李明君

(安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801)

 

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網數據中臺的能源物聯網云平臺，本文結合F5G和EIoT，為分布廣泛的互聯網用戶提供PAAS服務的平臺。用戶完成安科瑞物聯網產品安裝之后，可通過手機掃碼便捷地實現產品接入平臺，無需關注調試和平臺運作過程，并可自主選擇平臺功能，獲得到相應的數據服務, 更好地實現了電網可靠、經濟、高效、綠色的目標和各種電力終端的全面感知和互聯。

關鍵詞：F5G；EIoT；能源物聯網；數據服務

 

       隨著互聯網固定網絡領域的代際演進，F5G悄然來臨。在數字中國、智慧社會的數字化轉型過程中，帶寬、聯接、體驗的第五代提升將更好的實現人與人之間的情感傳遞，更全面的賦能新業務模式。

       對電力行業來說，過去傳統粗放、低效的能源生產和管理模式已經不能滿足整個行業的快速發展訴求。實現電網可靠、經濟、高效、綠色的目標和各種電力終端的全面感知和互聯，通信技術是基礎支撐。

       同時隨著電力行業數字化轉型的深入，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，在電力物聯網背景下，通信承載網帶寬需求持續提升，而F5G為電力行業提供超大帶寬的全光承載網, 在保障關鍵生產業務高安全需求的同時，滿足當前業務承載和未來持續擴容需求。

       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勢。

       第三，H-OTN創新, F5G 創新出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中的廣域和接入兩張網絡合一，并通過硬管道技術實現不同業務的物理隔離，保證業務安全。

       正是有了這些關鍵技術的保證，才確保了能源物聯網的發展。Acrel-EIoT能源物聯網云平臺是一套基于安科瑞物聯網數據中臺，建立了上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器和互感器等設備，自行安裝后無論是物聯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數據服務。

 

       Acrel-EIoT能源物聯網云平臺的客戶群體分為兩類：第一類是互聯網用戶；第二類是智慧城市。互聯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）某個小區的物業，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）某個物聯網系統集成商想要直接獲取物聯網產品的數據，需要一個統一的管理平臺；

       傳統的商業模式對這類互聯網用戶的弊端有一下幾個方面：

       （1）數據系統價格偏高

       （2）需要多樣化數據服務

       （3）調試過于專業

       （5）系統硬件選型過于專業

       （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管信息，結合GIS、BIM等數字孿生技術實現宏觀監管

       （3）提供統一的運營服務平臺，向終端用戶提供物聯網數據服務

 

       能源物聯網以能源供應、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、節能各個環節串聯起來，結合人與物的互聯，構成以安科瑞產品為媒介的能源物聯網生態圈，其中物聯網硬件和能源參與者分別以數據流形式和業務流的形式與平臺交互。

（1）組網結構

       Acrel-EIoT能源物聯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、物聯網電表、物聯網水表、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，采集感知層的數據，進行規約轉換及存儲之后將數據上傳至能源物聯網云平臺。

       ③平臺層：包含應用服務器和數據服務器，可在PC端或移動端實現應用。

（2）平臺架構

        Acrel-EIoT能源物聯網云平臺的系統網絡結構采用分層分布式的結構，系統包括：感知層、數據層、應用層、表現層和運營層。系統架構圖如圖所示。

       傳感器層包括了我司的各類產品，是整個系統的最底層，也是構建該能源物聯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、物聯網電表、物聯網水表、電瓶車充電樁、汽車充電樁、路燈控制器等設備。

       中間的數據處理平臺主要完成數據處理、數據存儲和數據交互的工作，為了保證整個綜合平臺的數據處理能力，我們將實時數據、歷史數據和業務數據分別存儲在不同的庫中，并提供多種接口實現與第三方系統的數據交互。

       上層的應用層是指Acrel-EIoT能源物聯網云平臺，主要實現各種功能應用，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平臺的訪問與操作。

 

（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展，各類規模大小不等，設備種類、數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模體系相對稱的監控系統，數量眾多的無人值守機房的物理運行環境狀況、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的危急狀況，均無法得到及時的發現和處理，也就很難被有效預見、防范和避免。因此在配電室內安裝環境監控系統，實現配電室內環境的在線監測，保障配電室設備的穩定運行很有必要。

