淺談5G網絡下電力物聯網技術在計量裝置監(jiān)控中的應用

張娟
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：針對電力計量裝置故障溯源困難的問題，提出建立基于5G下電力物聯網技術的計量裝置監(jiān)控系統(tǒng)，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，認為方案的實施可以解決電能計量裝置的常態(tài)化檢查問題，從故障事前、事中、事后**提供給工作人員分析線索，為解決故障溯源提供直接佐證和依據，保障供電企業(yè)的經濟效益。
關鍵詞：泛在電力物聯網；電能計量裝置；監(jiān)控設備；5G

0 引言
       5G技術，即第五代移動通信技術，為新一代蜂窩移動通信技術(ITU IMT-2020規(guī)范要求速度高達20Gbit/s)可實現寬信道帶寬和大容量MIMOL。5G技術使物物間關聯變得更為廣泛、方便，加速了電力物聯網應用層面的搭建過程。國家電網有限公司2019年做出**推進“三型兩網”建設的重要決策，建設“泛在電力物聯網”是落實“三型兩網”戰(zhàn)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**的特點。在電力營銷專業(yè)領域，電能計量裝置經常受到各種環(huán)境、人為、不可抗力等因素影響導致發(fā)生故障。通常處理這些故障問題，計量人員只能事后分析，無法得知故障發(fā)生時的狀況解決根源問題。基于5G技術的電能計量裝置監(jiān)控物聯網的建立，提供了一種為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
       從傳統(tǒng)技術角度看，典型監(jiān)控系統(tǒng)由高清攝像頭、傳輸部分、控制部分、記錄部分、顯示部分五部分組成。從現代物聯網技術角度看，基于泛在電力物聯網技術的電能計量裝置監(jiān)控包括感知層、網絡層、平臺層、應用層4個層次，之間通過5G網絡進行數據通信。通過感知層、網絡層和平臺層承載監(jiān)控數據共享、基礎支撐2個方向的建設內容，對計量裝置內(計量二次回路、表內)、外部(計量裝置本體以外范圍)實現了**監(jiān)控。
1.1感知層
       電能計量裝置監(jiān)控設施應實現終端標準化統(tǒng)一接人，**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(tǒng)一感知接入
       感知設備接人管理系統(tǒng)將通過技術性手段，強制實行相關規(guī)范，引導統(tǒng)一終端標準，推動跨專業(yè)數據同源采集，實現監(jiān)控數據與配電側、用電側采集監(jiān)控深度覆蓋，提升終端智能化和邊緣計算水平。統(tǒng)一接人有利于用戶側監(jiān)控系統(tǒng)響應的穩(wěn)定性，通過分布在不同方位的傳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：傳感器、監(jiān)控攝像系統(tǒng)、電能表數據讀取線路、分布控制中心。傳感器安裝在電能表、互感器、二次回路、及整個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)，并傳遞給分布控制中心；監(jiān)控攝像系統(tǒng)能觀察到電能表、互感器、二次回路及整個計量裝置，布置在用戶配電室或計量桿塔等處；電能表數據線路用于傳輸表內數據，與控制中心存儲正常數據對比；分布控制中心作用是接收傳感器傳遞的信息，調取電能表實時計量參數內進行分析，并作出判斷，確定是否與計量裝置設備進行數據交互。

1.2 網絡層
       網絡層可分為接入網、骨干網、業(yè)務網、支撐網。接入網，即若干傳感器、監(jiān)控攝像系統(tǒng)與分布控制中心間構成的網絡，為主要信息采集人網口，由5G熱點無線寬帶技術(WIFI、WiMAX等)實現。骨干網，即不同分布控制中心間組成的網絡，由5G熱點無線寬帶技術(wIFI、WiMAX等)實現。業(yè)務網，即用電檢查員，計量人員、電力用戶等為辦理各種業(yè)務進行信息數據交流溝網，主要為移動App，通信工具等來實現。支撐網，即5G通信網絡，主要作是將分布控制中心、186系統(tǒng)、電能采集系統(tǒng)組網支撐平臺層的運行。

