劉鵬飛
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 202112
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5G下電力物聯網技術的計量裝置監控系統，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，認為方案的實施可以解決電能計量裝置的常態化檢查問題，從故障事前、事中、事後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，保障供電企業的經濟效益。
關鍵詞：泛在電力物聯網；電能計量裝置；監控裝置；5G
0 引言
5G技術，即第五代移動通訊技術，為新一代蜂窩移動通訊技術(ITU IMT-2020規範要求速度高達20Gbit/s)可實現寬通道頻寬和大容量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年做出全面推進“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。在電力營銷專業領域，電能計量裝置經常受到各種環境、人為、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，計量人員只能事後分析，無法得知故障發生時的狀況解決根源問題。基於5G技術的電能計量裝置監控物聯網的建立，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
從傳統技術角度看，典型監控系統由高畫質攝像頭、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，基於泛在電力物聯網技術的電能計量裝置監控包括感知層、網路層、平臺層、應用層4個層次，之間透過5G網路進行資料通訊。透過感知層、網路層和平臺層承載監控資料共享、基礎支撐2個方向的建設內容，對計量裝置內(計量二次迴路、表內)、外部(計量裝置本體以外範圍)實現了全面監控。
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，全面推廣實物ID，以及通訊、計算等資源共享，在源端實現資料融通和邊緣智慧。
1.1.1統一感知接入
感知裝置接人管理系統將透過技術性手段，強制實行相關規範，引導統一終端標準，推動跨專業資料同源採集，實現監控資料與配電側、用電側採集監控深度覆蓋，提升終端智慧化和邊緣計算水平。統一接人有利於使用者側監控系統響應的穩定性，透過分佈在不同方位的感測器實現攝像頭及時準確獲音訊、影片資料。
1.1.2邊緣智慧處理
應用實現裝置包括：感測器、監控攝像系統、電能表資料讀取線路、分佈控制中心。感測器安裝在電能表、互感器、二次迴路、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)，並傳遞給分佈控制中心；監控攝像系統能觀察到電能表、互感器、二次迴路及整個計量裝置，佈置在使用者配電室或計量杆塔等處；電能表資料線路用於傳輸表內資料，與控制中心儲存正常資料對比；分佈控制中心作用是接收感測器傳遞的資訊，調取電能表實時計量引數內進行分析，並作出判斷，確定是否與計量裝置裝置進行資料互動。
1.2 網路層
網路層可分為接入網、骨幹網、業務網、支撐網。接入網，即若干感測器、監控攝像系統與分佈控制中心間構成的網路，為主要資訊採集人網口，由5G熱點無線寬頻技術(WIFI、WiMAX等)實現。骨幹網，即不同分佈控制中心間組成的網路，由5G熱點無線寬頻技術(wIFI、WiMAX等)實現。業務網，即用電檢查員，計量人員、電力使用者等為辦理各種業務進行資訊資料交流溝網，主要為移動App，通訊工具等來實現。支撐網，即5G通訊網路，主要作是將分佈控制中心、186系統、電能採集系統組網支撐平臺層的執行。
1.3 平臺層
平臺層的實現依託企業中臺，共享平臺服務能力，支撐電能計量裝置的監控系統。透過分佈控制中心的互聯實現超大規模感測器與監控系統統一物聯管理，深化全業務統一資料中心建設。
1.3.1能力開放
本系統依託分佈控制中心構建統一主站(資料中臺)，實現各類異常資料“一次採集，多處使用”，挖掘資料價值，建立資料模型，實現能力開放。各使用者分佈控制中心實現互聯，將資料透過資料中臺處理，並傳至各分佈控制中心，實現演算法的梳理與升級。然後，透過資料中臺處理的資料，面向186系統、與電能採集系統實現共享。
1.3.2 物聯管控
各分佈控制中心實現可信互聯、安全互動、智慧防禦，實現了其重要的邊緣計算與控制。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，落實分類授權和資料防洩漏措施，強化App防護、應用審計和安全互動技術，實現“物一物”、“人一物”、“人一人”安全資訊互動；智慧防禦，對物聯網安全態勢的動態感知、預警資訊自動分發、安全威脅智慧分析、響應措施聯動處置。
1.4 應用層
該系統的建立，重點是全面支撐核心業務智慧化運營，全面服務能源網際網路生態，促進管理提升和業務轉型。
1.4.1 客戶服務
最佳化電力資源配置，在用電環節制止浪費、降低電耗、移峰填谷、促進可再生能源電力消費、減少汙染物和溫室氣體排放，實現節約用電、環保用電、綠色用電、智慧用電和有序用電。
1.4.2企業運營
透過對計量裝置的監控，實現對企業裝置狀態預警、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，催化企業內部的技術創新、新產品開發，提高生產產品的質量，進而提高企業的經濟效益。
1.4.3電網執行
