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技術文章

“F5G+EIoT“構建能源物聯(lián)網,助力電力物聯(lián)網數(shù)據(jù)服務

更新時間:2022-08-08 瀏覽次數(shù):370

摘要:F5G具備大帶寬、低時延、高可靠、海量接入的特點,EIoT是安科瑞推出的基于物聯(lián)網數(shù)據(jù)中臺的能源物聯(lián)網云平臺,本文結合F5G和EIoT,為分布廣泛的互聯(lián)網用戶提供PAAS服務的平臺。用戶完成安科瑞物聯(lián)網產品安裝之后,可通過手機掃碼便捷地實現(xiàn)產品接入平臺,無需關注調試和平臺運作過程,并可自主選擇平臺功能,獲得到相應的數(shù)據(jù)服務, 更好地實現(xiàn)了電網可靠、經濟、高效、綠色的目標和各種電力終端的全面感知和互聯(lián)。
關鍵詞:F5G;EIoT;能源物聯(lián)網;數(shù)據(jù)服務
 
一、引言
       隨著互聯(lián)網固定網絡領域的代際演進,F(xiàn)5G悄然來臨。在數(shù)字中國、智慧社會的數(shù)字化轉型過程中,帶寬、聯(lián)接、體驗的第五代提升將更好的實現(xiàn)人與人之間的情感傳遞,更全面的賦能新業(yè)務模式。
       對電力行業(yè)來說,過去傳統(tǒng)粗放、低效的能源生產和管理模式已經不能滿足整個行業(yè)的快速發(fā)展訴求。實現(xiàn)電網可靠、經濟、高效、綠色的目標和各種電力終端的全面感知和互聯(lián),通信技術是基礎支撐。
       同時隨著電力行業(yè)數(shù)字化轉型的深入,對網絡帶寬的需求呈爆炸式增長,亟待超大帶寬的新技術賦能,傳統(tǒng)網絡已經無法滿足需求,全面光纖化成為大勢所趨。
       F5G對電力行業(yè)的賦能,其實并非只是傳輸“介質”改變那么簡單。
       首先,超大帶寬,近年來,在電力物聯(lián)網背景下,通信承載網帶寬需求持續(xù)提升,而F5G為電力行業(yè)提供超大帶寬的全光承載網, 在保障關鍵生產業(yè)務高安全需求的同時,滿足當前業(yè)務承載和未來持續(xù)擴容需求。
       其次,兼容演進,目前中國的輸變電生產網絡主要是SDH解決方案。因輸變電生產網絡帶寬顆粒普遍不大,但業(yè)務高安全、物理隔離、確定性低時延等嚴格要求,SDH等硬管道技術具有明顯的技術優(yōu)勢。
       第三,H-OTN創(chuàng)新, F5G 創(chuàng)新出H-OTN平臺,支撐NHP原生硬管道端到端網絡的構建,即將廣域網的硬管道技術下沉至接入網,提升接入側網絡的可靠性。該平臺支持將電力行業(yè)中的廣域和接入兩張網絡合一,并通過硬管道技術實現(xiàn)不同業(yè)務的物理隔離,保證業(yè)務安全。
       正是有了這些關鍵技術的保證,才確保了能源物聯(lián)網的發(fā)展。Acrel-EIoT能源物聯(lián)網云平臺是一套基于安科瑞物聯(lián)網數(shù)據(jù)中臺,建立了上下行數(shù)據(jù)標準,為互聯(lián)網用戶提供能源物聯(lián)網數(shù)據(jù)服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網傳感器和互感器等設備,自行安裝后無論是物聯(lián)網儀表直傳還是通過網關上傳,都可以使用手機掃碼即可得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。
 
