劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：從電網(wǎng)的應(yīng)用入手，介紹泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、5G應(yīng)用以及兩者的結(jié)合在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。基于5G時代背景，探究了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國電力系統(tǒng)的應(yīng)用情況，為我國電網(wǎng)的新技術(shù)發(fā)展提供一定參考。

關(guān)鍵詞：泛在物聯(lián)網(wǎng)；5G；應(yīng)用

0引言

隨著我國各方面的不斷發(fā)展，尤其是經(jīng)濟的發(fā)展，對電力的需求也越來越高，電網(wǎng)的建設(shè)也不斷增加，供電系統(tǒng)也面臨巨大的挑戰(zhàn)。電力新技術(shù)作為電力系統(tǒng)的著重發(fā)展部分，其有效，平穩(wěn)的運行顯得尤為重要。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和 5G 也是重要的一個環(huán)節(jié)。在實現(xiàn)智慧服務(wù)、對接和新業(yè)務(wù)、新業(yè)態(tài)和新模式中面對不同的問題需要不同的解決方案，能保證新業(yè)務(wù)、新業(yè)態(tài)和新模式，擴大能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，主動對接地方經(jīng)濟發(fā)展，建設(shè)一站式服務(wù)平臺，打造利益共同體。同樣，5G 技術(shù)的發(fā)展將使配網(wǎng)系統(tǒng)朝著更加可靠，有效的方向前進。本文從泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、5G 和兩者結(jié)合等方面介紹了電網(wǎng)新技術(shù)的有效便利性。

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

近年來，國家電網(wǎng)有限公司提出并大力發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，同時，緊密結(jié)合“三型兩網(wǎng)"新戰(zhàn)略，集合全體員工的智慧，共同推進泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需在技術(shù)層面進行突破。全球互聯(lián)網(wǎng)正在進行技術(shù)變革，要從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)核心技術(shù)方面采取措施，通過傳感的設(shè)備、測量的設(shè)備、各種感知的模組模塊來廣泛地進行融合，讓傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)擁有一個非常有效、平穩(wěn)、智能的神經(jīng)指揮大腦。事實上，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中這些已經(jīng)在逐步得以實現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)在輸配電線路的施工現(xiàn)場，傳感節(jié)點出現(xiàn)了續(xù)航時間短、感知精度低、抗干擾能力弱的問題，需要電力傳感芯片對狀態(tài)的及時、準確感知提供支撐。于是，通過采集電力應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，進行了芯片性能與環(huán)境的相關(guān)性分析，通過開發(fā)輔助設(shè)計軟件，指導(dǎo)芯片工藝參數(shù)與設(shè)計改進。

很多成果是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中涌現(xiàn)出來的，具有很強的實用性，得到了社會的高度關(guān)注[2]。國網(wǎng)某省電力有限公司和中國鐵塔股份有限公司的小伙伴運用物聯(lián)網(wǎng)思維探索出了一條“鐵塔共享"之路。5G 已來，但目前低頻帶寬資源有限，難以滿足新興業(yè)務(wù)大容量的需求，未來 85%的新建基站將借助社會塔解決，電力塔共享是解決站址問題的選擇。通過共享，鐵塔可以成為集電力專網(wǎng)、運營商公網(wǎng)為一體的通信結(jié)點，集輸配供儲為一體的能源節(jié)點，集電力設(shè)施、通信設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測、安防監(jiān)控為一體的空間信息共享節(jié)點，是“三型兩網(wǎng)"建設(shè)的具體實踐。未來共享鐵塔在資源節(jié)約方面的光明前景。

2 5G技術(shù)及應(yīng)用

第五代移動通信技術(shù)是新一代蜂窩移動通信技術(shù)，根據(jù)全球移動供應(yīng)商協(xié)會（GSA）于 8 月發(fā)布的報告，在全球各國的 5G 競爭當中，已經(jīng)初步形成了梯隊為中、韓、美、日，梯隊為英、德、法的競爭格局。中國的 5G 研發(fā)和建設(shè)可以說走在世界前列，甚至是超前的。

