiver based on the wake-up mechanism can effectively schedule the network nodes communication, and use the simple envelope detection structure to achieve frequency down-conversion, which can flexibly manage energy and reduce power consumption. Based on UMC 65nm CMOS process technology, the wake-up receiver is designed and simulated. The results show that it can achieve S₁₁ of -21dBm and a sensitivity of -75dBm at a data rate of 1Mb/s, when operating at the central frequency of 780MHz and input signal adopting an on-off keying (OOK) modulation, and the power consumption is 82μW at 1.2V voltage supply.     

一种非侵入式低功耗高精度的用电器识别算法

非侵入式用电器识别是实现泛在电力物联网客户侧智能感知的关键技术。针对现有非侵入式用电器识别系统计算复杂度过高,不利于产业化的问题,提出了一种基于长短期记忆网络的低成本、低功耗、高精度且可应用于嵌入式微控制器的非侵入式用电器识别算法和系统。首先,对总线上的电流进行同步采集;其次,利用所提出的多参数的检测方法判断出用电器的投切事件;再次,利用长短期记忆网络,对投切时间点前后变化的数据进行识别,得到投切事件的用电器种类;最后,结合累积和判断出当前的用电器的种类和数量。仿真和实测结果表明,只需要针对单个用电器进行少量数据的训练,即可在嵌入式微控制器系统中对组合用电器实现高达99.6%的平均识别准确度,且系统功耗小于1.5 W。这种算法可进一步应用于统计各个用电器的投切时间点、使用时长和功耗总和等工作情况,为智能电网提供精细化的用户用电信息,并为电网能源管理和优化提供重要参考。     

分布式企业级电气化监控和能量管理系统(E3CS)

结合智能电网的需求和大型工业企业的能量管理现状提出企业级电气化监控和能量管理系统（Enter-prise Electric Energy Control System,E3CS）的设计方案.利用基于嵌入式技术的一体化智能测控和保护装置对广域分布在生产区域的各个用电能耗设备进行信息采集和智能控制;基于电力企业CIM扩展企业级公共信息模型ECIM,采用可伸缩矢量图形SVG格式显示企业电网接线图,实现图模一体化管理的企业数据平台;在掌握了工业企业完整的能量消耗信息后,在企业层面或者区域能量监测中心层面实现系统级的能量分析和优化节能.     

数据中心节能减排技术与规划建设

分析当前数据中心节能减排存在的问题,根据IT设备、空调制冷系统和供电系统的节能减排技术,提出数据中心建设规划应考虑选址、精确送风、分路计量、高压直流供电等节能减排措施。     

基于排队论的异构数据中心性能及能源管理策略

该文研究了怎样在一个数据中心内的几种具有不同处理能力的服务器之间,在消耗最小能量的同时根据等待时间保证性能要求。重点探讨了在给定基于等待时间的性能要求的前提下,使用动态开启/关闭一部分服务器的管理策略,实现最小化数据中心能耗的问题;使用排队论建立了数学模型来确定应开启的服务器的数目。实验结果表明,相比于不考虑服务器分组的调度策略,该方法可以减少能耗,其策略也为研究异构数据中心的能耗与性能的权衡提供了途径。