重點(diǎn)！ 最全面能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解析

中國(guó)電力網(wǎng)訊

能源物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是智慧能源互聯(lián)網(wǎng)（EoI）變革的重要支撐技術(shù)之一，低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)⑵鸬疥P(guān)鍵作用。能源電力領(lǐng)域小數(shù)據(jù)眾多，包括用戶側(cè)數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)邊緣數(shù)據(jù)和智慧能源新技術(shù)及新業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等。

這些數(shù)據(jù)包括電氣量和非電氣量，需要根據(jù)LPWA技術(shù)特點(diǎn)界定其適用范圍，全新規(guī)劃業(yè)務(wù)需求和模型。同時(shí),物聯(lián)網(wǎng)安全需要從終端接入、數(shù)據(jù)傳輸和平臺(tái)安全全面考慮。智慧能源互聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)化、高效化和清潔化發(fā)展創(chuàng)新了眾多新的能源業(yè)務(wù)場(chǎng)景，對(duì)能源物聯(lián)網(wǎng)的需求將會(huì)十分顯著。

隨著信息、連接和計(jì)算為主導(dǎo)的新一輪信息技術(shù)革命的興起，M-ICT技術(shù)在各個(gè)行業(yè)掀起了變革的浪潮。新能源技術(shù)革命與此深度融合，在能源電力領(lǐng)域形成了“能源互聯(lián)網(wǎng)”的革命性發(fā)展新趨勢(shì)。能源互聯(lián)網(wǎng)使得傳統(tǒng)能源電力的開(kāi)發(fā)、輸運(yùn)、存儲(chǔ)、交易、使用等均發(fā)生革命性的變化；使得能源電力向開(kāi)放、對(duì)等、共享、高效、清潔、可持續(xù)方向發(fā)展。

能源互聯(lián)網(wǎng)需要海量的數(shù)據(jù)連接支持。這些海量數(shù)據(jù)具備“小數(shù)據(jù)”特征，包括：業(yè)務(wù)相關(guān)性強(qiáng)；連接難，分布廣，分散性強(qiáng)且不易供電；數(shù)據(jù)價(jià)值密度低，需要大數(shù)據(jù)技術(shù)分析；狀態(tài)變化緩慢穩(wěn)定，采集頻次低；越限影響大，日常關(guān)注度低。伴隨著“萬(wàn)物互聯(lián)”的需求，各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層出不窮。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將有數(shù)百億物體接入網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的接入技術(shù)有近距離無(wú)線接入技術(shù)和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)技術(shù)兩類，這兩類技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)與不足。

前者包括Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等，提供近距離高速快速接入的能力；后者是移動(dòng)蜂窩網(wǎng)技術(shù)，滿足大范圍移動(dòng)語(yǔ)音/數(shù)據(jù)的接入需要。這兩種技術(shù)在功耗、成本、覆蓋廣度深度等方面受到限制,這兩類技術(shù)均無(wú)法為小數(shù)據(jù)的連接提供理想的解決方案。像智能表計(jì)這樣的萬(wàn)物互聯(lián)的小數(shù)據(jù)連接需求，催生了低功耗廣域（LPWA）技術(shù)的興起。

LPWA技術(shù)及CLAA物聯(lián)網(wǎng)方案

LPWA是一種能適配機(jī)器到機(jī)器（M2M）的業(yè)務(wù)，具有流量小，連接數(shù)量大等特性，可形成一張廣覆蓋、低速率、低功耗和低成本的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用呈現(xiàn)“碎片化的大市場(chǎng)”特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展本身就是多種技術(shù)的綜合利用和融合發(fā)展。當(dāng)前階段，LPWA技術(shù)體系較多，常見(jiàn)的包括由第3代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）定義的基于授權(quán)頻段的LPWA技術(shù)，如基于長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）空口優(yōu)化的增強(qiáng)機(jī)器類型通信（eMTC）、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)，基于非授權(quán)頻段的LoRa、Sigfox等。針對(duì)LPWA物聯(lián)網(wǎng)的4個(gè)典型技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用碎片化的現(xiàn)實(shí)，如何根據(jù)不同的LPWA技術(shù)特點(diǎn)，選擇合適的技術(shù)體系，解決物聯(lián)網(wǎng)建網(wǎng)成本、功耗、覆蓋、部署等一系列問(wèn)題成為重要的研究方向。

