物联网电表解决方案

方案前言：

随着工业4.0时代的到来，以“信息物理系统（Cyber Physical System, CPS）”，“物联网（Internet of Things, IoT）”等为基础技术架构的战略部署再度引发了人们对于建设能源互联网的深入思考。自能源互联网这一概念提出以来，其在我国的发展便紧密围绕电力系统，通过融入以大数据、云计算、物联网、移动互联网等为代表的互联网技术，以期跨领域实现与可再生能源系统以及其他能源系统深度的数据融合和高度的系统协调运行，从而最终形成一个高效智能且双向互动的能源服务网络，推动社会与经济的可持续发展。

近些年，随着大数据、人工智能、智能感知、物联网及无线通信等技术的大力发展和推行，使得在电网内进行更加全面的数据获取、数据分析、以及价值信息分享和利用等逐渐成为可能。面对这样的数字化变革挑战，先进的数据传输技术作为建设电力物联网的核心要素之一，是电网系统运行的重要支撑。它不仅为采集的各类电力相关数据提供了安全、高效的传输通道以助力计算分析，还为发布控制、检修类信息提供了实时、可靠的承载，也为对内对外分享整合的各类电力数据信息提供了桥梁。

方案架构：

物联网电表解决方案包括感知层、网络层、平台层和应用层四层结构，如图2所示。其中感知层是电力物联网的底层基础，需要由该层完成各类数据的采集以及就地处理等工作。在这个环节中，由微型化、智能化的传感器对电力设备运行状态、气象环境、用户信息等数据进行全面获取，通过传输路径输送至本地数据中心，过程中由边缘计算模块等配合进行数据的本地化处理；本地数据中心（如变电站数据中心、光伏发电站数据中心等）作为感知层内的基本单元，它们之间、以及感知层与平台层间广域范围内的业务信息传输则依靠网络层来实现；平台层作为管理环节，负责电力物联网业务数据流的统一接入管理，并对业务信息进行高效处理；应用层则向下反馈调节信息并对外输出价值信息，实现规划建设、生产运行、经营管理、客户服务等对内、对外业务的支撑。

方案原理：

经过多年经营建设，电力行业中数据传输方案应用场景总体上可以划分为：采集、控制和电力业务信息传递三大类。现阶段，不同数据传输方案的使用满足眼下的暂时性需求，基本能保障各类电力业务安全、可靠的运行。数据传输方案可划分为有线和无线的形式，用以实现远程数据传输或者本地数据传输。

有线传输方案主要包括光纤、电力线载波、以太网及总线等技术。早期主要依靠总线或以太网技术满足来自采集或控制的数据传输需求。而对于业务信息的传输，则主要采用电力线载波技术和工业以太网技术。

例如，在采集场景中，西安交通大学成永红教授团队基于现场总线技术开发了国内第一套电力设备综合在线监测系统，该系统通过PXI总线集成技术实现了单台变压器的多参量在线监测，起到了良好的示范性作用；湖南大学汪沨等通过以太网技术设计了GIS设备的局部放电监测系统。在控制信息传输场景中，山东大学赵建国等研究了基于总线技术的继电保护系统；杨奇逊等基于总线通信构建了应用于变压器差动保护的过程总线通信实验平台。

随着光纤技术开始在电力行业中应用，其凭借传输速率、带宽、可靠性和实时性等方面的优势，逐渐替代了以太网和总线技术中以同轴线缆以及双绞线等为主的传输介质，并衍生出了xPON光纤技术，用以满足电网中采集、控制、业务信息流动等诸多业务场合对数据传输可靠性、实时性等的苛刻需求。据统计，截至2019年，35kV及以上厂站、自有物业办公场所/营业所已经实现了光纤全覆盖。

方案前景：于电力物联网中数据传输方案，其发展趋势主要体现在以下两个方面：

1）顺应数字化发展变革，面向多元化的海量信息

现阶段电网中的数据传输需求主要来自各类电力设备的运行监测与控制，用电信息的采集和电力系统的调度等。但随着电力物联网建设目标中对于分布式采集类业务更加全面深化、控制类业务与主网精准联动等要求的提升，以及对于配合人工智能和大数据技术实现全面感知分析、加强用户侧的双向互动、互联协调多种能源等多层次、多方面新要求的提出，使得电力物联网中的数据流动信息具有更加鲜明的多样性、复杂性、海量化等特点。

在通信内容更加丰富的趋势下，要有针对性地考虑业务通信需求的差异化，实现相互安全隔离、功能可定制的数据传输服务，并在对应带宽、速率、时延等方面做出适应与提升，从而支持电力物联网中多元融合的大数据分析。

2）构建一体化通信架构

面对未来多样化的业务形式和海量的信息交互，需要建立“综合接入、一体承载、业务贯通”的通信架构建设理念。构建一体化的通信网络是必然的趋势，由统一的平台提供安全可靠、承载能力强劲的数据传输网络，进行感知层内基本单元的信息交互、统一向上至平台层的数据接入，或以应用层信息进行对内、对外的反馈、交互，实现业务贯通。一体化的通信网络凭借覆盖面广、资源调配灵活，必将促使电力物联网的信息化、专业化、科学化水平进一步深入。这将为电网的数据共享和能源互动奠定基础，协助未来能源互联网的业务发展。

物联网电表解决方案方案优势：

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一、实现远程用电管理：物联网电表最主要的功能是能够实现电表远程管理，包括远程抄表、远程缴费、远程阀控、防窃电、财务报表打印等功能。电表通过内置NB模块，将电表直接与抄表系统通过运营商基站通信，从而实现电表和云平台系统的信息交互，管理人员直接通过电脑或者手机端查看和管理电表即可。

二、远程采集的数据更客观、更准确：物联网远传电表和抄表系统的结合运用，能实时读取客户电表的电压电流、用电量、剩余电量等用电信息，系统和电表计量数据保持一致，完全避免了人为错抄漏抄带来的数据误差，为用户提供更优质的服务。

三、投入资金少：物联网远传电表属于无线抄表方案，利用运营商基站中现有的射频和天线，实现电表和系统远程搭建信息交互的空间桥梁，不需要其他第三方设备，这样在资金投入方面大大地减少了一大笔费用。