隨著 5G 與電網(wǎng)業(yè)務(wù)的深度融合，將通過在高壓線路保護、城市電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、客戶用電信息采集等專業(yè)領(lǐng)域試點應(yīng)用，挖掘 5G 技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的人機交互、萬物互聯(lián)，助力智慧城市產(chǎn)業(yè)建設(shè)。一直以來，供電公司推動泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，主動拓展 5G 新技術(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用。在 220 千伏鏌铘站進行試點，建成某省5G 技術(shù)電力綜合應(yīng)用示范區(qū)，綜合示范區(qū)貫通了端到端全程 5G SA 網(wǎng)絡(luò)通信通道，搭建 5G 技術(shù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)創(chuàng)新合作平臺，平臺集 4K 高清、VR、機器人巡檢、無人機巡視多功能于一體，構(gòu)筑了 5G+ 天、地、人立體化監(jiān)測體系，實現(xiàn)了對工程建設(shè)進度質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)、人員行為的全時段監(jiān)視、感知、立體化防護。

3 5G和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

據(jù)報道，今年初，一臺紅白相間的六旋翼巡檢無人機盤旋在國網(wǎng)公司某 110kV 海洋變電站內(nèi)，同時，另外一臺機身為深藍色、機頭為白色的新型巡檢機器人正在巡視變電站內(nèi)的各種電力設(shè)備。這其實是國網(wǎng)電力研發(fā)出的基于 5G 技術(shù)的新型線路巡檢無人機和基于 VR 技術(shù)的新型變電站巡檢機器人。相比 4G 技術(shù)，5G 技術(shù)具有高速率、大帶寬、低時延的優(yōu)點。傳統(tǒng)的線路巡檢無人機只能傳輸 1080P 的視頻，這樣會導(dǎo)致輸電設(shè)備的微小缺陷無法被識別。而該款搭載有 5G 終端的無人機能夠拍攝 4K 高清視頻并通過 5G 網(wǎng)絡(luò)回傳給線路運維人員。運維人員無需攀登鐵塔即可清晰看到輸電線路及附屬設(shè)備的每一個細節(jié)，提升了巡檢人員的工作效率。這款無人機還能安裝激光雷達實時進行三維建模，自動規(guī)劃航線。無人機工作完成后會自動飛回機巢充電。未來，除了在變電站建設(shè)機巢，針對遠距離巡檢任務(wù)，還可以在電力作業(yè)車上搭載移動機巢。這樣一來，變電站就變成了“機場"，移動作業(yè)車就變成了“航空母艦"。

傳統(tǒng)的變電站巡檢機器人須沿著既定軌道巡視站內(nèi)設(shè)備，而這臺基于 5G 技術(shù)的 VR 變電站智能巡檢機器人則不需要既定軌道，遇到障礙物會自動識別并繞開，開展全自動巡視。這得益于這款巡檢機器人搭載的 5G 終端、多種物聯(lián)網(wǎng)傳感器和高清 VR 攝像頭。5G 網(wǎng)絡(luò)的超低延時特點確保了機器人高精度巡檢，既保證了巡視路線、查看設(shè)備位置的自由度，又能防止巡檢機器人誤入帶電區(qū)域，保證了巡檢作業(yè)的可靠性。此外，通過 5G 網(wǎng)絡(luò)可以將巡檢機器人搭載的 8K 高清全景攝像頭所拍攝的巡檢視頻實時地回傳到后臺指揮，指揮的工作人員利用匹配的 VR 眼鏡就能夠獲取變電站實景的現(xiàn)場式體驗；同時，該套系統(tǒng)還能提供針對多個變電站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)的專家遠程診斷，通過遠程專家的診斷意見，能夠提升了設(shè)備缺陷查找效率和準確性，給現(xiàn)場處置提供幫助。國網(wǎng)公司的這兩款新式裝備在 110 千伏海洋變電站的巡檢，也標志著國家電網(wǎng)公司實現(xiàn)基于 5G 技術(shù)的陸空一體化電力設(shè)施立體巡檢。

隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的投入使用，電網(wǎng)公司還可以依托5G 共享基站智能運維技術(shù)，進一步拓展 4K 高清監(jiān)控音視頻信號雙向互動、智能全景 AR 巡檢機器人遠程監(jiān)控等功能，推進電網(wǎng)運行 5G 智能新時代。利用開放的通信資源能力、豐富的數(shù)據(jù)資源和大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力、軟硬件集成能力以及云網(wǎng)一體的運營維護能力，為國網(wǎng)威海供電公司提供技術(shù)、運營、服務(wù)、管理等體系的賦能，提升國網(wǎng)公司的“三型兩網(wǎng)、世界水平"的發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建能源系統(tǒng)智能化運營體系。此外，電網(wǎng)公司也可以和通信企業(yè)進行戰(zhàn)略合作，共同打造應(yīng)用 5G 通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧電網(wǎng)示范項目或示范工程，建設(shè) 5G 基站基礎(chǔ)設(shè)施，共同在 5G 通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域開展研究，突破 5G 通信、物聯(lián)網(wǎng)等方面的新技術(shù)的應(yīng)用與落地。 

