浅析电力物联网技术在5G网络下计量设备监控中的应用

2022-09-02

王子峰

上海嘉定

摘要：针对电能计量设备故障难以追溯的问题，提出建立基于5G电力物联网技术的电能计量设备监控系统，介绍基本应用方案，分析应用方案的可行性。及预期的实施效果，认为该方案的实施可以解决电能计量装置的常态化巡检问题，为工作人员提供故障前、中、后的分析线索，为解决故障追溯提供直接证据和依据，保证供电企业的经济效益。

关键词：泛在电力物联网；电能计量装置；监控设备；5G

0 前言

5G技术，第五代移动通信技术，是新一代蜂窝移动通信技术（-2020规范要求速度可达/s），以实现宽信道带宽和大容量MIMOL。5G技术让物与物之间的连接更加广泛便捷，加速了电力物联网应用层面的建设进程。2019年作出全面推进“三类两网”建设的重要决策，建设“泛在电力物联网”是落实“三类两网”战略目标的核心任务. 电力物联网技术具有全息感知、泛在连接、开放共享、以及整合和创新。在电力营销专业领域，电能计量装置经常受到各种环境、人为、不可抗力等因素的影响，导致故障。通常对这些故障的处理，测量人员只能事后分析，不能知道故障发生时的情况，解决根本问题。建立基于5G技术的电能计量设备监控物联网，为电能计量设备故障溯源、提质增效提供了可行的解决方案。导致失败。通常对这些故障的处理，测量人员只能事后分析，不能知道故障发生时的情况，解决根本问题。建立基于5G技术的电能计量设备监控物联网，为电能计量设备故障溯源、提质增效提供了可行的解决方案。导致失败。通常对这些故障的处理，测量人员只能事后分析，不能知道故障发生时的情况，解决根本问题。建立基于5G技术的电能计量设备监控物联网，为电能计量设备故障溯源、提质增效提供了可行的解决方案。

一、方案设计

从传统技术来看，一个典型的监控系统由五部分组成：高清摄像头、传输部分、控制部分、记录部分和显示部分。从现代物联网技术来看，基于泛在电力物联网技术的电能计量设备监控包括感知层、网络层、平台层、应用层四层，通过5G进行数据通信网络。通过感知层、网络层和平台层，从两个方向进行监测数据共享和基础支撑的建设内容，计量装置内部（电表二次回路，电表内部）和外部（计量装置本体以外的范围）受到全面监控。

1.1 感知层

电能计量设备监控设施要实现终端标准化统一接入，全面推广物理ID，共享通信、计算等资源，在源端实现数据集成和边缘智能。

1.1.1 统一感知接入

传感设备准入管理系统将运用技术手段强制执行相关规范，引导统一终端标准，推动跨专业数据同源采集，实现监测数据深度覆盖和配电侧、配电侧采集监测。功耗端，提升终端智能化和效率。边缘计算级别。统一接入有利于用户侧监控系统响应的稳定性，摄像机可以通过分布在不同方向的传感器及时准确地获取音视频数据。

1.1.2边缘智能处理

应用实施设备包括：传感器、监控摄像系统、电表数据读取线、分布式控制中心。传感器安装在电能表、变压器、二次回路以及整个计量装置周围可检测的有效位置。它们的作用是检测异常事件（包括声音、光线、温度等的变化），并将其传输到配送控制中心；监控摄像头 系统可观察布置在用户配电室或计量塔等处的电能表、变压器、二次回路及整个计量装置；控制中心的作用是接收传感器传来的信息，调用电能表的实时计量参数进行分析，

1.2 平台层

平台层的实现依托企业的中间平台，共享平台的服务能力，支撑电能计量设备的监控系统。通过分布式控制中心的互联互通，实现超大规模传感器和监控系统的统一物联网管理，深化全业务统一数据中心建设。

1.3 网络层

网络层可分为接入网、骨干网、服务网和支撑网。接入网，即由多个传感器、监控摄像系统和分布式控制中心组成的网络，是主要的信息采集网络端口，采用5G热点无线宽带技术（WIFI、WiMAX等）实现。骨干网，即由不同的分布式控制中心组成的网络，通过5G热点无线宽带技术（wiFI、WiMAX等）实现。业务网络，即电力巡检员、计量人员、电力用户等为办理各种业务进行信息和数据交换的渠道，主要通过手机APP、通信工具等实现。支撑网络，即5G通信网络,

