淺談5G網絡下電力物聯網技術在計量裝置監控中的應用

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定 201801

摘 要：針對電力計量裝置故障溯源困難的問題，提出建立基於(yu) 5G下電力物聯網技術的計量裝置監控係統，介紹了基礎應用方案，分析了應用方案的可行性和預計實施效果，認為(wei) 方案的實施可以解決(jue) 電能計量裝置的常態化檢查問題，從(cong) 故障事前、事中、事後全麵提供給工作人員分析線索，為(wei) 解決(jue) 故障溯源提供直接佐證和依據，保障供電企業(ye) 的經濟效益。

關(guan) 鍵詞：泛在電力物聯網；電能計量裝置；監控設備；5G

0 引言

       5G技術，即五代移動通信技術，為(wei) 新一代蜂窩移動通信技術(ITU IMT-2020規範要求速度高達20Gbit/s)可實現寬信道帶寬和大容量MIMOL。5G技術使物物間關(guan) 聯變得更為(wei) 廣泛、方便，加速了電力物聯網應用層麵的搭建過程。國家電網有限公司2019年做出全麵推進“三型兩(liang) 網"建設的重要決(jue) 策，建設“泛在電力物聯網"是落實“三型兩(liang) 網"戰略目標的核心任務。電力物聯網技術具備全息感知、泛在聯接、開放共享、融合創新的特點。在電力營銷專(zhuan) 業(ye) 領域，電能計量裝置經常受到各種環境、人為(wei) 、不可抗力等因素影響導致發生故障。通常處理這些故障問題，計量人員隻能事後分析，無法得知故障發生時的狀況解決(jue) 根源問題。基於(yu) 5G技術的電能計量裝置監控物聯網的建立，提供了一種為(wei) 電能計量裝置故障溯源求本、提質增效的可行性方案。

1 用方案的設計

       從(cong) 傳(chuan) 統技術角度看，典型監控係統由高清攝像頭、傳(chuan) 輸部分、控製部分、記錄部分、顯示部分五部分組成。從(cong) 現代物聯網技術角度看，基於(yu) 泛在電力物聯網技術的電能計量裝置監控包括感知層、網絡層、平台層、應用層4個(ge) 層次，之間通過5G網絡進行數據通信。通過感知層、網絡層和平台層承載監控數據共享、基礎支撐2個(ge) 方向的建設內(nei) 容，對計量裝置內(nei) (計量二次回路、表內(nei) )、外部(計量裝置本體(ti) 以外範圍)實現了全麵監控。

1.1感知層

       電能計量裝置監控設施應實現終端標準化統一接人，全麵推廣實物ID，以及通信、計算等資源共享，在源端實現數據融通和邊緣智能。

1.1.1統一感知接入

       感知設備接人管理係統將通過技術性手段，強製實行相關(guan) 規範，引導統一終端標準，推動跨專(zhuan) 業(ye) 數據同源采集，實現監控數據與(yu) 配電側(ce) 、用電側(ce) 采集監控深度覆蓋，提升終端智能化和邊緣計算水平。統一接人有利於(yu) 用戶側(ce) 監控係統響應的穩定性，通過分布在不同方位的傳(chuan) 感器實現攝像頭及時準確獲音頻、視頻數據。

1.1.2邊緣智能處理

       應用實現設備包括：傳(chuan) 感器、監控攝像係統、電能表數據讀取線路、分布控製中心。傳(chuan) 感器安裝在電能表、互感器、二次回路、及整個(ge) 計量裝置周邊可探測的有效位置，作用是探測異常事件(包括聲、光、溫度等的變化)，並傳(chuan) 遞給分布控製中心；監控攝像係統能觀察到電能表、互感器、二次回路及整個(ge) 計量裝置，布置在用戶配電室或計量杆塔等處；電能表數據線路用於(yu) 傳(chuan) 輸表內(nei) 數據，與(yu) 控製中心存儲(chu) 正常數據對比；分布控製中心作用是接收傳(chuan) 感器傳(chuan) 遞的信息，調取電能表實時計量參數內(nei) 進行分析，並作出判斷，確定是否與(yu) 計量裝置設備進行數據交互。

