安瑞华南
随着物联网技术的快速发展，考虑到能源互联网的重要性和传统电力通信技术的不足，提出了一种基于物联网技术的数据服务平台，可以为广泛分布的互联网用户提供PAAS服务。用户在完成安科瑞物联网产品安装后，通过手机扫码即可轻松将产品接入平台，无需关注调试和平台运行过程，并可自主选择平台功能获得相应的数据服务，从而更好地实现电网可靠、经济、高效、绿色的目标以及各类电力终端的全面感知和互联互通。
关键词:能源物联网；物联网仪表；服务；物联网技术
一.导言
近年来，物联网概念加速与行业应用融合，成为智慧城市和信息化总体方案的关键技术思路。目前，物联网已经从概念炒作、碎片化应用、闭环发展进入跨界融合、集成创新、规模化发展的新阶段。与我国新型工业化、城镇化、信息化、农业现代化深度交织，在传统产业转型升级、新型城镇化和智慧城市建设、人民生活质量持续提升中发挥了重要作用，取得了显著成效。
继十三五提出“加快建设数字中国”之后，十四五也提出了“互联网——物联网线上线下融合改变生活方式”。到2020年，物联网预计将产生3440亿美元的额外收入，同时减少1770亿美元的运营成本。物联网和智能设备已经在改善全球主要工厂的绩效指标，并将生产率提高40-60%。中国商业产业研究院预测，在“十四五”期间，我国物联网产业仍将保持较高的增长速度，年均复合增长率约为23%-26%。
在能源侧，互联网覆盖能源供应侧管理、能源储存侧管理、能源消耗计量管理，实现上述三类主体与能源调度中心之间的信息传递，实现能效管理、互联网支付、数据监控等功能。，实现互联网与能源生产、输送、储存、消费、能源市场的深度融合。为国家电网“三型两网”建设提供解决方案，使用户可以随时、随地实现人与物的信息连接和交互，生成共享数据，从而服务于电网、发电、供应商和用户。
Acrel-EIoT能源物联网云平台是基于安科瑞物联网数据中间平台的平台，建立上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务。用户只需购买安科瑞物联网的传感器、变压器等设备，自行安装后，就可以用手机扫码获得所需的行业数据服务，无论是物联网仪器直接传输，还是通过网关上传。
二、关键技术
2.1物联网技术
物联网技术作为嵌入式技术、网络技术和软件技术的交叉领域，定义为利用红外传感器、射频识别、GPS等通信技术，按照一定的共现关系实现智能交互的网络。
一般来说，物联网的结构可以分为三个层次:感知层、网络层和应用层。感知层主要包括计量和传感装置；网络层包括网络的协议栈及其软硬件实现；应用层包括集中式或分布式云计算平台、用户应用软件等。，也就是事物与用户直接交互的部分[3]。
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的设备之间进行通信的协议，比如Lora。传输协议基于互联网的TCP/IP协议，数据交换面向应用层。物联网常用的传输协议是MQTT协议。MQTT采用“push”机制，在短时间内减轻了服务器接收数据请求的负担，提供三种服务质量，可以在资源有限的网络中实现设备与远程系统之间的异步高效通信。它是本文采用的协议[3]。
2.2 MQTT协议
MQTT是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”通信协议，建立在TCP/IP协议之上，由IBM于1999年发布。MQT最大的优点是可以用很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。MQT作为一种低开销、低带宽的即时通信协议，广泛应用于物联网、小型设备、移动应用等领域。
MQTT是基于客户机-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议轻量级、简单、开放、易于实现，使其具有广泛的适用性。很多情况下，包括受限的环境，比如机器对机器的通信，物联网。它已被广泛用于通过卫星链路通信的传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居和一些小型化设备。
MQTT协议提供一对多的消息发布，可以降低应用程序的耦合性。用户只需要编写非常少量的应用程序代码，就可以完成一对多的消息发布和订阅。这个协议是基于模型的，协议中有三个主要的身份:发布者、服务器和订阅者。其中，MQTT消息的发布者和订阅者都是客户端，服务器只作为中转，将发布者发布的消息转发给订阅该话题的所有订阅者；发布者可以发布权限内的所有话题，消息发布者可以同时是订阅者，实现了生产者和消费者的解耦，发布的消息可以同时被多个订阅者订阅。
MQTT通信模型示意图如下:
三。基于物联网技术的能源物联网数据服务平台框架
物联网以能源供应、能源管理、设备管理、能耗分析为主线，串联能源生产、加工、分配、输送、消费、节能等各个环节，结合人与物的互联，形成以安科瑞产品为媒介的能源物联网生态系统，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、网络层、平台层三部分组成。
●感知层:接入网络的各类传感器，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、路灯控制器等。