       電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，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），并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

②智能運維功能模塊

       據統計全國高供高計的工商業用戶數量達到200多萬戶，規模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳統，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境數據，包括電流電壓功率、開關狀態、變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到**人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷并做消缺處理。

（2）能源管理

① 安全用電功能模塊

       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年全國共接報火災23.7萬起，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、公安部消防局以及各省市自治區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生，現安全用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養老福利院、醫療場所、學校、金融網點等人員密集場所廣泛開展。

       安全用電管理模塊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）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生。系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，并支持巡檢記錄和派單操作，提供安全隱患分析報告，實時評估企業用電安全狀態。

②電能質量功能模塊

       電能質量問題越來越受到關注，已成為電力系統的研究熱點之一。一方面，隨著科學技術的發展，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，電力系統規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。

       電能質量監測，包括三項不平衡度、諧波、功率因數，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過低時產生報警，觸發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境的要求越來越高，同時對照明系統的要求也越來越高。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。

       智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測。平臺通過監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，平臺都能進行監測，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、釘釘等，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綜合體、小區、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業，學校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業分布式財務操作，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定運行多年，適用于物業公司對小區、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系統。

③ 汽車/電瓶車收費運營功能模塊

       電動汽車現已成為廣泛使用的綠色能源交通工具，同時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，各級政府部門發文對電動自行車火災的整治對象都放在規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網技術對接入系統的充電樁站點和各個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、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；婆婆婆婆用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，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技術，基于TCP/IP的數據交互協議，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。

（4）能源分析

① 能源管理功能模塊

       為了穩步推進雙碳目標，在能源消費強度和消費總量的“雙控”背景下，企業需要考慮如何應對能耗雙控以保障正常生產。現有大部分企業依然采用電、水、氣、冷、熱等各種能源供應系統“單獨規劃、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、計量數據不準確；人工抄表可靠性低；難以有效監測和評估主要耗能設備的用能效率；缺少決策數據支持，對于節能評估無法提供可靠參考數據；缺乏有效的企業能效評估指標體系，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，實現從能源數據采集、過程監控、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，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、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）工業組態

       傳統的工業自動化組態應用開發方式要求開發人員具備代碼編寫的能力、理解相關的開發框架的概念和使用方式，這種開發方式開發周期長、對開發人員要求非常高。同時，傳統的工業自動化組態應用部署在工業現場，部署便捷性和可訪問性都很低。

       伴隨著工業互聯網的快速發展，應用需求往往更新迭代非常快，而設備廠商往往沒有相關的工業組態軟件開發背景，使得工業組態軟件的開發和更新速度非常緩慢，往往無法滿足快速業務增長的需要。同時，對于工業組態軟件的訪問不再止于工業現場，來自于工業現場外部的訪問需求也在日益增長。

       Acrel-EIoT能源物聯網云平臺中的工業組態模塊解決了傳統工業自動化組態應用的部署和可訪問性低的問題，通過用戶在開發工具中使用鼠標拖拽的方式調整組態畫面元件的屬性、位置、尺寸等，并內置豐富的組態元件庫，使得用戶無需代碼的編寫能力，無需工業自動化組態軟件開發的技術背景，也可以方便的開發出工業組態界面，同時也支持數據展示、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多維度可視化，為客戶提供數字化服務，助力企業能源經濟雙向管理，提升能源管理水平。可以實現的功能主要有：各區域信息實時同步；全局掌握各區域能源消耗情況；可視化監視設備運行狀態；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。

 

       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點數的平方，而且該網絡的價值與聯網的用戶數的平方成正比。這代表著，接入網絡的設備越多，網絡的價值就會越大。所以，F5G也意味著能源物聯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，為能源數字化轉型提供一張面向未來的智慧光路。

 

[1] 劉俊勇,潘力,何邁.能源物聯網及其關鍵技術[J].物聯網學報

[2] 常生強.智慧園區能源物聯網發展模式

[3] 鄭凱. F5G鑄就面向未來的能源物聯網

 

       李明君，男，江蘇安科瑞微電網研究院有限公司，從事電氣相關物聯網系統研發工作；