劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：在社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展中，配電網(wǎng)實現(xiàn)了角色轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的單向供電服務(wù)形式已經(jīng)被雙向能流服務(wù)形式取代，社會多樣化的用電需求也得以有效滿足。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開始應(yīng)用于當(dāng)今的電力系統(tǒng)。本文分析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，希望可以為相關(guān)分析與研究提供參考。
關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；電力系統(tǒng)；智能配電系統(tǒng)
0引言
隨著我電力行業(yè)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的規(guī)模不斷加大。但是，在信息化時代中，配電網(wǎng)在自動化和信息化水平方面有待進步提升。將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能配電系統(tǒng)，就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為項核心技術(shù)，并充分吸納先進的人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，促使電力系統(tǒng)運行過程中的每個環(huán)節(jié)都可以實現(xiàn)信息與數(shù)據(jù)的共享。
1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念
對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念，我的很多電力企業(yè)給出了這樣的解釋：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是將源、網(wǎng)以及荷三個層面之中的人、物以及設(shè)備等實現(xiàn)充分的連接，并使之達成種泛在感知，然后通過當(dāng)今先進可靠的通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，提供、發(fā)送以及使用海量的數(shù)據(jù)，使這些數(shù)據(jù)在電網(wǎng)的各個運行環(huán)節(jié)實現(xiàn)共享，實現(xiàn)信息流、能量流以及業(yè)務(wù)流在整個電 網(wǎng)中的體化融合，進步提升電網(wǎng)價值服務(wù)，創(chuàng)造個更加可靠的平臺。
2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)分析
2.1感知層
對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)而言，感知層相當(dāng)于神經(jīng)末梢。感知層的物理形態(tài)很多，典型的形態(tài)包括電廠站端的各種互感器、集中器、電能表和用戶側(cè)的各種智能電器。感知層可以實現(xiàn)對電網(wǎng)全景的感知，其中的決策單元可以在從未有過的廣度和深度方面洞悉整個電網(wǎng)中每個環(huán)節(jié)的運行情況，進而為各種類別的電力應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。
2.2網(wǎng)絡(luò)層
在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層可以提供信息的交互通道，有效保障各種類型的業(yè)務(wù)信息。網(wǎng)絡(luò)層的具體實現(xiàn)方式應(yīng)該根據(jù)各種類別信息的實際情況、傳輸距離以及成本等各方面的因素來確定。同時，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層也可以對網(wǎng)絡(luò)異常情況作出及時準(zhǔn)確的識別、分析、預(yù)警和預(yù)判，以進步提升網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性。
2.3平臺層
在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，平臺層的主要作用是實時更新整個電網(wǎng)中海量的信息數(shù)據(jù)，并對這些信息數(shù)據(jù)進行科學(xué)性分析，同時也可以對這些信息數(shù)據(jù)的共享進行管理。通過平臺層的應(yīng)用，可以打破傳統(tǒng)配電網(wǎng)運行過程中的信息孤島，并有效解決信息儲存碎片化問題，對于當(dāng)今電力系統(tǒng)朝著電力與數(shù)據(jù)兩方面并重轉(zhuǎn)型、發(fā)展都有著幫助。
2.4應(yīng)用層
應(yīng)用層是以全景大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)各種新型應(yīng)用平臺的搭建，使所有參與到電力系統(tǒng)之中的參與方之間實現(xiàn)良好的感知與互動。
3泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)
3.1應(yīng)用于感知層的關(guān)鍵技術(shù)
與傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)有著更加復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)和更加多樣化的入網(wǎng)設(shè)備，包括塔桿、電纜、架空線路、隔離開關(guān)、配電變壓器、無功補償器和很多其他的附屬設(shè)備。配電網(wǎng)可以根據(jù)電壓等級進行分類，具體分類情況如表1所示。
為了有效監(jiān)測配電網(wǎng)，提升傳感設(shè)備的集成化程度。在此過程中，需要考慮傳感設(shè)備的尺寸、兼容性等各方面因素，研發(fā)出更符合當(dāng)今配電系統(tǒng)實際需求的新型設(shè)備。同時，在感知層技術(shù)的應(yīng)用過程中，應(yīng)該將底層傳感器的部署技術(shù)作為關(guān)鍵，并使之得到進步的深化。
3.2應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)
因為當(dāng)今的配電網(wǎng)有著點多面廣的特點，所以如果依然按照傳統(tǒng)點對點形式的通信方法進行設(shè)計，將很難將網(wǎng)絡(luò)層鋪開。在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)層進行的過程中，應(yīng)該應(yīng)用有線模式和無線模式兩者互補的方式來實現(xiàn),同時應(yīng)該注重落實所有的防御工作。
先，應(yīng)該注重底層自組網(wǎng)和核心通信網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用，因為配電通信系統(tǒng)中通常承載著大量的業(yè)務(wù)傳輸任務(wù)，意味著通信系統(tǒng)需要符合很多種的QoS需求。隨著通信系統(tǒng)中的接入對象越來越豐富，泛在感知信息的數(shù)據(jù)量和呈現(xiàn)維度將出現(xiàn)指數(shù)式上升趨勢。為了有效應(yīng)對這樣的情況，需要讓自組網(wǎng)的路由策略變得更加“健壯”。通過這樣的方式，可以有效保障底層接入網(wǎng)的控制量和狀態(tài)量，進而實現(xiàn)海量信息的及時傳輸。在此過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)擴充的相關(guān)算法，將配網(wǎng)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系作為基礎(chǔ)，并從拓撲概念入手，對信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems, CPS)進行協(xié)同規(guī)劃。