1.3 平臺層
       平臺層的實現依托企業(yè)中臺，共享平臺服務能力，支撐電能計量裝置的監(jiān)控系統(tǒng)。通過分布控制中心的互聯實現超大規(guī)模傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一物聯管理，深化全業(yè)務統(tǒng)一數據中心建設。
1.3.1能力開放
       本系統(tǒng)依托分布控制中心構建統(tǒng)一主站(數據中臺)，實現各類異常數據“一次采集，多處使用”，挖掘數據價值，建立數據模型，實現能力開放。各用戶分布控制中心實現互聯，將數據通過數據中臺處理，并傳至各分布控制中心，實現算法的梳理與升級。然后，通過數據中臺處理的數據，面向186系統(tǒng)、與電能采集系統(tǒng)實現共享。
1.3.2 物聯管控
       各分布控制中心實現可信互聯、**互動、智能防御，實現了其重要的邊緣計算與控制?？尚呕ヂ?，規(guī)范泛在電力物聯網的終端**策略管控原則，構建基于密碼基礎設施的快速、靈活、互認的身份認證機制；**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**交互技術，實現“物一物”、“人一物”、“人一人”**信息互動；智能防御，對物聯網**態(tài)勢的動態(tài)感知、預警信息自動分發(fā)、**威脅智能分析、響應措施聯動處置。

1.4 應用層
       該系統(tǒng)的建立，重點是**支撐核心業(yè)務智慧化運營，**服務能源互聯網生態(tài)，促進管理提升和業(yè)務轉型。
1.4.1 客戶服務
       優(yōu)化電力資源配置，在用電環(huán)節(jié)制止浪費、降低電耗、移峰填谷、促進可再生能源電力消費、減少污染物和溫室氣體排放，實現節(jié)約用電、環(huán)保用電、綠色用電、智能用電和有序用電。
1.4.2企業(yè)運營
       通過對計量裝置的監(jiān)控，實現對企業(yè)設備狀態(tài)預警、售電量和負荷預測、新能源發(fā)電功率預測等應用，提升精益化管理水平，催化企業(yè)內部的技術**、新產品開發(fā)，提高生產產品的質量，進而提高企業(yè)的經濟效益。
1.4.3電網運行
       通過對計量裝置的監(jiān)控，對電網的供電質量能力起到了監(jiān)測的作用，從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(fā)現電網運行中的問題，并且及時的“物一人”互聯。
1.4.4 新興業(yè)務
       基于泛在電力物聯網的電能計量監(jiān)控系統(tǒng)的建設改變了傳統(tǒng)供用電關系，變成了一種相互信的合作關系，具體新興業(yè)務形式有：峰谷用電提醒、三相負荷調整建議、需求側分析、總表套表電量差額分析、用電常識培訓、緊事件報警等。

2 安科瑞為國家電網2020泛在電力物聯網建設提供解決方案

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

2.1 云平臺
       安科瑞電氣近年來已經陸續(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、預付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案，并已經廣泛應用在多地國網公司用戶端業(yè)務、環(huán)保部門、安監(jiān)部門、住建部門等。
2.1.1 變電所運維云平臺
       據統(tǒng)計國內高供高計的工商業(yè)用戶數量達到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。

       AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平臺采集的數據包括變電所電氣參數和環(huán)境數據，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、煙霧、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)運維任務到指定人員手機上，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)現運行缺陷并做消缺處理，變電所運維云平臺功能一覽。

2.1.2 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)，如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)綜合體等，可通過局域網、互聯網或者4G網絡采集不同區(qū)域多個建筑或單位的用能數據。
       平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲能等新能源數據，對用能數據進行分析，按照區(qū)域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環(huán)比分析比較和用能數據追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數據和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。

