物聯網電表解決方案

方案前言：

隨著工業4.0時代的到來，以“信息物理系統（Cyber Physical System, CPS）”，“物聯網（Internet of Things, IoT）”等為基礎技術架構的戰略部署再度引發了人們對于建設能源互聯網的深入思考。自能源互聯網這一概念提出以來，其在我國的發展便緊密圍繞電力系統，通過融入以大數據、云計算、物聯網、移動互聯網等為代表的互聯網技術，以期跨領域實現與可再生能源系統以及其他能源系統深度的數據融合和高度的系統協調運行，從而最終形成一個高效智能且雙向互動的能源服務網絡，推動社會與經濟的可持續發展。

近些年，隨著大數據、人工智能、智能感知、物聯網及無線通信等技術的大力發展和推行，使得在電網內進行更加全面的數據獲取、數據分析、以及價值信息分享和利用等逐漸成為可能。面對這樣的數字化變革挑戰，先進的數據傳輸技術作為建設電力物聯網的核心要素之一，是電網系統運行的重要支撐。它不僅為采集的各類電力相關數據提供了安全、高效的傳輸通道以助力計算分析，還為發布控制、檢修類信息提供了實時、可靠的承載，也為對內對外分享整合的各類電力數據信息提供了橋梁。

方案架構：

物聯網電表解決方案包括感知層、網絡層、平臺層和應用層四層結構，如圖2所示。其中感知層是電力物聯網的底層基礎，需要由該層完成各類數據的采集以及就地處理等工作。在這個環節中，由微型化、智能化的傳感器對電力設備運行狀態、氣象環境、用戶信息等數據進行全面獲取，通過傳輸路徑輸送至本地數據中心，過程中由邊緣計算模塊等配合進行數據的本地化處理；本地數據中心（如變電站數據中心、光伏發電站數據中心等）作為感知層內的基本單元，它們之間、以及感知層與平臺層間廣域范圍內的業務信息傳輸則依靠網絡層來實現；平臺層作為管理環節，負責電力物聯網業務數據流的統一接入管理，并對業務信息進行高效處理；應用層則向下反饋調節信息并對外輸出價值信息，實現規劃建設、生產運行、經營管理、客戶服務等對內、對外業務的支撐。

方案原理：

經過多年經營建設，電力行業中數據傳輸方案應用場景總體上可以劃分為：采集、控制和電力業務信息傳遞三大類。現階段，不同數據傳輸方案的使用滿足眼下的暫時性需求，基本能保障各類電力業務安全、可靠的運行。數據傳輸方案可劃分為有線和無線的形式，用以實現遠程數據傳輸或者本地數據傳輸。

有線傳輸方案主要包括光纖、電力線載波、以太網及總線等技術。早期主要依靠總線或以太網技術滿足來自采集或控制的數據傳輸需求。而對于業務信息的傳輸，則主要采用電力線載波技術和工業以太網技術。

例如，在采集場景中，西安交通大學成永紅教授團隊基于現場總線技術開發了國內第一套電力設備綜合在線監測系統，該系統通過PXI總線集成技術實現了單臺變壓器的多參量在線監測，起到了良好的示范性作用；湖南大學汪沨等通過以太網技術設計了GIS設備的局部放電監測系統。在控制信息傳輸場景中，山東大學趙建國等研究了基于總線技術的繼電保護系統；楊奇遜等基于總線通信構建了應用于變壓器差動保護的過程總線通信實驗平臺。

隨著光纖技術開始在電力行業中應用，其憑借傳輸速率、帶寬、可靠性和實時性等方面的優勢，逐漸替代了以太網和總線技術中以同軸線纜以及雙絞線等為主的傳輸介質，并衍生出了xPON光纖技術，用以滿足電網中采集、控制、業務信息流動等諸多業務場合對數據傳輸可靠性、實時性等的苛刻需求。據統計，截至2019年，35kV及以上廠站、自有物業辦公場所/營業所已經實現了光纖全覆蓋。

方案前景：于電力物聯網中數據傳輸方案，其發展趨勢主要體現在以下兩個方面：

1）順應數字化發展變革，面向多元化的海量信息

現階段電網中的數據傳輸需求主要來自各類電力設備的運行監測與控制，用電信息的采集和電力系統的調度等。但隨著電力物聯網建設目標中對于分布式采集類業務更加全面深化、控制類業務與主網精準聯動等要求的提升，以及對于配合人工智能和大數據技術實現全面感知分析、加強用戶側的雙向互動、互聯協調多種能源等多層次、多方面新要求的提出，使得電力物聯網中的數據流動信息具有更加鮮明的多樣性、復雜性、海量化等特點。

在通信內容更加豐富的趨勢下，要有針對性地考慮業務通信需求的差異化，實現相互安全隔離、功能可定制的數據傳輸服務，并在對應帶寬、速率、時延等方面做出適應與提升，從而支持電力物聯網中多元融合的大數據分析。

2）構建一體化通信架構

面對未來多樣化的業務形式和海量的信息交互，需要建立“綜合接入、一體承載、業務貫通”的通信架構建設理念。構建一體化的通信網絡是必然的趨勢，由統一的平臺提供安全可靠、承載能力強勁的數據傳輸網絡，進行感知層內基本單元的信息交互、統一向上至平臺層的數據接入，或以應用層信息進行對內、對外的反饋、交互，實現業務貫通。一體化的通信網絡憑借覆蓋面廣、資源調配靈活，必將促使電力物聯網的信息化、專業化、科學化水平進一步深入。這將為電網的數據共享和能源互動奠定基礎，協助未來能源互聯網的業務發展。

物聯網電表解決方案方案優勢：

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一、實現遠程用電管理：物聯網電表最主要的功能是能夠實現電表遠程管理，包括遠程抄表、遠程繳費、遠程閥控、防竊電、財務報表打印等功能。電表通過內置NB模塊，將電表直接與抄表系統通過運營商基站通信，從而實現電表和云平臺系統的信息交互，管理人員直接通過電腦或者手機端查看和管理電表即可。

二、遠程采集的數據更客觀、更準確：物聯網遠傳電表和抄表系統的結合運用，能實時讀取客戶電表的電壓電流、用電量、剩余電量等用電信息，系統和電表計量數據保持一致，完全避免了人為錯抄漏抄帶來的數據誤差，為用戶提供更優質的服務。

三、投入資金少：物聯網遠傳電表屬于無線抄表方案，利用運營商基站中現有的射頻和天線，實現電表和系統遠程搭建信息交互的空間橋梁，不需要其他第三方設備，這樣在資金投入方面大大地減少了一大筆費用。