為此，LoRa技術(shù)所有者Semtech、中興通訊在LoRa聯(lián)盟的支持下，聯(lián)合中國(guó)數(shù)百家各類有志于LPWA物聯(lián)網(wǎng)的合作伙伴，成立了中國(guó)LoRa應(yīng)用聯(lián)盟（CLAA），并由中興通訊為主開(kāi)發(fā)了CLAA物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)解決方案，嘗試解決此關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)部署難題。

除了感知技術(shù)、連接技術(shù)、平臺(tái)技術(shù)之外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)進(jìn)一步融合發(fā)展。未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的融合應(yīng)用[4]。CLAA物聯(lián)網(wǎng)采用一網(wǎng)共平臺(tái)多業(yè)務(wù)的思路建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，借助互聯(lián)網(wǎng)思維，融合云化技術(shù)，構(gòu)建了CLAA物聯(lián)網(wǎng)方案。

CLAA物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的相關(guān)網(wǎng)元包括：終端注冊(cè)中心（JS），實(shí)現(xiàn)終端接入認(rèn)證、密鑰生成功能；多業(yè)務(wù)平臺(tái)（MSP），實(shí)現(xiàn)LoraWAN媒體接入控制（MAC）功能、數(shù)據(jù)加解密功能和應(yīng)用數(shù)據(jù)上下行分發(fā)功能；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS），實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)CLAA網(wǎng)絡(luò)的管理；位置計(jì)算服務(wù)器（LCS），實(shí)現(xiàn)定位服務(wù)能力；客服和營(yíng)帳系統(tǒng)（BOSS），實(shí)現(xiàn)CLAA業(yè)務(wù)的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)功能；IWG（LoraWAN基站），實(shí)現(xiàn)LoRa物理層功能。

CLAA物聯(lián)網(wǎng)具備區(qū)別于傳統(tǒng)“小無(wú)線”、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)等無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的顯著特點(diǎn)

（1）分層解耦，靈活方便。CLAA網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于傳統(tǒng)小無(wú)線項(xiàng)目型無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，把應(yīng)用、運(yùn)營(yíng)、網(wǎng)絡(luò)、終端解耦，實(shí)現(xiàn)專業(yè)分工，并融合了傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)，賦予用戶自主性、靈活性（用戶可根據(jù)需要像購(gòu)置移動(dòng)蜂窩網(wǎng)終端（手機(jī)等）一樣，隨時(shí)隨地部署傳感終端，采集所需數(shù)據(jù)）。傳感和應(yīng)用廠商則可以專注終端和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模發(fā)展，更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

（2）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)級(jí)的LPWA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。CLAA物聯(lián)網(wǎng)在LoRaWAN協(xié)議的基礎(chǔ)上，參考電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)協(xié)議，定義了基于LoRa技術(shù)的運(yùn)營(yíng)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為可規(guī)?；\(yùn)營(yíng)的LPWA物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)一張網(wǎng)多業(yè)務(wù)共享，靈活方便；實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)級(jí)的LPWA物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

目前已經(jīng)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議包括：《CLAA對(duì)中國(guó)470-510頻段的使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求》、《CLAA碼號(hào)命名規(guī)范及原則》、《CLAA對(duì)LoRaWAN的MAC命令擴(kuò)展規(guī)范》、《CLAA對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商服務(wù)器外部服務(wù)接口定義》4個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，版本根據(jù)商用示范項(xiàng)目運(yùn)行情況和CLAA物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)情況持續(xù)更新。

（3）網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方案為采用彈性云端、全網(wǎng)服務(wù)。CLAA物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)充分采用當(dāng)前先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)，采用彈性云端、全網(wǎng)服務(wù)的方案。CLAA物聯(lián)網(wǎng)的云端服務(wù)網(wǎng)絡(luò)功能（核心網(wǎng)）部署在公用或?qū)Ｓ性贫朔?wù)器，所有CLAA網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（CLAA基站）和應(yīng)用業(yè)務(wù)均可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或行業(yè)專網(wǎng)與云端服務(wù)器連接，組成統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。CLAA物聯(lián)網(wǎng)云端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的部署規(guī)模則是彈性的，可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)基站部署數(shù)量、傳感終端接入數(shù)量、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)接入數(shù)量等進(jìn)行彈性擴(kuò)充?？蓪?shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的快速部署商用，又能靈活擴(kuò)展演進(jìn)。CLAA物聯(lián)網(wǎng)為全網(wǎng)服務(wù)方案，按照上述統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)一張同平臺(tái)多業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（4）工程實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)為采用按需部署，即裝即用。CLAA物聯(lián)網(wǎng)基站（網(wǎng)關(guān)）為小型化即裝即用設(shè)備，是輕量級(jí)接入物聯(lián)網(wǎng)基站。用戶或集成商可根據(jù)項(xiàng)目按需部署，而不必等待網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成才能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部署，業(yè)務(wù)部署和網(wǎng)絡(luò)部署可同步進(jìn)行。項(xiàng)目后期也可根據(jù)需要進(jìn)行補(bǔ)盲、擴(kuò)充等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)基站僅需現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)間工程安裝和配置操作便可接入云端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