1.2 網絡層

       網絡層可分為(wei) 接入網、骨幹網、業(ye) 務網、支撐網。接入網，即若幹傳(chuan) 感器、監控攝像係統與(yu) 分布控製中心間構成的網絡，為(wei) 主要信息采集人網口，由5G熱點無線寬帶技術(WIFI、WiMAX等)實現。骨幹網，即不同分布控製中心間組成的網絡，由5G熱點無線寬帶技術(wIFI、WiMAX等)實現。業(ye) 務網，即用電檢查員，計量人員、電力用戶等為(wei) 辦理各種業(ye) 務進行信息數據交流溝網，主要為(wei) 移動App，通信工具等來實現。支撐網，即5G通信網絡，主要作是將分布控製中心、186係統、電能采集係統組網支撐平台層的運行。

1.3 平台層

       平台層的實現依托企業(ye) 中台，共享平台服務能力，支撐電能計量裝置的監控係統。通過分布控製中心的互聯實現超大規模傳(chuan) 感器與(yu) 監控係統統一物聯管理，深化全業(ye) 務統一數據中心建設。

1.3.1能力開放

       本係統依托分布控製中心構建統一主站(數據中台)，實現各類異常數據“一次采集，多處使用"，挖掘數據價(jia) 值，建立數據模型，實現能力開放。各用戶分布控製中心實現互聯，將數據通過數據中台處理，並傳(chuan) 至各分布控製中心，實現算法的梳理與(yu) 升級。然後，通過數據中台處理的數據，麵向186係統、與(yu) 電能采集係統實現共享。

1.3.2 物聯管控

       各分布控製中心實現可信互聯、安全互動、智能防禦，實現了其重要的邊緣計算與(yu) 控製。可信互聯，規範泛在電力物聯網的終端安全策略管控原則，構建基於(yu) 密碼基礎設施的快速、靈活、互認的身份認證機製；安全互動，落實分類授權和數據防泄漏措施，強化App防護、應用審計和安全交互技術，實現“物一物"、“人一物"、“人一人"安全信息互動；智能防禦，對物聯網安全態勢的動態感知、預警信息自動分發、安全威脅智能分析、響應措施聯動處置。

1.4 應用層

       該係統的建立，重點是全麵支撐核心業(ye) 務智慧化運營，全麵服務能源互聯網生態，促進管理提升和業(ye) 務轉型。

1.4.1 客戶服務

       優(you) 化電力資源配置，在用電環節製止浪費、降低電耗、移峰填穀、促進可再生能源電力消費、減少汙染物和溫室氣體(ti) 排放，實現節約用電、環保用電、綠色用電、智能用電和有序用電。

1.4.2企業(ye) 運營

       通過對計量裝置的監控，實現對企業(ye) 設備狀態預警、售電量和負荷預測、新能源發電功率預測等應用，提升精益化管理水平，催化企業(ye) 內(nei) 部的技術創新、新產(chan) 品開發，提高生產(chan) 產(chan) 品的質量，進而提高企業(ye) 的經濟效益。

1.4.3電網運行

       通過對計量裝置的監控，對電網的供電質量能力起到了監測的作用，從(cong) 而了解電網運行中可能存在的問題和隱患。計量裝置中的二次回路對電網供電的反饋非常直接，可以及時發現電網運行中的問題，並且及時的“物一人"互聯。

1.4.4 新興(xing) 業(ye) 務

       基於(yu) 泛在電力物聯網的電能計量監控係統的建設改變了傳(chuan) 統供用電關(guan) 係，變成了一種相互信的合作關(guan) 係，具體(ti) 新興(xing) 業(ye) 務形式有：峰穀用電提醒、三相負荷調整建議、需求側(ce) 分析、總表套表電量差額分析、用電常識培訓、緊事件報警等。