4安科瑞為國家電網(wǎng)2021泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供解決方案

安科瑞電氣深耕用戶側(cè)能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯(lián)網(wǎng)云平臺到終端傳感器的生態(tài)體系，在“源（電源）-網(wǎng)（電網(wǎng)）-荷（負荷）-儲（儲能）"各個環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，已經(jīng)形成“云（云平臺）-管（有線/無線物聯(lián)）-邊（邊緣計算）-端（終端設(shè)備）"的生態(tài)系統(tǒng)，參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，為國家電網(wǎng)建設(shè)“三型兩網(wǎng)"提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現(xiàn)信息連接和交互，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，從而為電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商、用戶服務(wù)。

4.1云平臺

安科瑞電氣近年來已經(jīng)陸續(xù)推出變電所運維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺、充電樁（電動汽車/自行車）運營管理云平臺、預(yù)付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多地國網(wǎng)公司用戶端業(yè)務(wù)、環(huán)保部門、安監(jiān)部門、住建部門等。

4.1.1變電所運維云平臺

據(jù)統(tǒng)計全國高供高計的工商業(yè)用戶數(shù)量達到200多萬戶，規(guī)模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風(fēng)險預(yù)防薄弱等問題。國網(wǎng)公司和眾多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場，這是一個千億級別的市場。

AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、和煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。

4.1.2能源管理云平臺

Acrelcloud-5000能耗管理云平臺可適用于各個行業(yè)，如辦公建筑、工廠、教育建筑、建筑、商業(yè)綜合體等，可通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡(luò)采集不同區(qū)域多個建筑或單位的用能數(shù)據(jù)。

平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數(shù)據(jù)和光伏、風(fēng)力、儲能等新能源數(shù)據(jù)，對用能數(shù)據(jù)進行分析，按照區(qū)域、部門、用電設(shè)備類型進行細分，提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數(shù)據(jù)和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。

4.1.3環(huán)保用電監(jiān)管云平臺

近年來我們的環(huán)境質(zhì)量有了很大的改善，這都歸功于國家層面對環(huán)保的重視和環(huán)保部門的有力監(jiān)察執(zhí)法。安科瑞針對環(huán)保監(jiān)察的痛點研發(fā)了環(huán)保用電監(jiān)管系統(tǒng)解決方案，助力環(huán)保部門堅決打贏藍天碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。

Acrelcloud-3000環(huán)保用電監(jiān)管平臺主要為環(huán)保監(jiān)察部門和產(chǎn)污排污企業(yè)服務(wù)，為環(huán)保部門提供在線監(jiān)管和執(zhí)法依據(jù)，為生產(chǎn)企業(yè)提供設(shè)備運行監(jiān)控和產(chǎn)污排污數(shù)據(jù)記錄。

平臺采集生產(chǎn)企業(yè)總用電量、生產(chǎn)用電和治污設(shè)備用電量，進行關(guān)聯(lián)分析，及時給出環(huán)保設(shè)備異常運行信號或企業(yè)異常生產(chǎn)信號，實現(xiàn)全過程防控。前端設(shè)備采用不停電免接線方案采集用電數(shù)據(jù)，經(jīng)LORA無線上傳到環(huán)保數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，再通過4G上傳平臺服務(wù)器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設(shè)施用電實時監(jiān)控，實現(xiàn)對排污企業(yè)生產(chǎn)運行*、全流程監(jiān)控，達到變?nèi)朔罏樾畔⒒挤?，從事后處罰到介入式執(zhí)法，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)依靠人力、經(jīng)驗進行現(xiàn)場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實、有效的監(jiān)管方式，形成機制。

4.1.4智慧用電云平臺

據(jù)應(yīng)急管理部網(wǎng)站數(shù)據(jù)，2016~2018年期間因為電氣原因?qū)е碌幕馂?zāi)占總數(shù)的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年全國共接報火災(zāi)23.7萬起，因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災(zāi)占總數(shù)的百分之三十四，較大和重大火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)的比例更高。國務(wù)院、公安部消防局以及各省市自治區(qū)直轄市紛紛出臺文件推廣智慧用電，從源頭上預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生，現(xiàn)用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養(yǎng)老福利院、場所、學(xué)校、金融網(wǎng)點等人員密集場所廣泛開展。

