想知道泛在电力物联网技术架构,看这篇就够了

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2019年06月15日 17:44:50

泛在电力物联网技术架构包括感知层、网络层、平台层、应用层 4 个层次,其中感知层主要实现统一感知接入和边缘智能处理,网络层主要构建「空天地」协同一体化电力泛在通信网,平台层主要基于一体化云平台实现物联管控和能力开放共享,应用层主要打造智慧能源服务平台。

泛在电力物联网层次结构

 

泛在电力物联网与前期坚强智能电网差异较大,需新建内容较多,我们认为,虽然若干方面前期已有初步进展(如国网云平台),但各个层次的具体建设仍将以新建为主。

从建设时序上看,我们认为主要是自下而上传导,终端与网络分别负责数据采集与传输,较为基础,其投入与建设期或略微靠前,应用层相关创新服务的开展与推广对行业数据的依赖性较强,投入与建设期或略微靠后,平台作为泛在电力物联网的「大脑」以及国家电网未来核心竞争力的载体,其建设与升级或将以较强的力度贯穿于泛在电力物联网建设周期。

(一)感知层:统一通信技术标准,扩展息接收范围

电网此前各业务部门根据实际需求利用终端、网络、业务系统已经搭建了部分典型应用,电力物联网已经初具规模,我们认为,泛在电力物联网感知层的建设主要是在电网电力系统前期建设的基础上统一通信技术标准,在电力系统的各个环节扩大感知范围。

在输电业务涉及架空输电线路监测、输电电缆在线监测、输电线路 无人机巡检、雷电定位、电缆及通道防外破等;在变电业务涉及变电站视频监控、变电站智能巡检机器人、变电站安全防护、输变电在线监测、现场作业管理、智能工具管理、变电检修作业安全管控等;在配电业务涉及配电自动化、线路故障定位及报警、配网抢修平台、配电网隐患监控、电能质量检测、大用户负荷控制、柱上变压监测、配电线路巡检等;在用电业务涉及用电信息采集、电动汽车智能充换电服务、重点用电设施安全防护、用户自助购电等;在经营管理涉及实物资产统一身份编码、人员车辆统一管理、电力设施建设过程可视化、数字仓储、数字物流全链路监控、设备实物资产自动盘点等。

泛在电力物联网建设需要在感知层面扩展信息接收范围。我们认为,电力物联网建设的进一步完善,还将加大感知层的终端投入,既包括电力采集类的电表、互感器、集中器等,也将还将包括环境状态的传感器 ( 如温度、湿度、烟雾、风速等传感器),以及实物 ID 等相关设备等等。

2018 年,国家电网接入智能电表等各类终端 5.4 亿余台(套),采集数据日增量超过 60TB 级,按照国家电网规划,预计到 2025 年接入终端设备将超过 10 亿台,到 2030 年将超过 20 亿台。

1.智能电表:智能电表是国家电网各类终端中占比最高的设备,据输配电产业联盟数据,国家电网目标共接入智能电表约 4.5 亿台,目前国家电网智能电表已基本实现全覆盖。我们认为,国家电网智能电表已从新建周期逐步转入替换周期,未来需求主要是替换需求,从增速上看将保持相对平稳,从边际催化上看主要依托「国网芯」等物联网芯片和模组研制进程。

2.实物 ID:实物 ID 实现实物资产规划设计、采购、建设、 运行、退役全环节、上下游信息贯通,是国家电网智慧供应链建设的重要部分,对提升企业经营绩效实质帮助。从泛在电力物联网建设任务清单上看,实物 ID 全面推广应用为统一组织建设任务,建设地位较高,建设时间较早。我们认为,实物 ID 将是感知层建设中更为早期且确定性较高的部分。

实物 ID 在供应链中应用场景

 

3.传感器等信息采集类产品:提高全息感知能力是泛在电力物联网感知层建设的重点,电网前期在感知层更注重电力系统关键数据的采集,而泛在电力物联网则更注重对泛电力设备的泛在信息进行采集,数据采集面更广。我们认为,传感器等信息采集类产品更服务泛在电力物联网在感知层提出的要求,国家电网对信息采集类产品的采购将有望实现加速增长。

此外,当前电网各业务系统相互独立,数据共享和信息交互存在壁垒,需要各类电力终端接入。需加强工控、传感、通信、安全、标识、AI 等芯片的自研和应用,进行 OS 的加固和自研。

终端 OS 功耗、实时性、安全性、数据处理与交互能力需与之适配。统一各类电力终端标识方法,实现终端间泛在互连、信息解析、路由和定位。结合轻量级、基本型、增强型等终端需求,结合新技术、新材料、新工艺,研究高集成、低功耗、微型化、多功能的智能终端。

 

(二)网络层:电力无线专网将全面铺开,通信产品收益接入终端增长

泛在电力物联网建设需要新建一张网。泛在电力物联网旨在建立电力相关设备的泛在连接,较核心电力系统终端数量更多,信息量更大,信息安全性要求较低。电力系统由于数据的高安全性要求,存在于工业内网,网络可扩展性低。由于数据量和数据安全性的区别,泛在电力物联网的建设需要新建另一张网络。