（5）獨(dú)立式云化應(yīng)用。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)接入和應(yīng)用，大多按照獨(dú)立項(xiàng)目模式進(jìn)行限定場(chǎng)所、場(chǎng)景的部署，所采集數(shù)據(jù)也難以云化。CLAA物聯(lián)網(wǎng)則為專業(yè)應(yīng)用的獨(dú)立式云化應(yīng)用提供了網(wǎng)絡(luò)方案基礎(chǔ)，各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如消防傳感、市政設(shè)施、城市環(huán)境等數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)大眾公有，按需開(kāi)放的新型商業(yè)或管理模式。針對(duì)專業(yè)行業(yè)性的大范圍管理也將提供十分便捷的方案，如物流、消防部門、生產(chǎn)安全管理、物業(yè)管理等。可以設(shè)想，未來(lái)所有建筑、工廠等處的煙感、溫感等傳感器狀態(tài)信息均可傳遞到消防部門，對(duì)預(yù)防火災(zāi)、火災(zāi)報(bào)警、防災(zāi)快速反應(yīng)都將起到不可估量的作用。

智慧能源物聯(lián)網(wǎng)連接需求

能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)思維和方法構(gòu)建的新一代多能流集成的綜合能源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)能源技術(shù)和通信信息技術(shù)深度融合，從而提升整個(gè)能源系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，改善系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、管理和服務(wù)水平，最終實(shí)現(xiàn)能源綠色化、市場(chǎng)化以及用能高效化。通過(guò)信息通信技術(shù)（ICT）將多種能源系統(tǒng)有機(jī)地融合在一起，使各個(gè)能源系統(tǒng)共享信息，協(xié)調(diào)運(yùn)行，使其智能化和市場(chǎng)化成為可能[5]。在能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)據(jù)采集和連接需要深度下沉，實(shí)現(xiàn)廣泛海量的萬(wàn)物連接，以實(shí)現(xiàn)能源開(kāi)發(fā)利用的市場(chǎng)化、高效化、清潔化，滿足大規(guī)模隨機(jī)間歇性新能源接入能源網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度管理需要。

能源電力系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)連接，但是還有海量的“小數(shù)據(jù)”需要連接支持，實(shí)現(xiàn)能源電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的深度下沉。這些海量的“小數(shù)據(jù)連接”包括3個(gè)方面：一是用戶側(cè)的能源電力設(shè)備，也包括用戶本身（因使用、監(jiān)測(cè)控制、維護(hù)等）的連接需要，如工廠供用電及電器、建筑供用電及電器、社區(qū)供用電網(wǎng)和家庭電器等；二是傳統(tǒng)能源電力系統(tǒng)的邊緣數(shù)據(jù)，如電器電纜溫度、設(shè)備設(shè)施的環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、資產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)等；三是智慧能源新業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的連接，包括分布式發(fā)電設(shè)施、風(fēng)力發(fā)電、充電樁、風(fēng)光互補(bǔ)路燈、需求響應(yīng)、能效管理、節(jié)能服務(wù)等。

（1）能源用戶側(cè)的小數(shù)據(jù)連接

能源電力用戶側(cè)包括居民生活、商業(yè)、工農(nóng)生產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施，同樣也包括用戶本身。居民生活供能系統(tǒng)包括社區(qū)網(wǎng)絡(luò)和家庭電器，目前此類供電、供氣、供熱等供能設(shè)施的居民用戶側(cè)數(shù)據(jù)連接除智能電表外，其他基本處在空白狀態(tài)，例如社區(qū)及家庭中低壓供電網(wǎng)絡(luò)及設(shè)施、街邊電氣設(shè)備、公共用電電器、家庭取暖/電器/燃?xì)饩摺⒓彝ビ秒姽夤芫W(wǎng)及附屬設(shè)備（開(kāi)關(guān)、閥門等）。在建筑智能化程度較高的商業(yè)建筑中，部分供能系統(tǒng)安裝了有限的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如建筑能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能空調(diào)系統(tǒng)等，但數(shù)據(jù)連接依然很不全面，如樓宇供用電網(wǎng)絡(luò)和電器，包括配電房、電纜井、母線、各級(jí)配電箱、空調(diào)暖通設(shè)備、泵房、公共照明、IT設(shè)備及機(jī)房供電、應(yīng)急照明等，還包括給排水管網(wǎng)，部分商業(yè)建筑包括供氣管網(wǎng)。

