安科瑞 鮑靜君

　　摘要：針對普通電表需要人工抄表,，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)抄表,，本文提出了基于APP電表的能源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，結(jié)合APP電表為分布廣泛的互聯(lián)網(wǎng)用戶提供PAAS服務(wù),。用戶完成安科瑞APP電表安裝之后,，可通過手機(jī)掃碼便捷地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品接入平臺，無需關(guān)注調(diào)試和平臺運(yùn)作過程,，并可自主選擇平臺功能,，獲得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù), 更好地實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)可靠、經(jīng)濟(jì),、合理,、綠色的目標(biāo)和各種電力終端的全方面感知和互聯(lián)。

　　關(guān)鍵詞：能源物聯(lián)網(wǎng),；APP電表,；數(shù)據(jù)服務(wù)

　　一、引言

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和電力系統(tǒng)市場化改革的推進(jìn),，現(xiàn)代電力系統(tǒng)面臨著諸多問題,。 如建立電力公司和各個(gè)終端之間的互動平臺，提高配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性,，提高分布式電源電網(wǎng)兼容性等,。業(yè)界普遍認(rèn)為，發(fā)展智能電網(wǎng)是解決這些問題的必經(jīng)途徑,。構(gòu)建智能電網(wǎng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的工程,，需要分布進(jìn)行,，而其中 第①步就是建設(shè)計(jì)量體系。在智能電網(wǎng)的建設(shè)中,，電能表作為控制終端,，承擔(dān)著數(shù)據(jù)計(jì)量和互動的功能，其可靠性,、準(zhǔn)確性和便捷性對人們的日常生活具有重要的意義,。近年來，我國電力系統(tǒng)著重進(jìn)行智能電網(wǎng)的建設(shè),，但傳統(tǒng)的電能表由于功能單一無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)抄表,、電力公司和電力用戶之間難以互動等問題越來越難以滿足現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。新型基于無線通信技術(shù)的智能電表,，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電能的監(jiān)測和計(jì)費(fèi)功能,，而且可以使電力用戶和電力公司進(jìn)行雙向通信，成為電力用戶和電力公司之間的橋梁,，更進(jìn)一步促使我國智能電網(wǎng)的發(fā)展,，智能電表的研究和設(shè)計(jì)對我國電力系統(tǒng)來說具有重要意義和實(shí)踐價(jià)值。

　　Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺是一套基于安科瑞物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺,，建立了上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器和互感器等設(shè)備,，自行安裝后無論是物聯(lián)網(wǎng)儀表直傳還是通過網(wǎng)關(guān)上傳,，都可以使用手機(jī)掃碼即可得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　二,、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

　　能源物聯(lián)網(wǎng)以能源供應(yīng),、能源管理、設(shè)備管理,、能耗分析的能源流向?yàn)橹骶€,，將能源生產(chǎn)加工、分配傳輸,、消耗,、節(jié)能各個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，結(jié)合人與物的互聯(lián),，構(gòu)成以安科瑞產(chǎn)品為媒介的能源物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈,，其中物聯(lián)網(wǎng)硬件和能源參與者分別以數(shù)據(jù)流形式和業(yè)務(wù)流的形式與平臺交互。

　　（1）組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu),，主要由感知層（終端采集設(shè)備）,、網(wǎng)絡(luò)層（通訊管理終端）和平臺層（能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺）三個(gè)部分組成。

　　感知層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器,，包括多功能儀表,、預(yù)付費(fèi)電表,、多回路儀表、物聯(lián)網(wǎng)電表,、物聯(lián)網(wǎng)水表,、電瓶車充電樁、汽車充電樁,、路燈控制器等,。

　　網(wǎng)絡(luò)層：智能網(wǎng)關(guān)，采集感知層的數(shù)據(jù),，進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換及存儲之后將數(shù)據(jù)上傳至能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺,。

　　平臺層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，可在PC端或移動端實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,。

　　(2)平臺架構(gòu)

　　Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分層分布式的結(jié)構(gòu),，系統(tǒng)包括：感知層、數(shù)據(jù)層,、應(yīng)用層,、表現(xiàn)層和運(yùn)營層,。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖所示,。