二、需求分析
       Acrel-EIoT能源物聯(lián)網云平臺的客戶群體分為兩類:第一類是互聯(lián)網用戶;第二類是智慧城市?;ヂ?lián)網用戶一般包括如下幾個類型:
       (1)某個出租戶有三五間公寓出租,需要計量收取水電費;
       (2)有幾間連鎖小超市,想要做能源管理、遠程控制和電氣安全管理;
       (3)某個小區(qū)的物業(yè),想購買幾臺充電樁作為集中充電管理,需要收費運營;
       (4)某棟樓樓管,僅需幾塊表,對樓層進行能源計量管理;
       (5)某個小工廠,想要管理自家小工廠的電力計量;
       (6)某個物聯(lián)網系統(tǒng)集成商想要直接獲取物聯(lián)網產品的數(shù)據(jù),需要一個統(tǒng)一的管理平臺;
       傳統(tǒng)的商業(yè)模式對這類互聯(lián)網用戶的弊端有一下幾個方面:
       (1)數(shù)據(jù)系統(tǒng)價格偏高
       (2)需要多樣化數(shù)據(jù)服務
       (3)調試過于專業(yè)
       (5)系統(tǒng)硬件選型過于專業(yè)
       (6)服務繳費不便捷
       智慧城市的需求如下:
       (1)需要接入各種類型的海量硬件
       (2)需要提取領導層關注的監(jiān)管信息,結合
GIS、BIM等數(shù)字孿生技術實現(xiàn)宏觀監(jiān)管
       (3)提供統(tǒng)一的運營服務平臺,向終端用戶提供物聯(lián)網數(shù)據(jù)服務

 

三、系統(tǒng)結構
       能源物聯(lián)網以能源供應、能源管理、設備管理、能耗分析的能源流向為主線,將能源生產加工、分配傳輸、消耗、節(jié)能各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來,結合人與物的互聯(lián),構成以安科瑞產品為媒介的能源物聯(lián)網生態(tài)圈,其中物聯(lián)網硬件和能源參與者分別以數(shù)據(jù)流形式和業(yè)務流的形式與平臺交互。
(1)組網結構
       Acrel-EIoT能源物聯(lián)網云平臺采用分層分布式結構,主要由感知層(終端采集設備)、網絡層(通訊管理終端)和平臺層(能源物聯(lián)網云平臺)三個部分組成。
       ① 感知層:連接于網絡中的各類傳感器,包括多功能儀表、預付費電表、多回路儀表、物聯(lián)網電表、物聯(lián)網水表、電瓶車充電樁、汽車充電樁、路燈控制器等。
       ② 網絡層:智能網關,采集感知層的數(shù)據(jù),進行規(guī)約轉換及存儲之后將數(shù)據(jù)上傳至能源物聯(lián)網云平臺。
       ③平臺層:包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器,可在PC端或移動端實現(xiàn)應用。
(2)平臺架構
        Acrel-EIoT能源物聯(lián)網云平臺的系統(tǒng)網絡結構采用分層分布式的結構,系統(tǒng)包括:感知層、數(shù)據(jù)層、應用層、表現(xiàn)層和運營層。系統(tǒng)架構圖如圖所示。
       傳感器層包括了我司的各類產品,是整個系統(tǒng)的最底層,也是構建該能源物聯(lián)網云平臺必要的基本組成元素,主要有多功能儀表、預付費電表、多回路儀表、物聯(lián)網電表、物聯(lián)網水表、電瓶車充電樁、汽車充電樁、路燈控制器等設備。
       中間的數(shù)據(jù)處理平臺主要完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交互的工作,為了保證整個綜合平臺的數(shù)據(jù)處理能力,我們將實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)分別存儲在不同的庫中,并提供多種接口實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。
       上層的應用層是指Acrel-EIoT能源物聯(lián)網云平臺,主要實現(xiàn)各種功能應用,平臺按照能源的流向分為能源供應、能源管理、設備管理和能耗分析4大板塊,其中能源供應包括電力集抄、智能運維子模塊,能源管理包括安全用電、電能質量子模塊,設備管理包括智能照明、預付費、充電樁子模塊,能耗分析包括能源管理、增值服務子模塊。平臺通過web和app的方式為用戶提供人機交互的界面,運營層的各類用戶可以通過這兩種方式實現(xiàn)平臺的訪問與操作。

 