能源用戶最重要的是工業(yè)企業(yè)，中國(guó)工業(yè)能耗占全社會(huì)總能耗的70%以上，工廠供能網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連接存在相當(dāng)不足，甚至部分工業(yè)供能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)處在空白狀態(tài)。諸如管網(wǎng)壓力、溫度等狀態(tài)數(shù)據(jù)，電氣參數(shù)如電壓、電流、電量、開(kāi)關(guān)、故障等等大多沒(méi)有得到有效連接，特別是和生產(chǎn)不直接相關(guān)的供能供電設(shè)施及其環(huán)境狀態(tài)參數(shù)，大多處在連接缺失狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行全面的能耗能效監(jiān)測(cè)、能源考核，也無(wú)法進(jìn)行智能化、精細(xì)化的供能系統(tǒng)管理和維護(hù)。機(jī)場(chǎng)、公路、供水、排灌、市政等各類基礎(chǔ)設(shè)施也是較大的能耗用戶，其用能系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接同樣不容樂(lè)觀。用能單位的運(yùn)行維護(hù)檢修人員、居民用戶自身等人員連接同樣缺乏，相關(guān)人員無(wú)法快速準(zhǔn)確獲取能源設(shè)備參數(shù)，進(jìn)行快速響應(yīng)。

（2）傳統(tǒng)能源電力系統(tǒng)的邊緣小數(shù)據(jù)連接

傳統(tǒng)能源電力系統(tǒng)，諸如變電站、電廠的運(yùn)行生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了廣泛連接，但是變電站、電廠、輸電線路、配電網(wǎng)絡(luò)的邊緣小數(shù)據(jù)卻沒(méi)有得到廣泛有效的連接。這些邊緣數(shù)據(jù)包括電氣設(shè)施周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，如氣溫、噪聲、水浸、濕度、酸堿度、煙霧、粉塵等；電氣設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，如設(shè)備溫度、絕緣強(qiáng)度、傾斜狀態(tài)、沉降、凝露、污穢等；附屬設(shè)施狀態(tài)數(shù)據(jù)，如電纜隧道環(huán)境數(shù)據(jù)、安全防范數(shù)據(jù)、電氣建筑物狀態(tài)數(shù)據(jù)、周圍地理環(huán)境和狀態(tài)數(shù)據(jù)（山體滑坡、地陷）；電氣設(shè)施的微氣象微氣候數(shù)據(jù)，如風(fēng)速、氣溫、濕度、能見(jiàn)度、降水等。

上述數(shù)據(jù)均對(duì)傳統(tǒng)電力能源設(shè)施的正常運(yùn)行、故障產(chǎn)生、設(shè)備壽命、巡視檢修等產(chǎn)生或多或少的影響，相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)對(duì)能源電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生較大威脅，如環(huán)境濕度、氣溫變化會(huì)導(dǎo)致設(shè)備凝露，造成設(shè)備絕緣性能下降，易導(dǎo)致電氣設(shè)備的短路觸電事故；山體滑坡、地陷導(dǎo)致管網(wǎng)、廠站受到毀壞性威脅。如果能夠?qū)@些邊緣小數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)廣泛的連接，可以有效進(jìn)行提前預(yù)防、報(bào)警和事前處理，防止故障、事故，甚至災(zāi)害的發(fā)生，同樣也能提高日常的巡檢、運(yùn)維、運(yùn)行效率。

