恒天软件为华电电力全面打造数字化电厂

2023-05-14

当前，新一轮能源技术革命方兴未艾，能源电力行业面临全方位、全链条的产业升级、业务创新和生态重构的机遇与挑战。

近日，恒天软件为华电电力全面打造数字化电站。 凭借近年来在能源数字化建设领域丰富的业务经验，以及在人工智能和大数据方向扎实的创新技术能力，恒天为客户搭建了算法中台和数据中台。 平台和可视化系统，帮助客户在数据分析和算法研发方面突破“数据孤岛”，建立华电“数据和算法大脑”，有效应用于设备智能化早期等不同类型的发电场景预警、调度计算、径流预报等，对各电厂进行数字化智能升级。 中国华电集团是全国五大发电集团之一，国务院国资委监管的特大型中央企业，世界500强企业。 中国华电及其直属单位和300多家发电企业。 华电集团数字化、智能化转型由电科院与恒天软件携手打造。 整个项目“周期短、技术新、速度快”——搭建数据和算法中台，成功改造2个区域公司和2个电厂的数字化应用，帮助客户完成能源数字化的加速，提供强有力的支持。为后续智能电厂的快速复制提供技术支持。

图：恒天数据架构专家受邀在客户端进行数据平台建设培训与咨询

在技​​术创新方面，恒天基于已有的可视化数据分析报表产品——eBI和丰富的数据中台项目经验，利用机器学习算法模型，依托华电各级软硬件资源，帮助客户搭建分布式中台系统在满足电力系统安全分区原则的前提下石家庄发电厂能耗管理系统，构建集数据采集、处理、算法管理、算法测试、数据治理、任务调度、数据可视化等十个模块于一体的数据算法中台。 公司和电厂管理层提供核心数据和算法支持，帮助客户对生产数据进行算法测试和迭代，优化智能预警方面的横向参考能力。

在应用方面，恒天软件对宁夏新能源、内蒙古新能源、贵州光明电厂、福建赤滩水电站进行了整体算法应用升级。 以赤滩电厂水库优化工程为例，恒天软件为电厂提供径流预测、调度计算、实时监测、水务计算、数据查询等高级应用服务，预测不同时段的来水量。时间尺度，并根据采集到的降雨数据，滚动预测洪水总量和洪峰相关数据，从而提高水资源利用率和发电效率，尽量做到不弃水，修正水位，跟进实时制定发电计划，优化发电调度。 近年来，恒天软件结合自身在能源领域的数字化经验，依托自主研发的数据治理、数据分析、数据可视化产品体系，在电力、新能源等多个领域形成可快速复制的一站式服务。能源、水务和煤炭。 数字化转型解决方案。 未来，我们将继续推动能源领域创新实践升级，助力实现全链条价值重塑，助力能源企业进入更高效“透明”数据驱动的行业深度协同新阶段。

一、简介

随着智能电网技术和物联网技术的发展，利用2G/4G/NB-IOT网络进行电网抄表数据传输业务发展迅速。 由于电网抄表终端分布广泛，经常出现终端停电、终端异常、网络覆盖弱等问题，导致远距离抄表设备无法正常传输数据，影响电表及时回传读取数据[1-3]。 为了提高电能抄表服务的稳定性，保证电能抄表数据的可靠性，本文设计并实现了一个基于物联网的智能电能抄表服务平台，利用大数据和云计算技术建立上行链路和下行数据标准，提供用电采集、能耗管理、用电安全、预付费、智能运维、智能照明等多种数据服务，实现监控、报警、运维的信息化、自动化和智能化。

2、关键技术

2.1 物联网技术

物联网（IoT）技术，作为嵌入式技术、网络技术和软件技术的交叉领域，被定义为利用红外传感器、射频识别、GPS等通信技术，根据物联网实现智能交互的网络。一定程度[3]。

一般认为，物联网的结构可分为感知层、网络层和应用层三个层次：感知层主要包括计量和传感设备； 网络层包括网络协议栈及其硬件和软件实现； 应用层包括集中式或分布式云计算平台和用户应用软件，是“物”直接与用户交互的部分。