2.1.3 環(huán)保用電監(jiān)管云平臺
       近年來我們的環(huán)境質量有了很大的改善，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)察部門和產污排污企業(yè)服務，為環(huán)保部門提供在線監(jiān)管和執(zhí)法依據，為生產企業(yè)提供設備運行監(jiān)控和產污排污數據記錄。
       平臺采集生產企業(yè)總用電量、生產用電和治污設備用電量，進行關聯分析，及時給出環(huán)保設備異常運行信號或企業(yè)異常生產信號，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無線上傳到環(huán)保數據網關，再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環(huán)保平臺。各地環(huán)保部門通過污染防治設施用電實時監(jiān)控，實現對排污企業(yè)生產運行無死角、全流程監(jiān)控，達到變人防為信息化技防，從事后處罰到介入式執(zhí)法，徹底扭轉傳統(tǒng)依靠人力、經驗進行現場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟更加切實、有效的監(jiān)管方式，形成長效機制。

2.1.4 智慧**用電云平臺
       據應急管理部網站數據，2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數的30%~34%左右，其中2018年國內共接報火災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**用電、智慧用電，從源頭上預防電氣火災的發(fā)生，現**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。
       安科瑞Acrelcloud-6000**用電管理云平臺對電氣引發(fā)火災的主要因素（線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓）進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現場數據，實時發(fā)現電氣線路和用電設備存在的**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)。
2.1.5 電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺
       電動汽車現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據采集和監(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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。
       電動自行車數量越來越多，解決了老百姓短距離出行問題，但是和電動自行車相關的**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**的一個隱患?；陔妱幼孕熊嚮馂牡奈：吞攸c，各級政府部門發(fā)文對電動自行車火災的整治重點都放在規(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治理提供充電**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。

2.1.6 物業(yè)小區(qū)預付費管理云平臺
       安科瑞遠程預付費系統(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Acrelcloud-3000預付費管理系統(tǒng)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**管控系統(tǒng)。

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(fā)了各類有線、區(qū)域無線、廣域無線通訊產品，包括網關和終端設備。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，未來將會有越來越多的通訊方式融入產品，服務于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(fā)了多款智能網關，采用嵌入式系統(tǒng)和邊緣計算技術，現場采集和存儲終端設備數據，并根據云平臺的需要，采用不同的協議和云平臺對接。所有數據采集、計算、異常報警觸發(fā)邏輯均在網關就地設置，網絡故障時數據存儲在本地，網絡恢復后補傳數據，斷點續(xù)傳，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(xù)推出多款物聯網儀表，應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。

2.5 安科瑞產品在泛在電力物聯網的應用
       近兩年來，安科瑞已經陸續(xù)參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區(qū)147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設，提供了包括云平臺、智能網關、終端設備等產品，各類用戶端云平臺在國內各地運行案例700多套，并且根據用戶需求不斷完善產品功能，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，它必將成為充滿活力的新型能源業(yè)態(tài)。”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面面。

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在信息的匯集、傳輸、轉換，利用各環(huán)節(jié)設備，使客戶狀態(tài)的全感知、業(yè)務全穿透。每一個傳感器都相當于用電檢查人員和計量工作人員到達用戶現場的點，實現人與物密集的關系接觸，體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(wěn)定性。
3.2 泛在連接
       實現“物一物”、“人～物”、“人一人”**信息互動；實現內部設備、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，人與設備高度結合，便于及時發(fā)現異常、處理異常，工作效率提高，解決問題能力加強。
3.3 開放共享
       遵循以開放共享，在以人為中心的基礎上，進一步延伸人的感知，通過平臺App共享數據，使營銷計量專業(yè)信息公正、公開、客觀、透明，保障電力客戶利益不受損失，實現價值共創(chuàng)，戰(zhàn)略共贏。
3.4 融合**
       結合了電力、電子、通信、遙感等多項技術手段，推動“兩網”深度融合與數據融通，提高管理**、業(yè)務**和業(yè)態(tài)**能力，開拓新的**思路，將電能計量裝置接人“國網云”。

4 結語
       電力物聯網技術是一種手段，其目的是能夠產生新價值，創(chuàng)造新效益。以上提出一種在5G網絡下基于電力物聯網技術的電能計量裝置監(jiān)控系統(tǒng)，具有一定的應用價值，針對電力營銷專業(yè)面對的現實問題，突破傳統(tǒng)工作模式，使其實現跨越式發(fā)展，值得應用推廣。 


參考文獻
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[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介
      張娟，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為物聯網智能運維系統(tǒng)。