【节能学院】浅谈电力行业的物联网平台设计及应用

摘要：在信息技术领域，物联网已经被看作是一种必然的发展趋势，将给人类科技和日常生活带来翻天覆地的变化。针对物联网规模化应用面临的挑战，业界各方加速产业链布局，打造开放式物联网架构，形成“感知服务层+网络层+平台服务层+应用服务层”的四层物联网体系结构，其中平台服务层是物联网架构和产业链中的关键环节，可以实现对终端智能设备的“管、控、营”一体化，为上层应用提供通用的服务能力，如设备管理、网络管理、消息管理、数据处理和挖掘、业务流程和应用整合等能力。

关键词：物联网；电力物联网；物联网平台；智能电网；云平台

电力物联网平台需求分析

电力物联网平台，是物联网云化架构的关键组件，为泛在电力物联网的建设提供泛在设备安全接入、网络资源管理、智能设备全寿命周期管控、一站式物联应用管理以及运营服务等能力，支撑电力行业生态体系的建设，促进电网业务各环节状态全感知、业务全穿透、信息融合和智能决策。电力物联网平台，需要具备如下能力。

海量异构设备接入

电力物联网覆盖电力系统各环节，需要一张网络接入多类终端，实现“全景监测”；随着终端多元化能源服务、智能终端、移动应用的发展，平台连接设备量巨大，云网端之间的连接将跨越有线网络、电力无线专网、无线公网等多种网络。为支撑构建端到端解决方案，需要通过平台提供统一的设备管理、连接管理。

网络稳定服务

随着物联网应用的不断深化，“互联网+”和能源互联网相互渗透，需要联通互联网、公共通信网、综合能源用户等外部网络和信息应用，具备内外部网络的整合能力，并基于现有的电力通信网络设施，拓展通信业务，为能源互联网建设提供泛在互联服务。

统一技术服务

电力物联网向规模化应用发展，为解决碎片化、重复化问题，需要提供共性技术平台。基于统一的技术路线，以微服务形式提供通用功能和接口，提升开发效率，支持不同业务应用的开发和实施；提供开放的外部接口，实现跨行业、跨领域互通，推动大规模应用发展，促进业务模式，持续演进满足新需求。

物联应用支撑能力

在电力物联网的建设过程中，应结合产业生态建设，探索水平环节的开放共享，通过“云平台+微服务”的灵活IT架构，以及“大中台、小前台”的组织和业务机制，将具有共享性业务能力进行沉淀、封装，构建应用服务和数据资源的共享服务体系。并基于平台的能力开放，建立互促发展的生态合作机制，实现第三方系统/平台之间的互操作，充分支撑产业发展。

电力物联网平台设计方案

总体设计

电力物联网平台为电力物联网提供水平化支撑，通过连接管理、网络管理、设备管理，实现全环节物物相连的一次水平化；通过应用使能功能，实现资源整合，打通用户、业务与终端以实现协同，实现全业务云上运行的二次水平化。平台主要包括连接管理、网络管理、设备管理、用户管理及应用使能等功能模块。电力物联网平台整体架构如图2所示。

连接管理

连接管理提供安全可靠的设备连接通信能力，实现电力生产现场、运行、控制数据的在线采集。支持无线、有线等多种网络连接方式的设备接入，实现各种类型终端设备的快速统一接入、动态管理及维护，支撑海量设备多协议适配。

网络管理

网络管理主要指具备虚拟网络管理功能，屏蔽承载网络的差异性，网络配置软件化，逻辑上的一张物联网承载多业务；具备网络资源编排、实现网络资源控制的自动化；具备网络隔离、业务编排功能，适应5G网络切片等发展趋势；通过网络坐标与测量，实现通信与计算协同；通过统一的协议，实现云管端统一管理。

设备管理

设备管理主要指物联网终端产品设备全生命周期管理，主要包括物联网终端产品设备管理、接入管理、集中配置管理、在线调试管理、状态管理以及终端设备软件/固件升级管理等六部分功能模块。通过对设备的集中有效管控，实现终端设备的全生命周期管理。