物联网通信协议分为接入协议和传输协议。 接入协议主要是指底层感知层设备之间进行通信的协议。 传输协议基于的TCP/IP协议，面向应用层进行数据交换。 常见的物联网传输协议是MQTT协议。 MQTT采用“推送”机制，减轻服务器在短时间内并发接收数据请求的负担，提供三种服务质量。 它可以在资源受限的网络中实现设备与远程系统之间的异步合理通信。 这是本文中使用的协议。

2.2 MQTT协议

MQTT（ Queue ）由IBM于1999年发布，该协议建立在TCP/IP协议之上，是一种基于发布/订阅（/）模型的“轻量级”通信协议。 MQTT最大的优势在于它可以用更少的代码和有限的带宽为远程连接的设备提供实时可靠的消息服务。 应用范围广。 MQTT 是一种基于客户端-服务器的消息/订阅传输协议。 QTT协议轻量级、简单、开放、易于实现。 这些特点使其应用广泛。

MQTT协议提供一对多的消息发布，可以降低应用程序的耦合度。 用户只需编写少量的应用代码即可完成一对多的消息发布和订阅。 该协议基于模型。 共有三个身份：()、() 和 ()。 其中，MQTT消息的发布者和订阅者是客户端服务器作为中继的存在，只将发布者发送的消息转发给所有订阅该主题的订阅者。 发布者可以发布权限内的所有主题，消息发布。 订阅者同时是一个订阅者，通过生产者和消费者解耦发送的消息可以同时被多个订阅者订阅。

3. 整体系统设计

能源物联网以能源供应、能源管理、设备管理、能源消耗分析为能源流动主线，串联能源生产加工、分配传输、消费、节能，人与物形成一个以安科瑞产品为中介的能源物联网生态系统，其中物联网硬件和能源参与者分别以数据流和业务流的形式与平台进行交互。

3.1 网络结构

Acrel-EIoT能源物联网云平台采用分层分布式结构，主要由感知层（终端采集设备）、网络层（通信管理终端）和平台层（能源物联网云平台）三部分组成。

● 感知层：接入网络的各种传感器，包括多功能电表、预付费电表、多回路电表、物联网电表、物联网水表、电瓶车充电桩、车载充电桩、路灯控制器， ETC。

● 网络层：智能网关，在感知层采集数据，进行协议转换和存储水电气能耗管理系统品牌，然后将数据上传至能源物联网云平台。

● 平台层：包括应用服务器和数据服务器，可在PC或移动端实现应用。

3.2 平台架构

Acrel-EIoT能源物联网云平台的系统网络结构采用分层分布式结构。 系统包括：感知层、数据层、应用层、表现层和操作层。 系统架构图如图所示。

传感器层包括我公司的各种产品。 它是整个系统的下层，也是构建能源物联网云平台必备的基础要素。 主要包括多功能电表、预付费电表、多路电表、物联网电表、物联网水表、电瓶车充电桩、汽车充电桩、路灯控制器等设备。

中间数据处理平台主要完成数据处理、数据存储和数据交互的工作。 为了保证整个综合平台的数据处理能力，我们将实时数据、历史数据和业务数据分别存储在不同的库中，并提供多种接口实现与第三方系统的数据交互。

上层应用层指的是Acrel-EIoT能源物联网云平台，主要实现各种功能应用。 平台按能源流向分为能源供应、能源管理、设备管理、能源消耗分析四大版块。 能源供应包括用电采集、智能运维子模块，能源管理包括安全用电、电能质量子模块，设备管理包括智能照明、预付费、充电桩模块，能耗分析包括能源管理、价值-添加服务子模块。 平台通过web和app为用户提供人机交互界面，运营层的各类用户可以通过这两种方式访问​​和操作平台。

四、平台功能

4.1. 能源供应

4.1.1 电量集中抄表功能模块

随着信息网络技术的不断发展，在用户分支机构所在地区广泛分布着各种规模、型号和数量的网络设备机房。 由于缺乏与运行网络规模系统相适应的监控系统，大量无人值守机房的物理运行环境、设备运行状态、人员活动状态、消防状态的变化，包括可能出现的危急情况，不能及时发现和处理，难以合理预见和预防。 并避免。 因此，需要在配电室安装环境监控系统，实现对配电室环境的在线监控，保证配电室设备的稳定运行。