1.3.1 技能开启

系统依托分布式控制中心，构建统一的主站（数据中心），实现各种异常数据的“一次采集，多地使用”，挖掘数据价值能耗监测管理云平台，建立数据模型，实现能力开放。每个用户的分布式控制中心互联互通，数据经过数据中心处理后传输到各个分布式控制中心，实现算法的排序和升级。然后，数据中心处理的数据面向186系统，与电力采集系统共享。

1.3.2 物联网控制

每个分布式控制中心实现可信互联、安全交互、智能防御，实现其重要的边缘计算和控制。可信互联，规范泛在电力物联网终端安全策略管控原则，构建基于密码基础设施的快速、灵活、互认的身份认证机制；安全交互，实施分级授权和数据泄露防范措施，加强App保护，应用审计和安全交互技术，实现“物对物”、“人对物”、“人对人”的安全信息交互；智能防御，物联网安全态势动态感知，

1.4 应用层

该体系的建立着眼于全面支持核心业务的智能化运营，全面服务能源互联网生态系统，促进管理提升和业务转型。

1.4.1客服

优化电力资源配置，杜绝浪费，降低用电，移峰填谷，促进可再生能源用电，减少用电中污染物和温室气体排放，实现节电、环保、绿色用电、智慧用电有序用电。

1.4.2企业运营

通过监测计量装置，可实现企业设备状态预警、售电量及负荷预测、新能源发电电量预测等应用，提高精益管理水平，催化内部技术创新和新产品开发。企业，提高生产产品质量。，从而提高企业的经济效益。

1.4.3网格操作

通过监测计量装置，起到监测电网供电质量能力的作用，从而了解电网运行中可能出现的问题和隐患。计量装置中的二次回路对电网的供电有非常直接的反馈，可以及时发现电网运行中的问题，及时实现“物与人”互联互通。

1.4.4新兴企业

基于泛在电力物联网的电力计量监控系统建设，改变了传统的供用电关系，成为一种相互信任的合作关系。具体新兴业务形态包括：峰谷用电提醒、三相负荷调整建议、需求侧分析、总表电差分析、用电常识培训、应急报警等。

2 安科瑞为国家电网2020泛在电力物联网建设提供解决方案

安科瑞电气深耕用户侧能效管理多年，逐步完善从电力物联网云平台到终端传感器的生态系统。在各个环节加大研发投入，形成了“云（云平台）-管道（有线/无线物联网）-边缘（边缘计算）-端（终端设备）”的生态系统，并积极参与泛在电力物联网建设，为国家电网“三类两网”建设提供解决方案，使用户能够随时随地、人与物之间进行信息连接和交互，生成共享数据服务于电网、发电、供应商和用户。

2.1云平台

近年来，安科瑞电气先后推出变电站运维云平台、能源管理云平台、智慧安全用电云平台、环保用电监管云平台、充电桩（电动车/自行车）运行管理云平台、收费管理云平台等预付费云平台解决方案，已广泛应用于多家国家电网公司的客户业务、环保部门、安监部门、房建部门等。

据统计，全国高供高算的工商业用户已达200万以上，规模巨大。但是，日常运维工作大多比较传统，普遍存在人工成本高、工作效率低、故障修复时间长、风险防范不力等问题。国家电网公司和众多电力运维企业正在抢占这个千亿级别的巨大市场。

-1000电力运维云平台采用多功能电表、无线通信、边缘计算网关和大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，然后定期将数据推送到云平台。该平台可以同时访问数千个用户变电站数据。平台采集的数据包括变电站的电气参数和环境数据，包括电流、电压和功率、开关状态、变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息。如果出现异常，将在10秒内通过短信和APP发出警报。信号。平台将运维任务下发给指定人员 通过手机APP，通过GPS跟踪运维执行过程，实现闭环，提高运维效率，第一时间发现运行缺陷并消除。变电站运维云平台功能列表。