2 安科瑞為(wei) 國家電網2020泛在電力物聯網建設提供解決(jue) 方案

       安科瑞電氣深耕用戶側(ce) 能效管理多年，逐漸完善了從(cong) 電力物聯網雲(yun) 平台到終端傳(chuan) 感器的生態體(ti) 係，在“源（電源）-網（電網）-荷（負荷）-儲(chu) （儲(chu) 能）"各個(ge) 環節加大研發投入，已經形成“雲(yun) （雲(yun) 平台）-管（有線/無線物聯）-邊（邊緣計算）-端（終端設備）"的生態係統，積極參與(yu) 泛在電力物聯網建設，為(wei) 國家電網建設“三型兩(liang) 網"提供解決(jue) 方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現信息連接和交互，產(chan) 生共享數據，從(cong) 而為(wei) 電網、發電、供應商、用戶服務。

2.1 雲(yun) 平台

       安科瑞電氣近年來已經陸續推出變電所運維雲(yun) 平台、能源管理雲(yun) 平台、智慧安全用電雲(yun) 平台、環保用電監管雲(yun) 平台、充電樁（電動汽車/自行車）運營管理雲(yun) 平台、預付費管理雲(yun) 平台等雲(yun) 平台解決(jue) 方案等解決(jue) 方案，並已經廣泛應用在多地國網公司用戶端業(ye) 務、環保部門、安監部門、住建部門等。

2.1.1 變電所運維雲(yun) 平台

       據統計全國高供高計的工商業(ye) 用戶數量達到200多萬(wan) 戶，規模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳(chuan) 統，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(zhong) 多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場，這是一個(ge) 千億(yi) 級別的市場。

       AcrelCloud-1000電力運維雲(yun) 平台采用多功能電力儀(yi) 表、無線通信、邊緣計算網關(guan) 及大數據分析技術，通過智能網關(guan) 采集現場數據並存儲(chu) 在本地，再定時向雲(yun) 平台推送數據。平台可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平台采集的數據包括變電所電氣參數和環境數據，包括電流電壓功率、開關(guan) 狀態、變壓器溫度、環境溫濕度、浸、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內(nei) 通過短信和APP發出告警信號。平台通過手機APP下發運維任務到人員手機上，並通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷並做消缺處理，變電所運維雲(yun) 平台功能一覽。

2.1.2 能源管理雲(yun) 平台

       Acrelcloud-5000能耗管理雲(yun) 平台可適用於(yu) 各個(ge) 行業(ye) ，如辦公建築、工廠、教育建築、醫療建築、商業(ye) 綜合體(ti) 等，可通過域網、互聯網或者4G網絡采集不同區域多個(ge) 建築或單位的用能數據。

       平台采集建築電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲(chu) 能等新能源數據，對用能數據進行分析，按照區域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環比分析比較和用能數據追溯，同時可以提供尖峰平穀各時段用能數據和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和製定能源績效考核。

2.1.3 環保用電監管雲(yun) 平台

       近年來我們(men) 的環境質量有了很大的改善，這都歸功於(yu) 國家層麵對環保的重視和環保部門的有力監察執法。安科瑞針對環保監察的痛點研發了環保用電監管係統解決(jue) 方案，助力環保部門堅決(jue) 打贏藍天碧水保衛戰。

Acrelcloud-3000環保用電監管平台主要為(wei) 環保監察部門和產(chan) 汙排汙企業(ye) 服務，為(wei) 環保部門提供在線監管和執法依據，為(wei) 生產(chan) 企業(ye) 提供設備運行監控和產(chan) 汙排汙數據記錄。