（3）智慧能源新業(yè)務(wù)小數(shù)據(jù)連接

智慧能源互聯(lián)網(wǎng)的各類新型業(yè)務(wù)需要廣度和深度的數(shù)據(jù)連接支持，包括智能表計(jì)、碳排放、智能運(yùn)維、能耗監(jiān)測(cè)、能效管理、需求響應(yīng)、用戶側(cè)電器、分散式充電樁等。能源電力的市場(chǎng)化建設(shè)，對(duì)各類、各級(jí)用戶的精確用能計(jì)量數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)；而實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)交易需要高頻智能電表（15min采集一次）的數(shù)據(jù)支持；分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能運(yùn)維，需要采集光伏組件的狀態(tài)、并網(wǎng)發(fā)電數(shù)據(jù)和逆變器狀態(tài)等，輸配電網(wǎng)等能源網(wǎng)絡(luò)的智能運(yùn)維與此類似；發(fā)電預(yù)測(cè)和虛擬電廠業(yè)務(wù)需要大范圍的氣象氣候監(jiān)測(cè)；大范圍中小商業(yè)和居民的用電需求響應(yīng)業(yè)務(wù)，需要通過(guò)廣泛的用電電器連接、用戶連接等以實(shí)現(xiàn)人、電器、電網(wǎng)、儲(chǔ)能、分布發(fā)電等的多維信息交互，進(jìn)行需求響應(yīng)互動(dòng)操作；碳市場(chǎng)交易所需的廣泛的清潔能源發(fā)電和碳排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如采集大量分布式發(fā)電的發(fā)電量數(shù)據(jù)，打包后可參與碳市場(chǎng)交易，包括分布式光伏、分布式風(fēng)力發(fā)電、分散型風(fēng)/光互補(bǔ)小型發(fā)電系統(tǒng)等。

能源電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)類型

（1）電氣參數(shù)

?交流量：交流電氣系統(tǒng)中的交流電量參數(shù)，包括三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)和頻率等。交流電量參數(shù)是反映電氣回路、電器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的基本參數(shù)，可用于故障判斷、電氣保護(hù)、狀態(tài)指示、參數(shù)計(jì)算、自動(dòng)控制和反饋等。在電子信息系統(tǒng)中，一個(gè)交流電量參數(shù)可以作為一個(gè)模擬量，我們用4Byte的浮點(diǎn)數(shù)表示。

?直流量：直流電氣系統(tǒng)中的直流電氣參數(shù)包括直流電壓、直流電流、直流功率等，是反映直流電氣回路和直流電器設(shè)備的基本參數(shù)，可用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障和保護(hù)、參數(shù)計(jì)算、自動(dòng)控制和反饋等。在電子信息系統(tǒng)中，一個(gè)直流電量參數(shù)可以作為一個(gè)模擬量，用4Byte的浮點(diǎn)數(shù)表示。

?開(kāi)關(guān)量：在交流或直流系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量參數(shù)是一個(gè)表示開(kāi)關(guān)位置的數(shù)字量，如斷路器位置、刀閘位置、開(kāi)關(guān)分合、行程開(kāi)關(guān)位置等，一般用1位比特表示一個(gè)位置狀態(tài)，一臺(tái)電氣設(shè)備一般有多個(gè)位置信號(hào)，如斷路器的分位、合位、故障位、儲(chǔ)能位等。

?狀態(tài)量：反映電氣系統(tǒng)或設(shè)備的工況狀態(tài)的信號(hào)量，一般是參數(shù)變化反映的某一狀態(tài)，如交直流量越限報(bào)警、壓力濃度等模擬量越限狀態(tài)、元件故障狀態(tài)報(bào)警、設(shè)備在線狀態(tài)、鏈路狀態(tài)等，一般用1位比特表示。

?控制量：控制量用于電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程或自動(dòng)控制，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、人機(jī)操作界面、自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)等根據(jù)程序或人工主動(dòng)發(fā)出的控制量信號(hào)，完成設(shè)備的啟停、開(kāi)關(guān)、狀態(tài)切換等控制操作，一般采用1位比特來(lái)表示。

（2）非電量參數(shù)

?模擬量：能源電力系統(tǒng)中模擬量普遍存在，種類繁多，常見(jiàn)的非電量模擬量有溫度、濕度、壓力、速度、加速度、濃度、液位、位移、應(yīng)力、形變、垂直度、水平度等。各種模擬量在能源電力系統(tǒng)中生產(chǎn)運(yùn)行、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、檢修維護(hù)等均起到重要作用，是重要的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)連接領(lǐng)域之一，一個(gè)模擬量一般用4Byte的浮點(diǎn)數(shù)表示。

?狀態(tài)量：非電量狀態(tài)是指能源電力系統(tǒng)中非電氣設(shè)備的狀態(tài)量參數(shù)，如模擬量越限、越位、就位、故障、突變等，這些狀態(tài)量對(duì)能源電力系統(tǒng)的多個(gè)業(yè)務(wù)如巡檢、故障預(yù)防、檢修搶險(xiǎn)、設(shè)備運(yùn)行等都是關(guān)鍵信號(hào)，是重要的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)連接領(lǐng)域之一，一個(gè)狀態(tài)量用1位比特表示。