　　傳感器層包括了我司的各類產(chǎn)品，是整個(gè)系統(tǒng)的底層,，也是構(gòu)建該能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺必要的基本組成元素,，主要有多功能儀表、預(yù)付費(fèi)電表,、多回路儀表,、物聯(lián)網(wǎng)電表、物聯(lián)網(wǎng)水表,、電瓶車充電樁,、汽車充電樁、路燈控制器等設(shè)備,。

　　中間的數(shù)據(jù)處理平臺主要完成數(shù)據(jù)處理,、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交互的工作，為了保證整個(gè)綜合平臺的數(shù)據(jù)處理能力,，我們將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),、歷史數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分別存儲在不同的庫中，并提供多種接口實(shí)現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互,。

　　上層的應(yīng)用層是指Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺,，主要實(shí)現(xiàn)各種功能應(yīng)用，平臺按照能源的流向分為能源供應(yīng),、能源管理,、設(shè)備管理和能耗分析4大板塊,，其中能源供應(yīng)包括電力集抄、智能運(yùn)維子模塊,，能源管理包括安全用電,、電能質(zhì)量子模塊，設(shè)備管理包括智能照明,、預(yù)付費(fèi),、充電樁子模塊，能耗分析包括能源管理,、增值服務(wù)子模塊,。平臺通過web和app的方式為用戶提供人機(jī)交互的界面，運(yùn)營層的各類用戶可以通過這兩種方式實(shí)現(xiàn)平臺的訪問與操作,。

　　三,、平臺功能

　　(1)能源供應(yīng)

　　① 電力集抄功能模塊

　　隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，各類規(guī)模大小不等,，設(shè)備種類,、數(shù)量不同的含網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機(jī)房廣泛分布于用戶各分支機(jī)構(gòu)所在地域，由于欠缺與運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模體系相對稱的監(jiān)控系統(tǒng),，數(shù)量眾多的無人值守機(jī)房的物理運(yùn)行環(huán)境狀況,、設(shè)備運(yùn)行狀況、人員活動狀況以及消防狀況的變化包括可能出現(xiàn)的危急狀況,，均無法得到及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理,，也就很難被合理預(yù)見、防范和避免,。因此在配電室內(nèi)安裝環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)配電室內(nèi)環(huán)境的在線監(jiān)測，保障配電室設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行很有必要,。

　　電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢,、分析、預(yù)警及綜合展示,，以保證配電室的環(huán)境友好,。在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測,、遙信,、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理,；在數(shù)據(jù)資源管理方面,，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù)）,，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日報(bào)、月報(bào)和年報(bào)查詢或打印，提高工作效率,，節(jié)約人力資源,。

　　② 智能運(yùn)維功能模塊

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)全國高供高計(jì)的工商業(yè)用戶數(shù)量達(dá)到200多萬戶，規(guī)模巨大,，但是大部分日常的運(yùn)行維護(hù)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(shí)間長,、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防薄弱等問題。國網(wǎng)公司和眾多電力運(yùn)維公司正在搶占這塊巨大的市場,，這是一個(gè)千億級別的市場,。

　　智能運(yùn)維模塊采用多功能電力儀表、無線通信,、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù),，通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時(shí)向云平臺推送數(shù)據(jù),。平臺可同時(shí)接入數(shù)以千計(jì)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(guān)狀態(tài),、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度,、門禁,、煙霧,、視頻,、浸水等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號,。平臺通過手機(jī)APP下發(fā)運(yùn)維任務(wù)到人員手機(jī)上,，并通過GPS跟蹤運(yùn)維執(zhí)行過程進(jìn)行閉環(huán)，提高運(yùn)維效率,，即時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行缺陷并做消缺處理,。

　　（2）能源管理

　　①安全用電功能模塊

　　據(jù)應(yīng)急管理部網(wǎng)站數(shù)據(jù)，2016~2018年期間因?yàn)殡姎庠驅(qū)е碌幕馂?zāi)占總數(shù)的30%~34%左右,，其中2018年全國共接報(bào)火災(zāi)23.7萬起,，因違反電氣安裝使用規(guī)定引發(fā)的火災(zāi)占總數(shù)的34.6%，較大和重大火災(zāi)事故中,，電氣火災(zāi)的比例更高,。國務(wù)院、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智慧用電，從源頭上預(yù)防電氣火災(zāi)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(xué)校、金融網(wǎng)點(diǎn)等人員密集場所廣泛開展,。