       平台采集生產(chan) 企業(ye) 總用電量、生產(chan) 用電和治汙設備用電量，進行關(guan) 聯分析，及時給出環保設備異常運行信號或企業(ye) 異常生產(chan) 信號，實現全過程防控。前端設備采用不停電免接線方案采集用電數據，經LORA無線上傳(chuan) 到環保數據網關(guan) ，再通過4G上傳(chuan) 平台服務器或縣、市、省級環保平台。各地環保部門通過汙染防治設施用電實時監控，實現對排汙企業(ye) 生產(chan) 運行*、全流程監控，達到變人防為(wei) 信息化技防，從(cong) 事後處罰到介入式執法，*扭轉傳(chuan) 統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態，為(wei) 環保監管開辟更加切實、有效的監管方式，形成長效機製。

2.1.4 智慧安全用電雲(yun) 平台

       據應急管理部網站數據，2016~2018年期間因為(wei) 電氣原因導致的火災占總數的30%~34%左右，其中2018年全國共接報火災23.7萬(wan) 起，因違反電氣安裝使用規定引發的火災占總數的34.6%，較大和重大火災事故中，電氣火災的比例更高。國務院、公安部消防以及各省市自治區直轄市紛紛出台文件推廣使用安全用電、智慧用電，從(cong) 源頭上預防電氣火災的發生，現安全用電管理平台已在九小場所、三合一場所、養(yang) 老福利院、醫療場所、學校、金融網點等人員密集場所廣泛開展。

       安科瑞Acrelcloud-6000安全用電管理雲(yun) 平台對電氣引發火災的主要因素（線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓）進行不間斷的數據跟蹤與(yu) 統計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現場數據，實時發現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）並通過短信、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生。係統可以顯示所有監測點位的漏電電流等電氣參數和線纜溫度，並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(ye) 用電安全狀態。

2.1.5 電動汽車/電瓶車充電樁運營管理雲(yun) 平台

       電動汽車現已成為(wei) 廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運營管理雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付後，係統發起充電請求，控製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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基於(yu) TCP/IP的數據交互協議，與(yu) 雲(yun) 端進行直連。

       電動自行車數量越來越多，解決(jue) 了老百姓短距離出行問題，但是和電動自行車相關(guan) 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(hui) 帶來了很大的損失，成為(wei) 人民生命和財產(chan) 安全的一個(ge) 隱患。基於(yu) 電動自行車火災的危害和特點，各級部門發文對電動自行車火災的整治重點都放在規範停放和充電行為(wei) 上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理雲(yun) 平台，針對電動自行車火災治理提供充電安全管理、資產(chan) 管理和交易管理的一攬子解決(jue) 方案，解決(jue) 充電難、管理難和收費難的問題，可應用於(yu) 商業(ye) 樓宇、小區、學校、醫院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。

2.1.6 物業(ye) 小區預付費管理雲(yun) 平台

       安科瑞遠程預付費係統可以針對各商業(ye) 綜合體(ti) 、小區、寫(xie) 字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業(ye) ，學校、工廠宿舍的後勤管理部門以及連鎖超市、大型物業(ye) 分布式財務操作，在線支付，總部財務紮口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理係統已經成功在上述各場景得到廣泛的應用並已經穩定運行多年，適用於(yu) 物業(ye) 公司對小區、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係統。

2.2 有線/無線物聯

       安科瑞根據多年來的項目經驗，結合用戶實際需求，開發了各類有線、區域無線、廣域無線通訊產(chan) 品，包括網關(guan) 和終端設備。支持RS485、以太網、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式，隨著5G建設步伐的加快，未來將會(hui) 有越來越多的通訊方式融入產(chan) 品，服務於(yu) 泛在電力物聯網建設。

2.3 邊緣計算

       安科瑞針對物聯網應用開發了多款智能網關(guan) ，采用嵌入式係統和邊緣計算技術，現場采集和存儲(chu) 終端設備數據，並根據雲(yun) 平台的需要，采用不同的協議和雲(yun) 平台對接。所有數據采集、計算、異常報警觸發邏輯均在網關(guan) 就地設置，網絡故障時數據存儲(chu) 在本地，網絡恢複後補傳(chuan) 數據，斷點續傳(chuan) ，提高數據可靠性。

