物聯(lián)網(wǎng)電表解決方案

方案前言：

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，以“信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System, CPS）”，“物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）”等為基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)的戰(zhàn)略部署再度引發(fā)了人們對(duì)于建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的深入思考。自能源互聯(lián)網(wǎng)這一概念提出以來，其在我國的發(fā)展便緊密圍繞電力系統(tǒng)，通過融入以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以期跨領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)與可再生能源系統(tǒng)以及其他能源系統(tǒng)深度的數(shù)據(jù)融合和高度的系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而最終形成一個(gè)高效智能且雙向互動(dòng)的能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

近些年，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、智能感知、物聯(lián)網(wǎng)及無線通信等技術(shù)的大力發(fā)展和推行，使得在電網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行更加全面的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、以及價(jià)值信息分享和利用等逐漸成為可能。面對(duì)這樣的數(shù)字化變革挑戰(zhàn)，先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)作為建設(shè)電力物聯(lián)網(wǎng)的核心要素之一，是電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的重要支撐。它不僅為采集的各類電力相關(guān)數(shù)據(jù)提供了安全、高效的傳輸通道以助力計(jì)算分析，還為發(fā)布控制、檢修類信息提供了實(shí)時(shí)、可靠的承載，也為對(duì)內(nèi)對(duì)外分享整合的各類電力數(shù)據(jù)信息提供了橋梁。

方案架構(gòu)：

物聯(lián)網(wǎng)電表解決方案包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層四層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其中感知層是電力物聯(lián)網(wǎng)的底層基礎(chǔ)，需要由該層完成各類數(shù)據(jù)的采集以及就地處理等工作。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，由微型化、智能化的傳感器對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、氣象環(huán)境、用戶信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面獲取，通過傳輸路徑輸送至本地?cái)?shù)據(jù)中心，過程中由邊緣計(jì)算模塊等配合進(jìn)行數(shù)據(jù)的本地化處理；本地?cái)?shù)據(jù)中心（如變電站數(shù)據(jù)中心、光伏發(fā)電站數(shù)據(jù)中心等）作為感知層內(nèi)的基本單元，它們之間、以及感知層與平臺(tái)層間廣域范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)信息傳輸則依靠網(wǎng)絡(luò)層來實(shí)現(xiàn)；平臺(tái)層作為管理環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)電力物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的統(tǒng)一接入管理，并對(duì)業(yè)務(wù)信息進(jìn)行高效處理；應(yīng)用層則向下反饋調(diào)節(jié)信息并對(duì)外輸出價(jià)值信息，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營管理、客戶服務(wù)等對(duì)內(nèi)、對(duì)外業(yè)務(wù)的支撐。

方案原理：

經(jīng)過多年經(jīng)營建設(shè)，電力行業(yè)中數(shù)據(jù)傳輸方案應(yīng)用場(chǎng)景總體上可以劃分為：采集、控制和電力業(yè)務(wù)信息傳遞三大類。現(xiàn)階段，不同數(shù)據(jù)傳輸方案的使用滿足眼下的暫時(shí)性需求，基本能保障各類電力業(yè)務(wù)安全、可靠的運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸方案可劃分為有線和無線的形式，用以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸或者本地?cái)?shù)據(jù)傳輸。

有線傳輸方案主要包括光纖、電力線載波、以太網(wǎng)及總線等技術(shù)。早期主要依靠總線或以太網(wǎng)技術(shù)滿足來自采集或控制的數(shù)據(jù)傳輸需求。而對(duì)于業(yè)務(wù)信息的傳輸，則主要采用電力線載波技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。

例如，在采集場(chǎng)景中，西安交通大學(xué)成永紅教授團(tuán)隊(duì)基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開發(fā)了國內(nèi)第一套電力設(shè)備綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過PXI總線集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)變壓器的多參量在線監(jiān)測(cè)，起到了良好的示范性作用；湖南大學(xué)汪沨等通過以太網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了GIS設(shè)備的局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在控制信息傳輸場(chǎng)景中，山東大學(xué)趙建國等研究了基于總線技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)；楊奇遜等基于總線通信構(gòu)建了應(yīng)用于變壓器差動(dòng)保護(hù)的過程總線通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