（3）其他類型參數(shù)

?計(jì)量數(shù)據(jù)：計(jì)量數(shù)據(jù)在能源電力生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)中是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，包括供應(yīng)商和用戶間的結(jié)算、公司內(nèi)的效率效益考核、生產(chǎn)線的配方配料等業(yè)務(wù)，計(jì)量數(shù)據(jù)均是基礎(chǔ)信息。計(jì)量數(shù)據(jù)包括電表有功電量、無(wú)功電量、水量、氣量、熱量、體積、重量、計(jì)數(shù)等，一般一個(gè)計(jì)量數(shù)據(jù)采用4Byte的浮點(diǎn)數(shù)表示。

?檔位數(shù)據(jù)：在能源電力系統(tǒng)中，有一類設(shè)備可以進(jìn)行輸入或輸出的多梯度或線性調(diào)節(jié)，為系統(tǒng)提供靈活的適應(yīng)能力，如變壓器的檔位調(diào)節(jié)、閥門的流量調(diào)節(jié)等。檔位數(shù)據(jù)包括當(dāng)前檔位信息和換擋指令信息，前者反饋當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行檔位，后者對(duì)設(shè)備運(yùn)行檔位進(jìn)行調(diào)整，檔位信息根據(jù)不同的設(shè)備采用1個(gè)或多個(gè)Byte表示。

能源電力物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模式

能源電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)連接業(yè)務(wù)模式根據(jù)其不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)場(chǎng)景、不同的數(shù)據(jù)通信協(xié)議有所不同。如監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、故障診斷業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程控制調(diào)度業(yè)務(wù)等對(duì)數(shù)據(jù)連接的需求和方式不同。不同的工業(yè)通信協(xié)議、電力通信協(xié)議也規(guī)定了不同的數(shù)據(jù)連接方式，包括常見(jiàn)的ModbusRTU/ASSIC協(xié)議、CAN-BUS協(xié)議、M-Bus、DNP、CDT/XT9702、IEC60870-5-101/102/103/104規(guī)約、IEC61850系列協(xié)議、廠商自定義協(xié)議等。這些不同的通信協(xié)議/規(guī)約對(duì)能源電力物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模式產(chǎn)生不同的影響和需求。

基于LoRa技術(shù)的CLAA物聯(lián)網(wǎng)在傳感終端側(cè)有3種工作模式：CLASSA、CLASSB、CLASSC。CLASSA模式傳感器定時(shí)上傳數(shù)據(jù)，在每次傳送數(shù)據(jù)后預(yù)留接收基站下行數(shù)據(jù)時(shí)隙窗口，可以響應(yīng)主站端指令，功耗最低；CLASSB在每次上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)或定時(shí)開(kāi)啟接收基站下行數(shù)據(jù)的時(shí)隙窗口，響應(yīng)主站端指令更靈活，功耗略多一點(diǎn)；CLASSC實(shí)時(shí)偵聽(tīng)基站指令，隨時(shí)接收指令，響應(yīng)性最強(qiáng)，但犧牲了低功耗優(yōu)勢(shì)。

分析不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)場(chǎng)景和相關(guān)通信規(guī)約的影響，結(jié)合CLAA物聯(lián)網(wǎng)規(guī)范，從傳感終端側(cè)角度，能源電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)連接業(yè)務(wù)模式可分為主動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)、被召喚數(shù)據(jù)、下行控制數(shù)據(jù)3類，每種類別又可以根據(jù)響應(yīng)時(shí)間、使用環(huán)境、數(shù)據(jù)流量等進(jìn)行細(xì)分。

?主動(dòng)上報(bào)：傳感器時(shí)間觸發(fā)方式上報(bào)數(shù)據(jù)，如定時(shí)、參數(shù)越限、狀態(tài)改變、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等事件。其中定時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)的方式最為常見(jiàn)，根據(jù)LPWA物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，一般少則10多分鐘，多則數(shù)小時(shí)或每天上報(bào)一次數(shù)據(jù)。也可以采用定時(shí)和其他條件結(jié)合的觸發(fā)上報(bào)模式，定時(shí)上報(bào)可以定期更新監(jiān)測(cè)傳感器工作狀態(tài)，其他條件觸發(fā)滿足意外或重要事件的及時(shí)響應(yīng)，如能源電力的廠站屋頂和設(shè)備處的消防報(bào)警器，平時(shí)每天上報(bào)一次自檢數(shù)據(jù)，表明自身的工作狀態(tài)，當(dāng)有消防險(xiǎn)情時(shí)，溫感煙感越限要及時(shí)（數(shù)秒內(nèi)）上報(bào)險(xiǎn)情，通知相關(guān)系統(tǒng)或人員快速處理。這種模式是CLAA網(wǎng)絡(luò)的主要支持方式，大部分CLAA物聯(lián)網(wǎng)傳感終端采用這種業(yè)務(wù)模式。