透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，從而瞭解電網執行中可能存在的問題和隱患。計量裝置中的二次迴路對電網供電的反饋非常直接，可以及時發現電網執行中的問題，並且及時的“物一人”互聯。
1.4.4 新興業務
基於泛在電力物聯網的電能計量監控系統的建設改變了傳統供用電關係，變成了一種相互信的合作關係，具體新興業務形式有：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
安科瑞電氣深耕使用者側能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯網雲平臺到終端感測器的生態體系，在“源（電源）-網（電網）-荷（負荷）-儲（儲能）”各個環節加大研發投入，已經形成“雲（雲平臺）-管（有線/無線物聯）-邊（邊緣計算）-端（終端裝置）”的生態系統，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，使使用者在任何時間、地點、人、物之間實現資訊連線和互動，產生共享資料，從而為電網、發電、供應商、使用者服務。
2.1 雲平臺
安科瑞電氣近年來已經陸續推出變電所運維雲平臺、能源管理雲平臺、智慧安全用電雲平臺、環保用電監管雲平臺、充電樁（電動汽車/腳踏車）運營管理雲平臺、預付費管理雲平臺等雲平臺解決方案等解決方案，並已經廣泛應用在多地國網公司使用者端業務、環保部門、安監部門、住建部門等。
2.1.1 變電所運維雲平臺
據統計全國高供高計的工商業使用者數量達到200多萬戶，規模巨大，但是大部分日常的執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佔這塊巨大的市場，這是一個千億級別的市場。
AcrelCloud-1000電力運維雲平臺採用多功能電力儀表、無線通訊、邊緣計算閘道器及大資料分析技術，透過智慧閘道器採集現場資料並存儲在本地，再定時向雲平臺推送資料。平臺可同時接入數以千計的使用者變電站資料。平臺採集的資料包括變電所電氣引數和環境資料，包括電流電壓功率、開關狀態、變壓器溫度、環境溫溼度、浸水、煙霧、影片、門禁等資訊，有異常發生10S內透過簡訊和APP發出告警訊號。平臺透過手機APP下發運維任務到指定人員手機上，並透過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現執行缺陷並做消缺處理，變電所運維雲平臺功能一覽。
2.1.2 能源管理雲平臺
Acrelcloud-5000能耗管理雲平臺可適用於各個行業，如政府辦公建築、工廠、教育建築、醫療建築、商業綜合體等，可透過區域網、網際網路或者4G網路採集不同區域多個建築或單位的用能資料。
平臺採集建築電、水、氣、冷熱量等能源消耗資料和光伏、風力、儲能等新能源資料，對用能資料進行分析，按照區域、部門、用電裝置型別進行細分，提供同比、環比分析比較和用能資料追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能資料和報表，幫助使用者梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。
2.1.3 環保用電監管雲平臺
近年來我們的環境質量有了很大的改善，這都歸功於國家層面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系統解決方案，助力環保部門堅決打贏藍天碧水保衛戰。
Acrelcloud-3000環保用電監管平臺主要為環保監察部門和產汙排汙企業服務，為環保部門提供線上監管和執法依據，為生產企業提供裝置執行監控和產汙排汙資料記錄。
平臺採集生產企業總用電量、生產用電和治汙裝置用電量，進行關聯分析，及時給出環保裝置異常執行訊號或企業異常生產訊號，實現全過程防控。前端裝置採用不停電免接線方案採集用電資料，經LORA無線上傳到環保資料閘道器，再透過4G上傳平臺伺服器或縣、市、省級環保平臺。各地環保部門透過汙染防治設施用電實時監控，實現對排汙企業生產執行無死角、全流程監控，達到變人防為資訊化技防，從事後處罰到介入式執法，徹底扭轉傳統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態，為環保監管開闢更加切實、有效的監管方式，形成長效機制。
2.1.4 智慧安全用電雲平臺
據應急管理部網站資料，2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災佔總數的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佔總數的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檔案推廣使用安全用電、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。
安科瑞Acrelcloud-6000安全用電管理雲平臺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）進行不間斷的資料跟蹤與統計分析，透過2G/NB-IOT/4G方式採集現場資料，實時發現電氣線路和用電裝置存在的安全隱患（如：線纜溫度異常、過載、過壓、欠壓及漏電等）並透過簡訊、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引數和線纜溫度，並支援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。
2.1.5 電動汽車/電瓶車充電樁運營管理雲平臺