四、平臺功能
(1)能源供應
① 電力集抄功能模塊
       隨著信息網絡技術的不斷發(fā)展,各類規(guī)模大小不等,設備種類、數(shù)量不同的含網絡設備機房廣泛分布于用戶各分支機構所在地域,由于欠缺與運行網絡的規(guī)模體系相對稱的監(jiān)控系統(tǒng),數(shù)量眾多的無人值守機房的物理運行環(huán)境狀況、設備運行狀況、人員活動狀況以及消防狀況的變化包括可能出現(xiàn)的危急狀況,均無法得到及時的發(fā)現(xiàn)和處理,也就很難被有效預見、防范和避免。因此在配電室內安裝環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)配電室內環(huán)境的在線監(jiān)測,保障配電室設備的穩(wěn)定運行很有必要。
       電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預警及綜合展示,以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控控制,對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理;在數(shù)據(jù)資源管理方面,可以顯示或查詢供配電室內各設備運行(包括歷史和實時參數(shù)),并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印,提高工作效率,節(jié)約人力資源。
②智能運維功能模塊
       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、風險預防薄弱等問題。國網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。
       智能運維模塊采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網關及大數(shù)據(jù)分析技術,通過智能網關采集現(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、開關狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、霧、視頻、門禁等信息,有異常發(fā)生10S內通過短信和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。
(2)能源管理
① 安全用電功能模塊
       據(jù)應急管理部網站數(shù)據(jù),2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數(shù)的30%~34%左右,其中2018年全國共接報火災23.7萬起,因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災占總數(shù)的34.6%,較大和重大火災事故中,電氣火災的比例更高。國務院、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使用智慧用電,從源頭上預防電氣火災的發(fā)生,現(xiàn)安全用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養(yǎng)老福利院、醫(yī)療場所、學校、金融網點等人員密集場所廣泛開展。
       安全用電管理模塊對電氣引發(fā)火災的主要因素(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)電氣線路和用電設備存在的安全隱患(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警,有效防止電氣火災的發(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,提供安全隱患分析報告,實時評估企業(yè)用電安全狀態(tài)。
②電能質量功能模塊
       電能質量問題越來越受到關注,已成為電力系統(tǒng)的研究熱點之一。一方面,隨著科學技術的發(fā)展,各種精密復雜用電設備的廣泛應用,這些設備很大部分對電能質量非常敏感;另一方面,電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和用電需求的快速增加,導致電能質量變的非常不穩(wěn)定。對電能質量分析的主要目的是確定電能信號擾動的類型和范圍,并對相應的擾動源進行有效的調節(jié)和補償。因此,改善和提高電能質量的關鍵在于及時、準確地獲取各種擾動信號源的信息。
       電能質量監(jiān)測,包括三項不平衡度、諧波、功率因數(shù),以矢量圖的形式展示三相不平衡度。三項不平衡或功率因數(shù)過低時產生報警,觸發(fā)APP、手機短信、郵件、釘釘、語音等多種方式提醒。
(3)設備管理
①智能照明功能模塊
       隨著人們生活水平的不斷提高,人們對工作和生活環(huán)境的要求越來越高,同時對照明系統(tǒng)的要求也越來越高。照明領域的能源消耗在總的能源消耗中占了相當大的比例,節(jié)約能源和提高照明質量是當務之急。照明用電作為電力消耗的重要部分,已經占到了電力消耗的10%左右,并隨著我國國民經濟的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,照明用電還將不斷增加。
       智能照明通過物聯(lián)網技術對安裝在城市各區(qū)域照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測。平臺通過監(jiān)測照明線路的電流和電壓值來判斷燈具的工作情況,任何不正常的工作狀態(tài),平臺都能進行監(jiān)測,預警和報警,預警和報警信息通過手機APP推送,短信,語音外呼、郵件、微信小程序、微信公眾號、釘釘?shù)?,快速到達責任人的身邊,提醒運行人員接觸器跳閘,電源失壓等等。
② 預付費水電功能模塊
       預付費水電功能可以針對各商業(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)分布式財務操作,在線支付,總部財務扎口等。目前預付費水電已經成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經穩(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付費管理,或者學校對學生宿舍的用電預付費和用電安全管控系統(tǒng)。