2.1.2 能源管理云平台

-5000能耗管理云平台可应用于各行业，如政府办公楼、工厂、教育楼、医疗楼、商业综合体等，可通过局域采集不同区域的多个建筑物或单元的能耗网络、互联网或 4G 网络数据。

平台采集建筑用电、水、气、冷热等能耗数据和光伏、风电、储能等新能源数据，分析能耗数据，并按地区、部门、类型细分电气设备，并提供同比数据。、链式分析对比、能耗数据可追溯，并可提供各峰谷时段的能耗数据和报表，帮助用户梳理能源账单明细，制定能源绩效考核。

2.1.3 环保电力监管云平台

近年来，我们的环境质量有了很大改善，这得益于国家层面对环境保护的重视，以及环保部门的强力监管和执法。安科瑞针对环保监管痛点研发出环保用电监控系统解决方案，助力环保部门坚决打赢蓝天碧水保卫战。

-3000环保用电监管平台主要服务于环保监管部门和污染物生产、排放企业，为环保部门提供在线监管执法依据，为生产企业提供设备运行监测和污染物排放数据记录。

平台采集生产企业总用电量、生产用电量和治污设备用电量，进行关联分析，及时给出环保设备运行异常信号或企业生产异常信号，实现预防和控制。控制整个过程。前端设备采用非免电布线方案采集用电量数据，通过LORA无线上传至环保数据网关，再上传至平台服务器或县市省环保平台通过4G。通过对污染防治设施用电量的实时监测，各地环保部门可对污染企业的生产经营进行无死角监控，全程监控，从而将人防向信息化技术防御转变，从事后惩罚到干预执法，彻底扭转传统的对人力和经验的依赖。现场核查的现状，为环保监管开辟了更加切实有效的监管方式，形成了长效机制。彻底扭转了对人力和经验的传统依赖。现场核查的现状，为环保监管开辟了更加切实有效的监管方式，形成了长效机制。彻底扭转了对人力和经验的传统依赖。现场核查的现状，为环保监管开辟了更加切实有效的监管方式，形成了长效机制。

2.1.4 智能安全用电云平台

应急管理部网站数据显示，2016年至2018年期间，电气原因引起的火灾约占火灾总数的30%至34%。其中，23.70,000起全国报告火灾2018 年，由于违反电气安装。因使用法规引起的火灾占总数的34.6%，电气火灾在较大、特大火灾事故中所占比例较高。国务院、公安部消防局和各省、市、自治区、直辖市相继出台文件，推动安全智能用电，从源头上预防电气火灾。疗养院和福利院、医疗机构、学校、

-6000安全电源管理云平台对电气火灾的主要因素（电缆温度、漏电流、负载电流、电压）进行不间断的数据跟踪和统计分析，通过2G/NB-IOT/4G模式采集现场数据，实时发现电气线路和电气设备的安全隐患（如电缆温度异常、过载、过压、欠压、漏电等），有效预防电气火灾的发生。系统可显示所有监控点的漏电流、电缆温度等电气参数，支持巡查记录和调度作业，提供安全隐患分析报告，实时评估企业用电安全状况。

电动汽车现已成为广泛使用的绿色能源汽车。-9000充电桩运营管理云平台系统利用物联网技术，对充电桩站点和接入系统的每个充电桩进行持续采集和监控。对充电器过温保护、充电器输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码并进行支付后，系统发起充电请求，并控制第二个二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。充电桩可配备WIFI模块或GPRS模块连接互联网，

电动自行车的数量不断增加，解决了普通人短途出行的问题。但与电动自行车有关的安全、火灾事故的消息也屡见不鲜，而且有逐年增加的趋势，给社会带来了极大的损失，已成为人民群众的生死存亡。对财产安全构成威胁。针对电动自行车火灾的危害性和特点，各级政府部门纷纷发文，重点规范电动自行车火灾的停放、充电行为。-9500充电桩运营管理云平台为电动自行车火灾管理提供充电安全管理、资产管理和交易管理一揽子解决方案，解决充电难、