●网络层:智能网关，采集感知层的数据，转换并存储协议，然后将数据上传到能源物联网的云平台。
●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、表示层、运营层。系统架构图如图所示。
传感器层包含了我公司的各类产品，是整个系统的底层，也是搭建这个能源物联网云平台的必要基础组成元素。主要包括多功能电表、预付费电表、多回路电表、物联网电表、物联网水表、电池充电桩、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。为了保证整个集成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存储在不同的数据库中，并提供多种接口实现与第三方系统的数据交互。
上层应用层是指Acrel-EIoT能源物联网云平台，主要实现各种功能应用。该平台按照能源流向分为四大板块，包括能源供应、能源管理、设备管理和能耗分析。其中，能源供应包括电量采集和智能运维子模块，能源管理包括安全用电和电能质量子模块，设备管理包括智能照明、预付费和充电桩子模块，能耗分析包括能源管理和增值服务子模块。通过平台web和app为用户提供人机交互的界面，运营层的各类用户都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电力集中抄表功能模块
随着信息网络技术的不断发展，各类带有网络设备的机房，设备类型和数量各不相同，广泛分布在用户分支机构所在的地区。由于缺乏与运行网络规模系统对称的监控系统，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、消防状态变化，包括可能出现的危急情况，都无法及时发现和处理，难以合理预见、防范和规避。因此，有必要在配电室内安装环境监测系统，实现对配电室内环境的在线监测，保证配电室内设备的稳定运行。
电力集中抄表模块可以实现各种监测数据的查询、分析、预警和综合显示，从而保证配电室的环保性。在智能化方面，实现供配电监控系统的遥测、遥信、遥控，对系统进行全面检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各种设备的运行情况，根据实际情况查询或打印日报、月报、年报，提高工作效率，节省人力资源。
3.1.2智能运维功能模块
据统计，高供给、高支出的工商用户达到200多万，这是一个巨大的规模。但日常运维工作多为传统，存在人力成本高、工作效率低、维修时间长、风险防范薄弱等诸多问题。国家电网公司和众多电力运维公司都在抢占这个巨大的市场，这是一个千亿级的市场。
智能运维模块采用多功能电表、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，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成千上万的用户变电站数据。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、浸没、烟雾、视频、门禁等信息。如有异常，将在10秒内通过短信和APP发出报警信号。通过平台手机APP将维护任务下发到指定人员的手机上，并通过GPS对运维执行过程进行闭环跟踪，提高运维效率，即时发现运行缺陷并消除。
4.2能源管理
4.2.1安全用电的功能模块
应急管理部网站数据显示，2016~2018年因电气原因引发的火灾约占总数的30%~34%，其中2018年全国共报告火灾23.7万起，因违反电气安装和使用规定引发的火灾占总数的34.6%。在重大和特大火灾事故中，电气火灾的比例更高。国务院、公安部消防局、各直辖市已下发文件，推广使用智能用电，从源头上预防电气火灾的发生。现在，安全用电管理平台已经在九小场所、三合一场所、老年福利院、医疗场所、学校、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进行持续的数据跟踪和统计分析，通过2G/NB-IOT/4G的方式采集现场数据，实时发现电气线路和电气设备的安全隐患，并通过短信、APP推送、自动语音呼叫等方式及时预警，合理预防电气火灾的发生。该系统可显示所有监测点的泄漏电流、电缆温度等电气参数，并支持巡检记录和调度操作，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
电能质量越来越受到人们的关注，已经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，各种精密复杂的电气设备被广泛使用，这些设备大多对电能质量非常敏感；另一方面，电力系统规模的不断扩大和电力需求的快速增长导致电能质量非常不稳定。电能质量分析的主要目的是确定电力信号扰动的类型和范围，并对相应的扰动源进行合理的调整和补偿。因此，提高电能质量的关键在于及时准确地获取各种扰动信号源的信息。
电能质量监测，包括三相不平衡、谐波和功率因数，以矢量图的形式显示三相不平衡。当三项不平衡或功率因数过低时，会产生报警，触发APP、短信、邮件、钉钉、语音等各种提醒。