安科瑞Acrelcloud-6000用電管理云平臺對電氣引發(fā)火災(zāi)的主要因素（線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設(shè)備存在的隱患（如：線纜溫度異常、過載、過壓、欠壓及漏電等）并通過短信、APP推送、自動語音呼叫等方式及時預(yù)警，有效防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。系統(tǒng)可以顯示所有監(jiān)測點位的漏電電流等電氣參數(shù)和線纜溫度，并支持巡檢記錄和派單操作，提供隱患分析報告，實時評估企業(yè)用電狀態(tài)。

4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺

電動汽車現(xiàn)已成為廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運營管理云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(yù)警；和用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動汽車的充電過程。充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。

電動自行車數(shù)量越來越多，解決了老百姓短距離出行問題，但是和電動自行車相關(guān)的和火災(zāi)事故新聞也屢見不鮮，有逐年增長的趨勢，給社會帶來了很大的損失，成為人民生命和財產(chǎn)的一個隱患?；陔妱幼孕熊嚮馂?zāi)的危害和特點，各級部門發(fā)文對電動自行車火災(zāi)的整治都放在規(guī)范停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理云平臺，針對電動自行車火災(zāi)治理提供充電管理、資產(chǎn)管理和交易管理的一攬子解決方案，解決充電難、管理難和收費難的問題，可應(yīng)用于商業(yè)樓宇、小區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等場所設(shè)置的電動自行車充電場所的運營管理。

4.1.6物業(yè)小區(qū)預(yù)付費管理云平臺

安科瑞遠程預(yù)付費系統(tǒng)可以針對各商業(yè)綜合體、小區(qū)、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業(yè)，學(xué)校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業(yè)分布式財務(wù)操作，在線支付，總部財務(wù)扎口等。目前Acrelcloud-3000預(yù)付費管理系統(tǒng)已經(jīng)成功在上述各場景得到廣泛的應(yīng)用并已經(jīng)穩(wěn)定運行多年，適用于物業(yè)公司對小區(qū)、辦公和商鋪租戶的水電預(yù)付費管理，或者學(xué)校對學(xué)生宿舍的用電預(yù)付費和用電管控系統(tǒng)。

4.2有線/無線物聯(lián)

安科瑞根據(jù)多年來的項目經(jīng)驗，結(jié)合用戶實際需求，開發(fā)了各類有線、區(qū)域無線、廣域無線通訊產(chǎn)品，包括網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備。支持RS485、以太網(wǎng)、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式，隨著5G建設(shè)步伐的加快，未來將會有越來越多的通訊方式融入產(chǎn)品，服務(wù)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

4.3邊緣計算

安科瑞針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)了多款智能網(wǎng)關(guān)，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術(shù)，現(xiàn)場采集和存儲終端設(shè)備數(shù)據(jù)，并根據(jù)云平臺的需要，采用不同的協(xié)議和云平臺對接。所有數(shù)據(jù)采集、計算、異常報警觸發(fā)邏輯均在網(wǎng)關(guān)就地設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)存儲在本地，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后補傳數(shù)據(jù)，斷點續(xù)傳，提高數(shù)據(jù)可靠性。

4.4終端設(shè)備 

針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)網(wǎng)儀表，應(yīng)用在不同場合以滿足不同需求，2019年全年各類終端儀表出貨量超過185萬臺。

4.5安科瑞產(chǎn)品在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 

近兩年來，安科瑞已經(jīng)陸續(xù)參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺、上海嘉定區(qū)147所學(xué)校電力運維平臺等相關(guān)平臺的建設(shè)，提供了包括云平臺、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺在全國各地運行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

“能源互聯(lián)網(wǎng)的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業(yè)態(tài)。"盡管針對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的方方面面。

5結(jié)論

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也是面向未來的“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)"，將使工業(yè)生產(chǎn)、社會管理效率獲得提升，大大節(jié)約生產(chǎn)成本和交易成本，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的逐步推進以及 5G 等新技術(shù)與電力物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，未來將在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)用能服務(wù)體驗的提質(zhì)升級，將電力用戶及其設(shè)備，電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備，發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備，供應(yīng)商及其設(shè)備，以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，打造“互聯(lián)網(wǎng)"大數(shù)據(jù)平臺，為市民提供“互聯(lián)網(wǎng)"智慧用能方案，實現(xiàn)能源系統(tǒng)智能化運營與管理，多能互補、有效利用，構(gòu)建以電為優(yōu)先的清潔低碳能源消費體系。

參考文獻

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作者簡介

劉細鳳，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明的研發(fā)與應(yīng)用