3.3應(yīng)用于平臺層的關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用。因為借助于泛在感知所獲得的數(shù)據(jù)有著多源化、異構(gòu)化和冗余化的特征，所以在進行前置處理的過程中，定要對數(shù)據(jù)融合技術(shù)加以合理應(yīng)用，以有效保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性。其次，應(yīng)該合理應(yīng)用數(shù)據(jù)儲存管理技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)，通過這些技術(shù)，實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的海量數(shù)據(jù)的實時更新與存儲。在具體的應(yīng)用過程中，可以將Hadoop (由Apache基金會所開發(fā)的分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu))平臺中的數(shù)據(jù)壓縮法作為基礎(chǔ)，通過NoSQL (非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫)技術(shù)進行實際數(shù)據(jù)的分布式儲存和管理。
3.4應(yīng)用于應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)
在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)這環(huán)境中，電力諧波的注入問題、潮流雙向流動問題、電壓或者頻率加劇等問題十分常見，電力行業(yè)需要應(yīng)用些新型技術(shù)克服這些問題。先，可以合理利用態(tài)勢感知技術(shù)，借助于對態(tài)勢的察覺、對態(tài)勢的理解以及對態(tài)勢的預(yù)測來識別電網(wǎng)運行過程中潛在的風(fēng)險隱患，并對其進行科學(xué)分析和有效處理。
4泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)之間的融合展望
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電力行業(yè)的不斷發(fā)展過程中，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)實現(xiàn)良好的融合，可以轉(zhuǎn)變當(dāng)今配電系統(tǒng)的供電情況。以下的兩個層面是對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能配電網(wǎng)之間的融合進行的展望。
4.1層面：配電網(wǎng)運行狀態(tài)在線檢測與風(fēng)險評估展望
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的通信系統(tǒng)功能十分強大，可以實時感知各個設(shè)備實際的運行狀況，然后將其有的數(shù)據(jù)挖掘能力作為依托，可以在不需要提取電氣量、不進行現(xiàn)場人工巡查的基礎(chǔ)上快速識別配電系統(tǒng)中潛伏性的異常情況，并評估配電網(wǎng)運行過程中面臨的風(fēng)險程度。
4.2層面二：主動配電系統(tǒng)固化與綜合能源協(xié)調(diào)運行展望
隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)和用戶之間的界限越來越模糊，異質(zhì)能源越來越混雜，并得到了協(xié)同應(yīng)用。在這樣的情況下，智能配電網(wǎng)運行的靈活性與性需要得到進步提升。在此過程中，應(yīng)該將其能夠感知到的各種大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，以此實現(xiàn)復(fù)合分布和預(yù)測模型的建立，并通過邊緣計算技術(shù)提升配電網(wǎng)在不穩(wěn)定環(huán)境中運行的彈性。另外，可以應(yīng)用當(dāng)今的云計算技術(shù)分析各種的異質(zhì)能源，并使其得到合理利用。
5安科瑞為家電網(wǎng)2020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)。
5.1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。
5.1.1變電所運維云平臺
據(jù)統(tǒng)計全高供高計的工商業(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。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、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)到指ding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。
5.1.2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)，如政fu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。
5.1.3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，這都歸功于家層面對環(huán)保的重視和環(huán)保部門的有力監(jiān)察執(zhí)fa。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)fa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)fa，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。
5.1.4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。務(wù)yuan、公an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)。
5.1.5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、絕緣檢測故障等系列故障進行預(yù)警；用戶通過微xin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wen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)的個隱患?；陔妱幼孕熊嚮馂?zāi)的危害和特點，各級政fu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。
5.1.6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)。
5.2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)。
5.3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。
5.4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。
5.5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。
6總結(jié)
綜上所述，在當(dāng)今的電氣化時代，社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對各行各業(yè)的發(fā)展起到了有效的推動作用，其中電力行業(yè)的發(fā)展十分可觀。但是，當(dāng)今的電力行業(yè)智能配電系統(tǒng)依然在自動化和信息化方面存在著不足。將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能配電系統(tǒng)，將有效彌 補其存在的不足，利用先進技術(shù)為智能配電系統(tǒng)的發(fā)展提供動力，進步提升我電力行業(yè)的發(fā)展。
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
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