电力无线专网最为符合泛在电力物联网的要求。泛在电力物联网终端数量多,区域分布分散,建设有线网络成本太高;泛在电力物联网数据安全性要求虽较核心电力信息而言相对较低,但由于是电网相关数据,仍具有一定的要求性,使用经由运营商的无线公网对数据安全性保护较弱。电力无线专网则因其相对较高的安全性及校对较低的成本,成为了泛在电力物联网解决「最后一公里」接入难题的首选方案。

电力无线专网前期准备目前已基本完成,后续建设将全面铺开。电力无线专网于 2009 年开始研发,2017 年 9 月,国网信产业携手华为、中兴等 55 家单位成立了中国无线电协会电力无线专网产业联盟。

目前,电力无线专网前期准备已基本完成,已有 11 个省市公司已经建设一定规模的 LTE 电力无线专网。后续电力无线专网建设将全面铺开,2019 年至 2020 年,国家电网规划建设基站 2500 余座,接入终端数十万个,至「十三五」末初步建成有效覆盖全网范围 C 类及以上供电区域的无线电力专网。

受益于接入终端增长,服务器等通信产品需求有望提升。泛在电力物联网增加了电力相关设备的接入数,联网电力设备数量和相关信息流量的迅猛增长,将推动数据服务器的扩容,并相应带动路由器、通信网关等通信产品的增长。

(三)平台层:泛在电力物联网和两网融合建设核心环节

平台层的建设内容主要包括「国网云」一体化云平台、物联管理中心、全业务统一数据中心、企业中台等部分,重点是实现海量电力相关终端的物联管理,实现各类采集数据「一次采集,处处使用」,挖掘海量采集数据价值,提升平台支撑能力,实现联网设备的精细化管理,提升数据处理效率,实现平台的能力开放与共享。

泛在电力物联网大数据平台与服务

 

平台层在泛在电力物联网和两网融合建设中处于核心地位。平台层处于泛在电力物联网整体架构的中枢部位,下接各类电力相关数据、上接各项 2B、2C 应用。平台层各项建设任务主要由互联网部负责,互联网部是由国家电网信通部和运监中心合并设立,是两网融合发展和泛在电力物联网建设的牵头方,统筹管理泛在电力物联网建设。

(四)应用层:对内业务提升管理效率,对外业务实现战略转型

应用层建设共分为对内业务和对外业务两个部分:

  • 对内业务主要建设方向为提升客 户服务水平、提升企业经营绩效、电网安全经济运行、促进清洁能源消纳;

  • 对外业务主要 建设方向为打造智慧能源服务平台、培育发展新兴业务,构建能源生态体系。

我们认为,对内业务旨在通过提高智能化水平提升国网内部管理效率,对外业务旨在通过内容提供实现国网业务转型。

智慧能源服务平台

 

从建设时序上看,我们认为对内业务建设重心相对靠前,对外业务建设重心相对靠后。对内业务主要以信息化升级为主,业务范畴主要属于坚强智能电网所在的输配电等管制性业务。

国家电网在管制性业务方面具有垄断优势,管制性业务发展节奏主要依托于电网投入,目前坚强智能电网经过近十年的建设已进入收尾期,我们认为,在电网投入平缓增长的背景下,电网投入有望由坚强智能电网向对内业务的信息化升级实现平稳过渡。对外业务主要以新兴业务创新为主,是国家电网避免被「管道化」,实现向能源服务转型的关键,是国家电网的长远发展方向。

然而,对外业务的业务范畴主要是市场竞争较为充分的用电环节,国家电网垄断属性较强,前期对电网投资依赖较高,在用电侧的积累较少,实现「互联网化」发展具有较大难度。因此,我们认为,对外业务前期或需经历较长的探索期,建设重心相对靠后,待数据足够丰富、数据挖掘能力提升后将有望迎来重点建设期。

(五)安全防护:贯穿泛在电力物联网建设始终

泛在电力物联网安全防护以信息通信类安全防护为主,贯穿泛在电力物联网四个层次的建设。

泛在电力物联网安全防护主要从可信互联、安全互动、智能防御等三个维度出发,面向终端层、网络层、平台层、应用层等四个层面开展。泛在电力物联网安全防护更侧重于网络安全,而非电力系统的传统工控安全,产品形态上看,平台层、应用层安全防护产品或将以信息化软件为主,终端层、网络层安全防护产品或将以信息化硬件为主,而非调度类硬件。

泛在电力物联网安全防护体系

 

安全防护建设步伐紧跟泛在电力物联网建设,由设备网络向应用递进。泛在电力物联网的安全防护工作亦主要由互联网部负责,其中,「国网芯」研发使用、全场景网络安全防护体系建设等两项统一组织建设任务相对靠前,泛在电力物联网新业务安全防护试点等专项试点建设任务相对靠后。安全防护作为泛在电力物联网的配套工程,在建设节奏上跟随泛在电力物联网设备网络建设在前应用建设在后的步伐。

 

参考资料:天风证券研究所《泛在电力物联网成主线,信息化占比有望显著提升》

本文来自IoT科技物语