淺談5G網絡下電力物聯(lián)網技術在計量裝置監(jiān)控中的應用

時間：2021-11-16

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(lián)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、事后全面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(jù)，**供電企業(yè)的經濟效益。
關鍵詞：泛在電力物聯(lián)網；電能計量裝置；監(jiān)控設備；5G

0 引言
5G技術，即*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(xiàn)寬信道帶寬和大容量MIMOL。5G技術使物物間關聯(lián)變得較為廣泛、方便，加速了電力物聯(lián)網應用層面的搭建過程。國家電網有限公司2019年做出全面推進“三型兩網”建設的重要決策，建設“泛在電力物聯(lián)網”是落實“三型兩網”戰(zhàn)略目標的**任務。電力物聯(lián)網技術具備全息感知、泛在聯(lián)接、開放共享、融合創(chuàng)新的特點。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(lián)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(xiàn)代物聯(lián)網技術角度看，基于泛在電力物聯(lián)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(shù)據(jù)通信。通過感知層、網絡層和平臺層承載監(jiān)控數(shù)據(jù)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(xiàn)了全面監(jiān)控。
1.1感知層
電能計量裝置監(jiān)控設施應實現(xiàn)終端標準化統(tǒng)一接人，全面推廣實物ID，以及通信、計算等資源共享，在源端實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)同源采集，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)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(xiàn)攝像頭及時準確獲音頻、視頻數(shù)據(jù)。
1.1.2邊緣智能處理
應用實現(xiàn)設備包括：傳感器、監(jiān)控攝像系統(tǒng)、電能表數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線路用于傳輸表內數(shù)據(jù)，與控制中心存儲正常數(shù)據(jù)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(shù)內進行分析，并作出判斷，確定是否與計量裝置設備進行數(shù)據(jù)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(xiàn)。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(xiàn)。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(shù)據(jù)交流溝網，主要為移動App，通信工具等來實現(xiàn)。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(xiàn)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(lián)實現(xiàn)**大規(guī)模傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一物聯(lián)管理，深化全業(yè)務統(tǒng)一數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中臺)，實現(xiàn)各類異常數(shù)據(jù)“一次采集，多處使用”，挖掘數(shù)據(jù)**，建立數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)能力開放。各用戶分布控制中心實現(xiàn)互聯(lián)，將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)中臺處理，并傳至各分布控制中心，實現(xiàn)算法的梳理與升級。然后，通過數(shù)據(jù)中臺處理的數(shù)據(jù)，面向186系統(tǒng)、與電能采集系統(tǒng)實現(xiàn)共享。
1.3.2 物聯(lián)管控
各分布控制中心實現(xiàn)可信互聯(lián)、安全互動、智能防御，實現(xiàn)了其重要的邊緣計算與控制?？尚呕ヂ?lián)，規(guī)范泛在電力物聯(lián)網的終端安全策略管控原則，構建基于密碼基礎設施的快速、靈活、互認的身份認證機制；安全互動，落實分類授權和數(shù)據(jù)防泄漏措施，強化App防護、應用審計和安全交互技術，實現(xiàn)“物一物”、“人一物”、“人一人”安全信息互動；智能防御，對物聯(lián)網安全態(tài)勢的動態(tài)感知、預警信息自動分發(fā)、安全威脅智能分析、響應措施聯(lián)動處置。

1.4 應用層
該系統(tǒng)的建立，重點是全面支撐**業(yè)務智慧化運營，全面服務能源互聯(lián)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(xiàn)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(xiàn)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)內部的技術創(chuàng)新、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(xiàn)電網運行中的問題，并且及時的“物一人”互聯(lián)。
1.4.4 新興業(yè)務
基于泛在電力物聯(lián)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(lián)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(lián)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(lián)）-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(lián)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(xiàn)信息連接和交互，產生共享數(shù)據(jù)，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、智慧安全用電云平臺、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、**、安監(jiān)部門、住建部門等。
2.1.1 變電所運維云平臺
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。

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(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、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*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，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**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(lián)網或者4G網絡采集不同區(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。

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**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**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**提供在線監(jiān)管和執(zhí)法依據(jù)，為生產企業(yè)提供設備運行監(jiān)控和產污排污數(shù)據(jù)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(lián)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(xiàn)全過程防控。**設備采用不停電免接線方案采集用電數(shù)據(jù)，經LORA無線上傳到環(huán)保數(shù)據(jù)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**通過污染防治設施用電實時監(jiān)控，實現(xiàn)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(xiàn)場核查的狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管開辟較加切實、有效的監(jiān)管方式，形成長效機制。

2.1.4 智慧安全用電云平臺
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，電氣火災的比例較高。**、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安全用電、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。
安科瑞Acrelcloud-6000安全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(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)。
2.1.5 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。
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?；陔妱幼孕熊嚮馂牡奈：吞攸c，各級**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。

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安全管控系統(tǒng)。

2.2 有線/無線物聯(lián)
安科瑞根據(jù)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(lián)網建設。
2.3 邊緣計算

安科瑞針對物聯(lián)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(xiàn)場采集和存儲終端設備數(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)邏輯均在網關就地設置，網絡故障時數(shù)據(jù)存儲在本地，網絡恢復后補傳數(shù)據(jù)，斷點續(xù)傳，提高數(shù)據(jù)可靠性。

2.4 終端設備
針對泛在電力物聯(lián)網的建設，安科瑞陸續(xù)推出多款物聯(lián)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**過185萬臺。

2.5 安科瑞產品在泛在電力物聯(lián)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全國各地運行案例700多套，并且根據(jù)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(lián)網的一部分。
“能源互聯(lián)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)?！北M管針對泛在電力物聯(lián)網還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯(lián)網已經悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯(lián)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(xiàn)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(xiàn)場的點，實現(xiàn)人與物密集的關系接觸，體現(xiàn)了電力物聯(lián)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(xiàn)“物一物”、“人～物”、“人一人”安全信息互動；實現(xiàn)內部設備、用戶和數(shù)據(jù)的即時連接；實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)，使營銷計量專業(yè)信息公正、公開、客觀、透明，**電力客戶利益不受損失，實現(xiàn)**共創(chuàng)，戰(zhàn)略共贏。
3.4 融合創(chuàng)新
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(shù)據(jù)融通，提高管理創(chuàng)新、業(yè)務創(chuàng)新和業(yè)態(tài)創(chuàng)新能力，開拓新的創(chuàng)新思路，將電能計量裝置接人“國網云”。

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

參考文獻
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詞條說明
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