电能采集模块可实现对各种监控数据的查询、分析、预警和综合展示，确保配电室环境友好。 在智能化方面，实现了供配电监控系统的遥测、遥信、远程控制，对系统进行综合检测和统一管理； 在数据资源管理方面，供配电室各种设备的运行情况（包括历史和实时参数），并根据实际情况查询或打印日、月、年报表，提高工作效率，节约成本人力资源。

4.1.2 智能运维功能模块

据统计，全国高供高等级工商业用户已达200万以上，规模巨大。 但日常运维工作大多较为传统，普遍存在人工成本高、工作效率低、维修时间长、风险防范不力等问题。 问题。 国家电网公司和众多电力运维企业正在抢占这个巨大的千亿级市场。

智能运维模块采用多功能电能表、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。 如有异常，会通过****APP发出报警信号。 平台通过手机APP将运维任务发送至指定人员手机，并通过GPS跟踪运维执行过程闭环，提高运维效率，第一时间发现并排除操作中的缺陷。

4.2. 能源管理

4.2.1 安全用电功能模块

应急管理部网站数据显示，2016年至2018年，电气原因引起的火灾约占总数的30%至34%。2018年，全国共报告火灾23.7万起，其中电气原因引起的火灾违反电气安装和使用规定的行为占总数的30%至34%。 占总数的34.6%，在较大、较大的火灾事故中，电气火灾所占比例较高。 国务院以及各省、自治区、直辖市纷纷发文，推广使用智慧用电，从源头上杜绝电气火灾。 目前平安用电管理平台已经部署在九小场所、三合一场所、养老院、医疗场所、学校等场所。 、金融网点等人员密集场所广泛开展。

安全用电管理模块对引起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采集现场数据，实时发现对电气线路和用电设备存在的安全隐患（如电缆温度异常、过载、过压、欠压、漏电等），通过通知、APP推送、自动语音呼叫等方式及时预警，合理预防电气事故的发生火。 系统可显示所有监控点的漏电流、电缆温度等电气参数，并支持巡检记录和调度调度操作，提供安全隐患分析报告，实时评估企业用电安全状况。

4.2.2 电能质量功能模块

电能质量问题越来越受到人们的关注，成为电力系统的研究热点之一。 一方面，随着科学技术的发展和各种复杂电气设备的广泛应用，这些设备大多对电能质量非常敏感； 另一方面，电力系统的不断扩容和电力需求的快速增加导致电能质量变得非常不稳定。 电能质量分析的主要目的是确定电能信号干扰的类型和范围，并对相应的干扰源进行合理调整和补偿。 因此，及时、准确地获取各种干扰信号源的信息，是改善和改善电能质量的关键。

电能质量监测，包括三不平衡度、谐波、功率因数，三相不平衡度以矢量图的形式显示。 当三项不平衡或功率因数过低时，会产生告警，触发APP、手机来电、邮件、钉钉、语音等多重提醒。

4.3. 设备管理

4.3.1 智能照明功能模块

随着人们生活水平的不断提高，人们对工作和生活环境的要求越来越高，对照明系统的要求也越来越高。 照明领域的能源消耗在总能源消耗中占有相当大的比重，因此节约能源和提高照明质量是重中之重。 作为电力消费的重要组成部分，照明用电已占到用电量的10%左右。 随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，照明用电量将不断增加。

智能照明利用物联网技术，持续监控城市各个区域安装的照明电路的耗电状态。 平台通过监测照明线路的电流电压值来判断灯具的工作情况。 任何异常的工作状态，平台都可以进行监控、预警和报警，并通过手机APP推送预警和报警信息。 电话、邮件、微信小程序、微信公众号、钉钉等，快速到达负责人，提醒操作人员接触器跳闸、电源失压等。

4.3.2 预付费水电功能模块

预付费水电功能可用于各类商业综合体、社区、写字楼、写字楼、酒店式公寓等物业，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，在线支付和总部财务管理。 等待。 目前，预付费水电已广泛应用于上述场景，并已稳定运行多年。 适用于物业管理公司对小区、写字楼、商铺租户的水电预缴管理，或学校对学生宿舍的预缴费电费管理。 安全控制系统。