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。照明领域的能耗在总能耗中占有相当大的比例，因此节能和提高照明质量势在必行。照明用电作为电力消耗的重要组成部分，已经占到电力消耗的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。
智能照明通过物联网技术持续监测安装在城市各个区域的照明电路的用电状态。该平台通过监测照明电路的电流和电压值来判断灯具的工作状态。在任何异常工况下，平台都能进行监测、预警和报警。预警报警信息通过手机APP、短信、语音通话、邮件、微信小程序、微信微信官方账号、钉钉等方式推送。，并迅速到达负责人身边，提醒运行人员接触器跳闸、失电等情况。
4.3.2预付费水电功能模块
预付水电可用于分布式财务运营、在线支付、总部财务搭售等。针对商业综合体、住宅小区、写字楼、酒店式公寓等物业、学校及工厂宿舍后勤管理部门、连锁超市、大型物业。目前，预付费水电已成功应用于上述场景，并稳定运行多年。适用于物业公司对住宅小区、办公室、商店租户的水电预付费管理，或学校学生宿舍的预付费安全管控系统。
4.3.3汽车/电瓶车收费操作功能模块
电动汽车作为绿色能源汽车已经得到广泛应用，而电动自行车的数量越来越多，解决了普通人的短途出行问题。然而，与电动自行车相关的安全和火灾事故的新闻也屡见不鲜，有逐年增加的趋势，给社会带来了巨大的损失，成为人民生命财产的隐患。基于电动自行车火灾的危害和特点，各级政府部门出台文件规范电动自行车火灾停放和充电行为。汽车/电瓶车充电运行功能模块通过物联网技术持续采集和监控充电桩现场和各充电桩接入系统的数据，同时对充电器过温保护、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，控制二维码对应的充电桩完成电动车的充电过程。充电桩可以通过可选的WIFI模块或GPRS模块连接到互联网，具有加密技术和密钥分发技术，基于TCP/IP数据交互协议，可以直接连接到云端。
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能源分析
4.4.1能源管理的功能模块
为了稳步推进“双碳”目标，在能源消耗强度和消费总量“双控”的背景下，企业需要考虑如何应对能源消耗的双控，以保证正常生产。现有企业大多仍采用电、水、气、冷、热等各种供能系统“单独规划、单独设计、独立运营”的模式。普遍存在测量和检测设备不足的情况；设备测量精度不高，测量数据不准确；人工抄表可靠性低；难以合理监测和评估主要耗能设备的能效；缺乏决策数据支持，无法为节能评估提供可靠的参考数据；缺乏合理的企业能效评价指标体系，能耗管理措施难以落实。
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和科学化管理。，从而结合能源管理、能源生产和使用的全过程，利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，降低能源消耗，实现节能降耗。
4.4.2增值服务功能模块
工业结构
工业自动化组态应用的传统开发方式，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用法。这种开发方式开发周期长，对开发者要求高。同时，传统的工业自动化组态应用部署在工业领域，因此部署的便利性和可访问性很低。
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，而设备厂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速度非常缓慢，往往无法满足业务快速增长的需求。同时，对工业组态软件的访问不再停留在工业现场，从工业现场外部访问的需求也在增加。
Acrel-EIoT能源物联网云平台中的工业组态模块解决了传统工业自动化组态应用部署和可访问性低的问题。用户可以在开发工具中通过拖拽鼠标来调整组态屏幕元素的属性、位置和大小，内置丰富的组态组件库，使用户无需具备代码编写能力和工业自动化组态软件开发的技术背景，也可以轻松开发工业组态界面，还支持数据显示和远程控制等功能。
三维可视化
三维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，帮助企业双向管理能源经济，提高能源管理水平。可以实现的功能主要有:区域信息实时同步；掌握各地区能源消耗的总体情况；监控可视化设备的运行状态；智能巡视，自动分析巡视路径上的设备运行、电能质量、用电安全、能耗异常等情况，并记录巡视结果。
动词 （verb的缩写）摘要
物联网作为传统能源产业与物联网技术相结合的产业发展形态，是国家能源革命与数字革命融合的重要战略支撑。物联网是物联网在能源生产、分配和消费过程中的延伸应用。随着“大云物移智链”等现代信息技术的快速发展，电力物联网将信息、通信、数字技术与电力系统发电、输电、变电、配电、用电各环节深度融合，实现多方位状态监测、智能信息处理、智能互联、人机交互、智能服务。
参考
[1]刘俊勇，，何迈.能源物联网及其关键技术[J].物联网杂志
[2]常胜强。智慧园区能源物联网发展模式
[3]华，，甘霖，，吴，，赵，，何.基于物联网技术的能源互联网数据支撑平台[J].
证书报告