?被召喚上報(bào)數(shù)據(jù)：一些應(yīng)用業(yè)務(wù)場(chǎng)景和通信協(xié)議采用主站端召喚方式獲取傳感終端數(shù)據(jù)，傳感終端被動(dòng)響應(yīng)主站召喚上傳數(shù)據(jù)。此類業(yè)務(wù)模式讓主站端具備物聯(lián)通信數(shù)據(jù)采集的調(diào)度管理功能，主站可以根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)需要，采用定時(shí)、條件觸發(fā)等方式主動(dòng)召喚所需傳感終端數(shù)據(jù)，滿足業(yè)務(wù)功能。這種業(yè)務(wù)模式需要傳感終端在線監(jiān)測(cè)通過(guò)CLAA物聯(lián)網(wǎng)微基站傳遞的主站召喚指令，傳感終端需要采用CLASSC模式工作，犧牲低功耗的優(yōu)勢(shì)。在傳感終端工作在CLASSA、CLASSB模式時(shí)，主站的召喚指令需要等待傳感終端打開(kāi)接收時(shí)隙窗口時(shí)才能得到響應(yīng)。

?下行控制數(shù)據(jù)：類似智能路燈、建筑照明、水泵監(jiān)測(cè)控制等應(yīng)用，需要遠(yuǎn)程控制功能，還有一些應(yīng)用場(chǎng)景遠(yuǎn)程主站根據(jù)業(yè)務(wù)需要對(duì)傳感終端進(jìn)行參數(shù)修改、定值設(shè)定，傳感終端需要響應(yīng)主站通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)微基站傳遞的遠(yuǎn)程控制指令或參數(shù)定值。傳感終端在CLASSA、CLASSB、CLASSC3種工作模式下均可實(shí)現(xiàn)對(duì)下行數(shù)據(jù)的接收響應(yīng)，可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求選擇不同的工作模式

數(shù)據(jù)流量和采集頻次

不同的傳感業(yè)務(wù)需求、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量不同，數(shù)據(jù)傳輸速率根據(jù)數(shù)據(jù)類型和采集頻次確定。CLAA物聯(lián)網(wǎng)IWG200微基站具備8個(gè)并行的下行通道和1個(gè)上行通道，每個(gè)通道數(shù)據(jù)傳輸速率300bit/s~5.5kbit/s，傳感終端在不同的網(wǎng)絡(luò)位置，信號(hào)強(qiáng)弱不同，數(shù)據(jù)速率有所差異。CLAA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中規(guī)定了數(shù)據(jù)幀頭、終端地址、版本、校驗(yàn)等內(nèi)容，這部分網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷約30Byte左右。在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，根據(jù)設(shè)置的不同擴(kuò)頻因子（SF），有效載荷最大值不同：SF為12時(shí)，有效載荷約50Byte；SF為7時(shí)，有效載荷約220Byte。

不同的傳感類型、數(shù)據(jù)類型和應(yīng)用通信協(xié)議有效載荷值不同。例如，采用ModbusRTU協(xié)議，最小有效載荷值可以為6個(gè)Byte（地址1Byte、功能碼1Byte、長(zhǎng)度值1Byte、內(nèi)容1Byte、CRC校驗(yàn)2Byte），可以傳輸8位狀態(tài)量或開(kāi)關(guān)量；有效載荷值最大可以為260Byte左右，可以傳輸約60個(gè)4Byte浮點(diǎn)數(shù)模擬量（交流量、直流量）。典型應(yīng)用如智能路燈，每盞路燈監(jiān)測(cè)包括單相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)5個(gè)模擬量，監(jiān)測(cè)開(kāi)燈狀態(tài)、故障指示等多個(gè)狀態(tài)數(shù)字量（建議用1個(gè)Byte，8位狀態(tài)量），這樣智能路燈監(jiān)測(cè)控制每次上傳數(shù)據(jù)有效載荷約26Byte，加上網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，每次智能路燈控制終端與基站之間傳送的數(shù)據(jù)包大小不到60Byte。這樣即使在CLAA網(wǎng)絡(luò)基站邊緣側(cè)，采用SF為12也可以一次完成數(shù)據(jù)傳送。