2.4 終端設備

       針對泛在電力物聯網的建設，安科瑞陸續推出多款物聯網儀(yi) 表，應用在不同場合以滿足不同需求，2019年全年各類終端儀(yi) 表出貨量超過185萬(wan) 台。

2.5 安科瑞產(chan) 品在泛在電力物聯網的應用

       近兩(liang) 年來，安科瑞已經陸續參與(yu) 江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平台、雲(yun) 南省網綜合能源服務平台、上海嘉定區147所學校電力運維平台等相關(guan) 平台的建設，提供了包括雲(yun) 平台、智能網關(guan) 、終端設備等產(chan) 品，各類用戶端雲(yun) 平台在全國各地運行案例700多套，並且根據用戶需求不斷完善產(chan) 品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯網的一部分。

       “能源互聯網的春天到了，因其所能，它必將成為(wei) 充滿活力的新型能源業(ye) 態。"盡管針對泛在電力物聯網還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯網已經悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯網基礎建設的方方麵麵。

3 預期實施效果

3.1 全息感知

       5G網絡下，實現用戶電能計量裝置的外在和內(nei) 在信息的匯集、傳(chuan) 輸、轉換，利用各環節設備，使客戶狀態的全感知、業(ye) 務全穿透。每一個(ge) 傳(chuan) 感器都相當於(yu) 用電檢查人員和計量工作人員到達用戶現場的點，實現人與(yu) 物密集的關(guan) 係接觸，體(ti) 現了電力物聯網技術的良好應用成果，提高了計量裝置設備可靠性、穩定性。

3.2 泛在連接

       實現“物一物"、“人～物"、“人一人"安全信息互動；實現內(nei) 部設備、用戶和數據的即時連接；實現電能計量裝置設備主人與(yu) 客戶的全時空泛在連接。通過泛在連接，計量裝置各部分都處在用電檢查人員和計量工作員的掌握之下，人與(yu) 設備高度結合，便於(yu) 及時發現異常、處理異常，工作效率提高，解決(jue) 問題能力加強。

3.3 開放共享

       遵循以開放共享，在以人為(wei) 中心的基礎上，進一步延伸人的感知，通過平台App共享數據，使營銷計量專(zhuan) 業(ye) 信息公正、公開、客觀、透明，保障電力客戶利益不受損失，實現價(jia) 值共創，戰略共贏。

3.4 融合創新

       結合了電力、電子、通信、遙感等多項技術手段，推動“兩(liang) 網"深度融合與(yu) 數據融通，提高管理創新、業(ye) 務創新和業(ye) 態創新能力，開拓新的創新思路，將電能計量裝置接人“國網雲(yun) "。

4 結語

       電力物聯網技術是一種手段，其目的是能夠產(chan) 生新價(jia) 值，創造新效益。以上提出一種在5G網絡下基於(yu) 電力物聯網技術的電能計量裝置監控係統，具有一定的應用價(jia) 值，針對電力營銷專(zhuan) 業(ye) 麵對的現實問題，突破傳(chuan) 統工作模式，使其實現跨越式發展，值得應用推廣。 

參考文獻

[1]周一青，潘振崗．翟國偉(wei) ，等．五代移動通信係統5G標準化展望與(yu) 關(guan) 鍵技術研究[J]．數據采集與(yu) 處理，2015(4)：714—724.

[2]李戍廣.5G網絡下電力物聯網技術在計量裝置監控中應用的可行性分析.河北電力技術[J]，2020(4)：6-9.

[3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版.

作者簡介：簡婷，女，現任職於(yu) 开云体育手机下载教程，主要研究方向為(wei) 物聯網智能運維係統。