用户管理

用户管理主要提供用户注册、用户登录访问以及用户权限管理等基本功能，平台需要保存用户的基本信息，包括用户的权限信息、注册信息、描述信息等。物联网中的用户不仅包括资源访问者，还包括资源提供者。在资源的处理、存储和访问过程中，需要依据用户对应的属性和权限做区分。对于外部应用开发、用户访问、应用托管，在用户管理上需要特别关注身份认证、授权等访问控制问题。由于物联网的用户访问具有移动性、实时性和动态变化的特点，用户管理需要提供无处不在和无时不在的泛在服务及用户的位置管理。

应用方向

综合能源服务

综合能源服务是以电为中心，把电力系统与天然气网络、供热网络、工业系统、交通系统、建筑系统等紧密结合起来，实现电、气、冷、热、可再生能源等多能互补和“源-网-荷-储”各环节高度协调优化，生产和消费双向互动，集中与分布相结合的能源服务。基于物联网技术的综合能源服务系统如图12所示，集数据、监控、运营、消费、客服、管理六位一体，为政府、能源消费者、能源运营商、能源产品与服务商提供绿色、安全、经济、增值的综合能源智慧化服务。

资产全寿命管理

资产全寿命周期管理，是指在企业总体战略目标指引下，将资产全寿命周期管理中的各个环节进行统筹协调与优化，实现企业管理的管理目标。根据资产密集型企业资产管理的实际情况和特点，可将资产全寿命周期划分为规划设计、招标采购、工程建设、运行检修、退役处置5个阶段，每个阶段都包括不同特点的工作内容。对于电网企业来说，资产管理也是企业管理的核心之一，通过资产全寿命周期管理信息系统的建设推动业务协同，实现管理信息化与生产自动化的融合，尤其是利用物联网技术，感知设备运行状态，实现人、设备、数据的广泛互联，从而及时发现生产运行中的薄弱环节，提高设备运行效率和可靠性。

智慧充电站

电动汽车未来的市场前景是异常巨大的，充/换电站作为发展电动汽车的重要配套基础设施，具有重要的社会效益和经济效益。随着充电桩大量的部署安装，为了提供安全、可靠、充电服务，有效解决充电桩分散、独立的部署方式带来的管理难度大、冗余部署、覆盖范围不均匀和资源浪费等问题，寻求充电桩的负荷控制解决方案，提出了智慧充电站。

智慧充电站是在充电桩上安装传感器和信息采集终端，对充电桩地理位置分布、运行状态进行实时采集和发布，通过物联网平台对充电桩的设备信息、运行信息、故障率等基本信息进行采集和存储，向用户提供充电设备运行状态查询、多渠道充电缴费、智能充电方案等应用。

安科瑞Acrel-EIOT能源物联网平台概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

组网结构

平台功能

可定制驾驶舱

可定制化的驾驶舱：可根据客户的行业特性，行业需求，经过培训的工程或调试人员自行绘制客户所需的驾驶舱页面。

例如下图所示的智慧物业驾驶舱，内容有：预付费、充电桩、电梯、空调、照明等设备管理、能耗统计、收益统计、运维情况等。其中百度地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

电力集抄
 

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设 备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控
 

配电图
 

能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动 化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用数据处理与分析技术，进行离线生产分析 与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提 升整体能源管理水平的目的。

能耗概况
 

预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板
 

充电桩管理
 

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

充电桩看板
 

智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

照明实时监控
 

安全用电

安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现快速时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

智慧消防看板

系统硬件配置

结语

本文在提出“端-边-管-云”电网物联网四层架构的基础上，提出一种开放式电力物联网平台的解决方案，并完成电力物联网平台的整体架构、核心功能，以及关键技术路线的设计方案，对电力物联网平台的典型应用场景进行探讨。对于泛在电力物联网平台的研究和设计，以及建设“全息感知、泛在连接、开放共享”的泛在电力物联网具有重要意义。