4.3.3 汽车/电瓶车充电操作功能模块

电动汽车已成为一种广泛使用的绿色能源交通工具。 同时，电动自行车的保有量也在不断增加，解决了老百姓的短途出行问题。 不过，与电动自行车有关的安全、火灾事故的新闻也屡见不鲜，且有逐年增加的趋势。 给社会带来了极大的损失，成为人们生命财产安全的隐患。 针对电动自行车火灾的危害和特点，各级政府部门纷纷发文规范电动自行车火灾停放和充电行为。 整车/电瓶车充电运营功能模块利用物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行持续采集和监控。 欠压、绝缘检测失败等一系列故障预警； 用户通过微信小程序扫描二维码，支付完成后，系统发起充电请求，并控制二维码对应的充电桩，完成电动车的充电过程。 充电桩可搭载WIFI模块或GPRS模块连接互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP数据交互协议，直接与云端连接。

该功能模块为汽车/电瓶车充电桩客户提供充电安全管理、资产管理、交易管理的一揽子解决方案，解决充电难、管理难、充电难的问题。 可应用于商业楼宇、社区、学校、医院等场所设置的电动自行车充电场所的运营管理。

4.4. 能量分析

4.4.1 能源管理功能模块

为稳步推进双碳目标，在能源消费强度和消费总量“双控”的背景下，企业需要考虑如何应对能源消费双控，确保正常生产。 现有企业大多仍采用电、水、气、冷、热等各种能源供应系统“分开规划、设计、运行”的模式。 计量检测到的设备不足很常见； 计量设备计量精度低，计量数据不准确； 人工抄表可靠性低； 难以对主要耗能设备的能效进行合理监测和评价； 提供可靠的参考数据； 缺乏合理的企业能效评价指标体系，能源管理措施难以落实。

能源管理模块采用自动化和信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能源管理等全过程的自动化、科学化管理，将能源管理的全过程结合起来，能源生产和使用，采用先进的数据处理和分析技术进行离线生产分析和管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡，合理利用能源，提高能源质量，减少能源消耗，达到节能降耗，提高整体能源管理水平的目的。

4.4.2 增值业务功能模块

（一）产业配置

传统的工业自动化组态应用开发方式要求开发人员具备编写代码的能力，了解相关开发框架的概念和使用，这种开发方式开发周期长，对开发人员的要求非常高。 同时，传统的工业自动化组态应用部署在工业现场，部署便利性和可访问性非常低。

随着工业互联网的快速发展，应用需求往往更新迭代非常快，而设备制造商往往没有相关的工业组态软件开发背景，使得工业组态软件的开发和更新非常缓慢，往往无法满足业务快速增长的需要。 需要。 同时，工业组态软件的访问也不再局限于工业现场，工业现场以外的访问需求也越来越大。

Acrel-EIoT能源物联网云平台中的工业配置模块，解决了传统工业自动化配置应用部署率低、可访问性低的问题，在开发工具中通过鼠标拖拽调整配置画面的组件。 、、size等，并内置丰富的组态组件库，让用户无需编写代码的能力，无需工业自动化组态软件开发的技术背景，也能轻松开发工业配置接口，还支持数据显示、远程控制等功能。

(2) 3D可视化

3D可视化技术通过虚拟仿真实现多维可视化，为客户提供数字化服务，帮助企业管理双向能源经济，提升能源管理水平。 可实现的功能主要有：各区域信息实时同步； 全面掌握各区域能源消耗情况； 设备运行状态可视化监控； 智能巡检，自动分析设备运行、电能质量、用电安全、巡检路径能耗异常等，并记录巡检结果。

五、总结

随着4G的广泛应用和5G的快速推进，以NB-IoT为代表的新一代物联网技术应运而生。 当前，物与物之间的连接规模迅速扩大，连接应用日新月异。 可以说，物联网技术已经深入多个垂直行业。 然而，物联网终端往往分布分散，不仅安装环境复杂，而且网络信号往往难以保证，物联网业务的日常管理和异常问题排查难度极大。 本文设计并实现了一个基于物联网的智能电能抄表服务平台，利用大数据和云计算技术，建立上行和下行数据标准，提供集中抄表、能耗管理、用电安全、预付费、智能化等功能。运维、智慧照明等多种数据服务，提高了电能抄表服务的稳定性，保证了电能抄表数据的可靠性，实现了监控、报警、运维的信息化、自动化和智能化。

安科瑞周敬贤