電動汽車現已成為廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運營管理雲平臺系統透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資料採集和監控，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；使用者透過微信小程式掃描二維碼，進行支付後，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模組或GPRS模組接入網際網路，配合加密技術和秘鑰分發技術，基於TCP/IP的資料互動協議，與雲端進行直連。
電動腳踏車數量越來越多，解決了老百姓短距離出行問題，但是和電動腳踏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。基於電動腳踏車火災的危害和特點，各級政府部門發文對電動腳踏車火災的整治重點都放在規範停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理雲平臺，針對電動腳踏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，可應用於商業樓宇、小區、學校、醫院等場所設定的電動腳踏車充電場所的運營管理。
2.1.6 物業小區預付費管理雲平臺
安科瑞遠端預付費系統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、工廠宿舍的後勤管理部門以及連鎖超市、大型物業分散式財務操作，線上支付，總部財務扎口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理系統已經成功在上述各場景得到廣泛的應用並已經穩定執行多年，適用於物業公司對小區、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。
2.2 有線/無線物聯
安科瑞根據多年來的專案經驗，結合使用者實際需求，開發了各類有線、區域無線、廣域無線通訊產品，包括閘道器和終端裝置。支援RS485、乙太網、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，服務於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慧閘道器，採用嵌入式系統和邊緣計算技術，現場採集和儲存終端裝置資料，並根據雲平臺的需要，採用不同的協議和雲平臺對接。所有資料採集、計算、異常報警觸發邏輯均在閘道器就地設定，網路故障時資料儲存在本地，網路恢復後補傳資料，斷點續傳，提高資料可靠性。
2.4 終端裝置
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，安科瑞已經陸續參與江蘇省部分縣市電力公司的使用者端能源管理平臺、雲南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設，提供了包括雲平臺、智慧閘道器、終端裝置等產品，各類使用者端雲平臺在全國各地執行案例700多套，並且根據使用者需求不斷完善產品功能，這些專案就是未來泛在電力物聯網的一部分。
“能源網際網路的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業態。”儘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，融入能源網際網路基礎建設的方方面面。
3 預期實施效果
3.1 全息感知
5G網路下，實現使用者電能計量裝置的外在和內在資訊的彙集、傳輸、轉換，利用各環節裝置，使客戶狀態的全感知、業務全穿透。每一個感測器都相當於用電檢查人員和計量工作人員到達使用者現場的點，實現人與物密集的關係接觸，體現了電力物聯網技術的良好應用成果，提高了計量裝置裝置可靠性、穩定性。
3.2 泛在連線
實現“物一物”、“人～物”、“人一人”安全資訊互動；實現內部裝置、使用者和資料的即時連線；實現電能計量裝置裝置主人與客戶的全時空泛在連線。透過泛在連線，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，人與裝置高度結合，便於及時發現異常、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，透過平臺App共享資料，使營銷計量專業資訊公正、公開、客觀、透明，保障電力客戶利益不受損失，實現價值共創，戰略共贏。
3.4 融合創新
結合了電力、電子、通訊、遙感等多項技術手段，推動“兩網”深度融合與資料融通，提高管理創新、業務創新和業態創新能力，開拓新的創新思路，將電能計量裝置接人“國網雲”。
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，創造新效益。以上提出一種在5G網路下基於電力物聯網技術的電能計量裝置監控系統，具有一定的應用價值，針對電力營銷專業面對的現實問題，突破傳統工作模式，使其實現跨越式發展，值得應用推廣。
參考文獻
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[2]李戍廣.5G網路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]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介
劉鵬飛，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智慧電網供配電
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