　　安全用電管理模塊對電氣引發(fā)火災(zāi)的主要因素（線纜溫度,、漏電電流、負(fù)荷電流,、電壓）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析,，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設(shè)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(shí)預(yù)警，合理防止電氣火災(zāi)的發(fā)生,。系統(tǒng)可以顯示所有監(jiān)測點(diǎn)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(bào)告,，實(shí)時(shí)評估企業(yè)用電安全狀態(tài),。

　　② 電能質(zhì)量功能模塊

　　電能質(zhì)量問題越來越受到關(guān)注，已成為電力系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一,。一方面,，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種復(fù)雜用電設(shè)備的廣泛應(yīng)用,，這些設(shè)備很大部分對電能質(zhì)量非常敏銳,；另一方面，電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和用電需求的快速增加,，導(dǎo)致電能質(zhì)量變的非常不穩(wěn)定,。對電能質(zhì)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(yīng)的擾動源進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)和補(bǔ)償,。因此,，改良和提高電能質(zhì)量的關(guān)鍵在于及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取各種擾動信號源的信息,。

　　電能質(zhì)量監(jiān)測,，包括三項(xiàng)不平衡度,、諧波、功率因數(shù),，以矢量圖的形式展示三相不平衡度,。三項(xiàng)不平衡或功率因數(shù)過低時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，觸發(fā)APP,、手機(jī)短信,、郵件、釘釘,、語音等多種方式提醒,。

　　（3）設(shè)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(huán)境的要求越來越高,，同時(shí)對照明系統(tǒng)的要求也越來越高,。照明領(lǐng)域的能源消耗在總的能源消耗中占了相當(dāng)大的比例，節(jié)約能源和提高照明質(zhì)量是當(dāng)務(wù)之急,。照明用電作為電力消耗的重要部分,，已經(jīng)占到了電力消耗的10%左右，并隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)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(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測。平臺通過監(jiān)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(tài),，平臺都能進(jìn)行監(jiān)測，預(yù)警和報(bào)警,，預(yù)警和報(bào)警信息通過手機(jī)APP推送,，短信，語音外呼,、郵件,、微信小程序、微信公眾號,、釘釘?shù)?，快速到達(dá)責(zé)任人的身邊，提醒運(yùn)行人員接觸器跳閘,，電源失壓等等。

　　② 預(yù)付費(fèi)水電功能模塊

　　預(yù)付費(fèi)水電功能可以針對各商業(yè)綜合體,、小區(qū),、寫字樓、辦公樓,、酒店式公寓等物業(yè),，學(xué)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(cái)務(wù)操作,，在線支付,，總部財(cái)務(wù)扎口等。目前預(yù)付費(fèi)水電已經(jīng)成功在上述各場景得到廣泛的應(yīng)用并已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行多年,，適用于物業(yè)公司對小區(qū),、辦公和商鋪?zhàn)鈶舻乃婎A(yù)付費(fèi)管理，或者學(xué)校對學(xué)生宿舍的用電預(yù)付費(fèi)和用電安全管控系統(tǒng),。

　　③ 汽車/電瓶車收費(fèi)運(yùn)營功能模塊

　　電動汽車現(xiàn)已成為廣泛使用的綠色能源交通工具,，同時(shí)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(guān)的安全和火災(zāi)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(cái)產(chǎn)安全的一個(gè)隱患,。基于電動自行車火災(zāi)的危害和特點(diǎn),，各級政府部門發(fā)文對電動自行車火災(zāi)的整治對象都放在規(guī)范停放和充電行為上,。汽車/電瓶車收費(fèi)運(yùn)營功能模塊通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù),、充電機(jī)輸入輸出過壓,、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警,；用戶通過微信小程序掃描二維碼,，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求,，控制二維碼對應(yīng)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(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù),，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議,，與云端進(jìn)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(chǎn)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(fèi)難的問題,，可應(yīng)用于商業(yè)樓宇,、小區(qū)、學(xué)校,、醫(yī)院等場所設(shè)置的電動自行車充電場所的運(yùn)營管理,。