隨著光纖技術(shù)開始在電力行業(yè)中應(yīng)用，其憑借傳輸速率、帶寬、可靠性和實(shí)時(shí)性等方面的優(yōu)勢(shì)，逐漸替代了以太網(wǎng)和總線技術(shù)中以同軸線纜以及雙絞線等為主的傳輸介質(zhì)，并衍生出了xPON光纖技術(shù)，用以滿足電網(wǎng)中采集、控制、業(yè)務(wù)信息流動(dòng)等諸多業(yè)務(wù)場(chǎng)合對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性、實(shí)時(shí)性等的苛刻需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年，35kV及以上廠站、自有物業(yè)辦公場(chǎng)所/營業(yè)所已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光纖全覆蓋。

方案前景：于電力物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸方案，其發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1）順應(yīng)數(shù)字化發(fā)展變革，面向多元化的海量信息

現(xiàn)階段電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸需求主要來自各類電力設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)與控制，用電信息的采集和電力系統(tǒng)的調(diào)度等。但隨著電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)中對(duì)于分布式采集類業(yè)務(wù)更加全面深化、控制類業(yè)務(wù)與主網(wǎng)精準(zhǔn)聯(lián)動(dòng)等要求的提升，以及對(duì)于配合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全面感知分析、加強(qiáng)用戶側(cè)的雙向互動(dòng)、互聯(lián)協(xié)調(diào)多種能源等多層次、多方面新要求的提出，使得電力物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流動(dòng)信息具有更加鮮明的多樣性、復(fù)雜性、海量化等特點(diǎn)。

在通信內(nèi)容更加豐富的趨勢(shì)下，要有針對(duì)性地考慮業(yè)務(wù)通信需求的差異化，實(shí)現(xiàn)相互安全隔離、功能可定制的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，并在對(duì)應(yīng)帶寬、速率、時(shí)延等方面做出適應(yīng)與提升，從而支持電力物聯(lián)網(wǎng)中多元融合的大數(shù)據(jù)分析。

2）構(gòu)建一體化通信架構(gòu)

面對(duì)未來多樣化的業(yè)務(wù)形式和海量的信息交互，需要建立“綜合接入、一體承載、業(yè)務(wù)貫通”的通信架構(gòu)建設(shè)理念。構(gòu)建一體化的通信網(wǎng)絡(luò)是必然的趨勢(shì)，由統(tǒng)一的平臺(tái)提供安全可靠、承載能力強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行感知層內(nèi)基本單元的信息交互、統(tǒng)一向上至平臺(tái)層的數(shù)據(jù)接入，或以應(yīng)用層信息進(jìn)行對(duì)內(nèi)、對(duì)外的反饋、交互，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)貫通。一體化的通信網(wǎng)絡(luò)憑借覆蓋面廣、資源調(diào)配靈活，必將促使電力物聯(lián)網(wǎng)的信息化、專業(yè)化、科學(xué)化水平進(jìn)一步深入。這將為電網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享和能源互動(dòng)奠定基礎(chǔ)，協(xié)助未來能源互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)電表解決方案方案優(yōu)勢(shì)：

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一、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用電管理：物聯(lián)網(wǎng)電表最主要的功能是能夠?qū)崿F(xiàn)電表遠(yuǎn)程管理，包括遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程繳費(fèi)、遠(yuǎn)程閥控、防竊電、財(cái)務(wù)報(bào)表打印等功能。電表通過內(nèi)置NB模塊，將電表直接與抄表系統(tǒng)通過運(yùn)營商基站通信，從而實(shí)現(xiàn)電表和云平臺(tái)系統(tǒng)的信息交互，管理人員直接通過電腦或者手機(jī)端查看和管理電表即可。

二、遠(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)更客觀、更準(zhǔn)確：物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)傳電表和抄表系統(tǒng)的結(jié)合運(yùn)用，能實(shí)時(shí)讀取客戶電表的電壓電流、用電量、剩余電量等用電信息，系統(tǒng)和電表計(jì)量數(shù)據(jù)保持一致，完全避免了人為錯(cuò)抄漏抄帶來的數(shù)據(jù)誤差，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

三、投入資金少：物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)傳電表屬于無線抄表方案，利用運(yùn)營商基站中現(xiàn)有的射頻和天線，實(shí)現(xiàn)電表和系統(tǒng)遠(yuǎn)程搭建信息交互的空間橋梁，不需要其他第三方設(shè)備，這樣在資金投入方面大大地減少了一大筆費(fèi)用。