2.1.6 物业社区预付费管理云平台

安科瑞远程预付费系统可针对各类商业综合体、社区、写字楼、写字楼、酒店公寓等物业、学校后勤管理部门、工厂宿舍、连锁超市、大型物业分布式金融运营、在线支付、总部金融关系等目前，-3000预付费管理系统已成功广泛应用于上述场景，并已稳定运行多年。适用于物业公司对住宅、写字楼、商铺租户的水电预缴管理，或学校在学生宿舍的用电预缴管理。和用电安全控制系统。

2.2 边缘计算

安科瑞针对物联网应用开发了多种智能网关，利用嵌入式系统和边缘计算技术对现场终端设备数据进行采集和存储，并根据云平台的需求，使用不同的协议与云平台连接。所有数据采集、计算、异常告警触发逻辑均在网关本地设置。当网络出现故障时，数据存储在本地。网络恢复后，重传数据，断点恢复数据，提高数据可靠性。

2.3 有线/无线物联网

安科瑞基于多年的项目经验，结合用户的实际需求，开发了包括网关、终端设备在内的各种有线、区域无线、广域无线通信产品。支持RS485、以太网、LORA、GPRS、4G、NB-IOT等多种通讯方式。随着5G建设的加速，未来将有越来越多的通信方式被集成到产品中，服务于泛在电力物联网建设。

2.4个终端设备

针对泛在电力物联网的建设，安科瑞先后推出了多款物联网电表，用于不同的场合，满足不同的需求。2019年各类终端仪表出货量超过185万台。

2.5 安科瑞产品在泛在电力物联网中的应用

近两年，安科瑞先后参与了江苏省部分县市电力公司用户端能源管理平台、云南省网综合能源服务平台、江苏省电力运维平台建设。上海市嘉定区147所学校。包括云平台、智能网关、终端设备等产品，全国运营各类客户端云平台案例700多个，产品功能根据用户需求不断完善。这些项目是未来泛在电力物联网的一部分。

“能源互联网的春天来了，正因如此，必将成为充满活力的新能源业态。” 虽然对于泛在电力物联网有一些不同的声音，但泛在电力物联网已经悄然启动。开放并融入能源互联网基础设施的方方面面。

3 预期实施效果

3.1全息感知

在5G网络下，实现用户电能计量设备内外信息的采集、传输和转换，利用各个环节的设备，让客户的状态充分感知，业务充分渗透。每个传感器相当于电力巡检人员和计量人员到达用户现场的点，实现了人与物的密集接触，体现了电力物联网技术的良好应用效果，提高了电力物联网的可靠性和稳定性。计量设备。.

3.2 整合创新

结合电力、电子、通信、遥感等多项技术手段，推动“两网”深度融合和数据融合，提升管理创新、业务创新和业务创新能力，开拓创新思路, 并连接电能计量装置。国网云”。

3.3 无处不在的连接

实现“物与物”、“人与物”、“人与人”的安全信息交互；实现内部设备、用户、数据的即时连接；实现电能计量设备拥有者与客户在所有时间和空间上的无处不在的连接。通过无处不在的连接，计量装置的各个部分都在电力巡检员和计量工作人员的控制之下。人机结合，便于及时发现和处理异常，提高工作效率，增强解决问题的能力。

3.4 开放分享

遵循开放共享的原则，在以人为本的基础上，进一步延伸人的感知，通过平台App共享数据，使营销测量的专业信息公平、公开、客观、透明，保护电力用户利益不受损失，实现价值共创。，双赢的策略。

4。结论

电力物联网技术是一种手段，其目的是能够产生新的价值，创造新的效益。以上提出了一种基于5G网络下电力物联网技术的电能计量设备监控系统，具有一定的应用价值。针对电力营销行业面临的实际问题，突破传统工作模式，实现跨越式发展。值得应用推广。

参考

周青，潘振刚。翟国伟等。第五代移动通信系统5G标准化前景及关键技术研究[J]. 数据收集与处理，2015 (4): 714—724.

李曙光。5G网络下电力物联网技术在计量设备监控中应用的可行性分析 河北电力技术[J], 2020 (4): 6-9.

安科瑞企业微电网设计与应用手册。2020.06 版。