　　（4）能源分析

　　①能源管理功能模塊

　　為了穩(wěn)步推進(jìn)雙碳目標(biāo),，在能源消費(fèi)強(qiáng)度和消費(fèi)總量的“雙控"背景下，企業(yè)需要考慮如何應(yīng)對能耗雙控以保障正常生產(chǎn)?，F(xiàn)有大部分企業(yè)依然采用電,、水、氣,、冷,、熱等各種能源供應(yīng)系統(tǒng)“單獨(dú)規(guī)劃、單獨(dú)設(shè)計(jì),、獨(dú)立運(yùn)行"的模式,。普遍存在計(jì)量檢測到配備不足；計(jì)量設(shè)備計(jì)量精度不高,、計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,；人工抄表可靠性低；難以合理監(jiān)測和評估主要耗能設(shè)備的用能效率,；缺少決策數(shù)據(jù)支持,，對于節(jié)能評估無法提供可靠參考數(shù)據(jù)；缺乏合理的企業(yè)能效評估指標(biāo)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(shù),，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集,、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析,、能耗管理等全過程的自動化,、科學(xué)化管理，使能源管理,、能源生產(chǎn)以及使用的全過程結(jié)合起來,，運(yùn)用*數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理,，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度,，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、合理利用能源,，提高能源質(zhì)量,、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的,。

　　② 增值服務(wù)功能模塊

　　工業(yè)組態(tài)

　　傳統(tǒng)的工業(yè)自動化組態(tài)應(yīng)用開發(fā)方式要求開發(fā)人員具備代碼編寫的能力,、理解相關(guān)的開發(fā)框架的概念和使用方式，這種開發(fā)方式開發(fā)周期長,、對開發(fā)人員要求非常高,。同時(shí)，傳統(tǒng)的工業(yè)自動化組態(tài)應(yīng)用部署在工業(yè)現(xiàn)場,，部署便捷性和可訪問性都很低,。

　　伴隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，應(yīng)用需求往往更新迭代非?？?，而設(shè)備廠商往往沒有相關(guān)的工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)背景，使得工業(yè)組態(tài)軟件的開發(fā)和更新速度非常緩慢,，往往無法滿足快速業(yè)務(wù)增長的需要,。同時(shí)，對于工業(yè)組態(tài)軟件的訪問不再止于工業(yè)現(xiàn)場,，來自于工業(yè)現(xiàn)場外部的訪問需求也在日益增長,。

　　Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺中的工業(yè)組態(tài)模塊解決了傳統(tǒng)工業(yè)自動化組態(tài)應(yīng)用的部署和可訪問性低的問題，通過用戶在開發(fā)工具中使用鼠標(biāo)拖拽的方式調(diào)整組態(tài)畫面元件的屬性,、位置,、尺寸等，并內(nèi)置豐富的組態(tài)元件庫,，使得用戶無需代碼的編寫能力,，無需工業(yè)自動化組態(tài)軟件開發(fā)的技術(shù)背景，也可以方便的開發(fā)出工業(yè)組態(tài)界面,，同時(shí)也支持?jǐn)?shù)據(jù)展示,、遠(yuǎn)程控制等功能。

　　3D可視化

　　3D可視化技術(shù)通過虛擬仿真實(shí)現(xiàn)多維度可視化,，為客戶提供數(shù)字化服務(wù),，助力企業(yè)能源經(jīng)濟(jì)雙向管理，提升能源管理水平,?？梢詫?shí)現(xiàn)的功能主要有：各區(qū)域信息實(shí)時(shí)同步；全局掌握各區(qū)域能源消耗情況,；可視化監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),；智能巡檢，自動分析巡檢路徑上的設(shè)備運(yùn)行,、電能質(zhì)量,、電氣安全、用能異常等情況,，并記錄巡檢結(jié)果,。

　　四、典型硬件

　　五,、總結(jié)

　　本文提出的基于APP電表的能源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場APP電表的電氣參數(shù)實(shí)時(shí)采集及監(jiān)控,靈活地結(jié)合了當(dāng)前APP電表的現(xiàn)場總線傳輸規(guī)范和網(wǎng)絡(luò)傳輸方式,實(shí)現(xiàn)了意義上的雙向數(shù)據(jù)通信,是智能電網(wǎng)發(fā)展的新方向,為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供了更可靠的支撐手段,同時(shí),也為能耗控制提供了保證,。

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