在能源電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，改變傳統(tǒng)有線連接的數(shù)據(jù)采集方式，全新考慮業(yè)務(wù)需求，詳細(xì)核算數(shù)據(jù)包大小。通過(guò)重新規(guī)劃業(yè)務(wù)模型，采用相關(guān)技術(shù)方法盡可能減少數(shù)據(jù)傳送頻次和數(shù)據(jù)包大小。例如采用2Byte整數(shù)配合固定系數(shù)的方式采集模擬量（交直流電量）；采用越限觸發(fā)上送模擬量數(shù)據(jù)的傳送模式，或者僅傳送越限相對(duì)值（如絕對(duì)值、比例值等）；數(shù)秒傳送一次改變?yōu)閿?shù)分鐘或數(shù)小時(shí)傳送一次；設(shè)備在非工作時(shí)間停止或大幅降低傳送數(shù)據(jù)的頻次（如白天的路燈）。通過(guò)改變業(yè)務(wù)模式和相關(guān)的一些技術(shù)方法，可大幅提升網(wǎng)絡(luò)效率，提升網(wǎng)絡(luò)容量，提升物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的可用性。

物聯(lián)網(wǎng)安全

2016年10月，發(fā)生在美國(guó)的借助物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)動(dòng)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻擊造成了美國(guó)上千家大網(wǎng)站集體“掉線”。這一事件引起了廣泛的討論，物聯(lián)網(wǎng)安全也受到了相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和用戶的普遍重視。物聯(lián)網(wǎng)安全包括終端安全、數(shù)據(jù)傳輸安全、網(wǎng)絡(luò)管理及運(yùn)營(yíng)平臺(tái)安全、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)安全等方面。

物聯(lián)網(wǎng)各環(huán)節(jié)的安全風(fēng)險(xiǎn)和防范涉及到整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，發(fā)生安全事件可能導(dǎo)致較大的運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)和生活影響，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致事故，對(duì)社會(huì)造成巨大影響。因此，物聯(lián)網(wǎng)安全需要全力關(guān)注，做好全面的安全防范工作，也需要物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)鏈內(nèi)的企業(yè)、用戶、運(yùn)營(yíng)商等多方參與，共同完善安全解決方案。

能源物聯(lián)網(wǎng)可以為智慧能源的許多應(yīng)用場(chǎng)景提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)智慧能源系統(tǒng)的市場(chǎng)化、高效化、清潔化開(kāi)發(fā)應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)能源物聯(lián)網(wǎng)連接各種各樣的用電電器，采集電器運(yùn)行參數(shù)，如電量、功率等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)、建筑等能耗監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)能效管理功能，促進(jìn)節(jié)能降耗，輔助實(shí)現(xiàn)能源電力的高效化消費(fèi)。通過(guò)大范圍的城區(qū)電力用戶大功率電器的物聯(lián)網(wǎng)連接，為大范圍城區(qū)電力用戶參與電網(wǎng)需求側(cè)相應(yīng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)連接。在新能源領(lǐng)域，能源物聯(lián)網(wǎng)可以為分布式發(fā)電系統(tǒng)，分散的離網(wǎng)型微型新能源系統(tǒng)，如風(fēng)光互補(bǔ)路燈、風(fēng)光互補(bǔ)監(jiān)測(cè)控制、光伏揚(yáng)水等提供幾乎不受地域范圍限制的數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)新能源系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)控制、智能運(yùn)維、發(fā)電預(yù)測(cè)等功能。

以LoRa技術(shù)為代表的LPWA物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因其廣泛覆蓋、超低功耗、較低的價(jià)格和海量接入的能力優(yōu)勢(shì)，極大地釋放能源電力運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)采集需求，使得海量低成本的能源電力傳感器部署成為可能。CLAA物聯(lián)網(wǎng)方案提出了互聯(lián)網(wǎng)思維的運(yùn)營(yíng)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)新思路，為L(zhǎng)PWA物聯(lián)網(wǎng)的多方共同參與、互利共贏提供了生態(tài)鏈平臺(tái)。能源電力領(lǐng)域中，致力于創(chuàng)新業(yè)務(wù)，快速獲取能源電力數(shù)據(jù)的各方可以快速布網(wǎng)，連接所需數(shù)據(jù)，這必將為智慧能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供強(qiáng)大助力。