③ 汽車/電瓶車收費運營功能模塊
       電動汽車現(xiàn)已成為廣泛使用的綠色能源交通工具,同時電動自行車數(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的安全和火災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安全的一個隱患。基于電動自行車火災的危害和特點,各級政府部門發(fā)文對電動自行車火災的整治對象都放在規(guī)范停放和充電行為上。汽車/電瓶車收費運營功能模塊通過物聯(lián)網技術對接入系統(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警;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,配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術,基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議,與云端進行直連。
       該功能模塊為汽車/電瓶車充電樁客戶提供充電安全管理、資產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,可應用于商業(yè)樓宇、小區(qū)、學校、醫(yī)院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。
(4)能源分析
① 能源管理功能模塊
       為了穩(wěn)步推進雙碳目標,在能源消費強度和消費總量的“雙控”背景下,企業(yè)需要考慮如何應對能耗雙控以保障正常生產。現(xiàn)有大部分企業(yè)依然采用電、水、氣、冷、熱等各種能源供應系統(tǒng)“單獨規(guī)劃、單獨設計、獨立運行”的模式。普遍存在計量檢測到配備不足;計量設備計量精度不高、計量數(shù)據(jù)不準確;人工抄表可靠性低;難以有效監(jiān)測和評估主要耗能設備的用能效率;缺少決策數(shù)據(jù)支持,對于節(jié)能評估無法提供可靠參考數(shù)據(jù);缺乏有效的企業(yè)能效評估指標體系,能耗管理措施難以落地等情況。
       能源管理模塊采用自動化、信息化技術,實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理,使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來,運用的數(shù)據(jù)處理與分析技術,進行離線生產分析與管理,實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度,優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源,提高能源質量、降低能源消耗,達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
① 增值服務功能模塊
(1)工業(yè)組態(tài)
       傳統(tǒng)的工業(yè)自動化組態(tài)應用開發(fā)方式要求開發(fā)人員具備代碼編寫的能力、理解相關的開發(fā)框架的概念和使用方式,這種開發(fā)方式開發(fā)周期長、對開發(fā)人員要求非常高。同時,傳統(tǒng)的工業(yè)自動化組態(tài)應用部署在工業(yè)現(xiàn)場,部署便捷性和可訪問性都很低。
       伴隨著工業(yè)互聯(lián)網的快速發(fā)展,應用需求往往更新迭代非???,而設備廠商往往沒有相關的工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)背景,使得工業(yè)組態(tài)軟件的開發(fā)和更新速度非常緩慢,往往無法滿足快速業(yè)務增長的需要。同時,對于工業(yè)組態(tài)軟件的訪問不再止于工業(yè)現(xiàn)場,來自于工業(yè)現(xiàn)場外部的訪問需求也在日益增長。
       Acrel-EIoT能源物聯(lián)網云平臺中的工業(yè)組態(tài)模塊解決了傳統(tǒng)工業(yè)自動化組態(tài)應用的部署和可訪問性低的問題,通過用戶在開發(fā)工具中使用鼠標拖拽的方式調整組態(tài)畫面元件的屬性、位置、尺寸等,并內置豐富的組態(tài)元件庫,使得用戶無需代碼的編寫能力,無需工業(yè)自動化組態(tài)軟件開發(fā)的技術背景,也可以方便的開發(fā)出工業(yè)組態(tài)界面,同時也支持數(shù)據(jù)展示、遠程控制等功能。
(2)3D可視化
       3D可視化技術通過虛擬仿真實現(xiàn)多維度可視化,為客戶提供數(shù)字化服務,助力企業(yè)能源經濟雙向管理,提升能源管理水平??梢詫崿F(xiàn)的功能主要有:各區(qū)域信息實時同步;全局掌握各區(qū)域能源消耗情況;可視化監(jiān)視設備運行狀態(tài);智能巡檢,自動分析巡檢路徑上的設備運行、電能質量、電氣安全、用能異常等情況,并記錄巡檢結果。

 

五、總結
       梅特卡夫定律告訴我們,一個網絡的價值等于該網絡內的節(jié)點數(shù)的平方,而且該網絡的價值與聯(lián)網的用戶數(shù)的平方成正比。這代表著,接入網絡的設備越多,網絡的價值就會越大。所以,F(xiàn)5G也意味著能源物聯(lián)網未來將會承載更大的經濟價值。F5G的光路更寬、更廣,讓接入網絡的設備更多,智慧也就更多。F5G作為新一代網絡基礎設施,為能源數(shù)字化轉型提供一張面向未來的智慧光路。

 

參 考 文 獻
[1] 劉俊勇,潘力,何邁.能源物聯(lián)網及其關鍵技術[J].物聯(lián)網學報
[2] 常生強.智慧園區(qū)能源物聯(lián)網發(fā)展模式
[3] 鄭凱. F5G鑄就面向未來的能源物聯(lián)網

 

 

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