物联网智能电网解决方案.doc
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1、成果上报申请书成果名称物联网智能电网解决方案成果申报单位北京公司成果承担部门/分公司数据业务部项目负责人姓名项目负责人联系电话和Email项目参与人姓名成果专业类别*数据业务所属专业部门*北京公司数据线条成果研究类别*新产品开发省内评审结果*关键词索引(35个)物联网 电力 智能电网应用投资100万元产品版权归属单位中国移动北京公司对企业现有标准规范的符合度:符合中国移动企业标准:中国移动M2M业务规范(QB-D-106-2007),M2M平台设备规范(QB-D-111-2007)中国移动M2M总体技术要求(QB-D-108-2007),M2M平台与终端接口规范(QB-D-109-2007)本
2、项目基于集团公司的标准业务规范,按照电力行业的应用需求,对M2M平台的上层应用进行了定制开发如果该成果来源于研发项目,请填写研发项目的年度、名称和类型(类型包括:集团重点研发项目、集团联合研发项目、省公司重点研发项目、其他研发项目),可填写多个:2010年集团公司重点研发项目,面向行业应用的短距离自组网形式的M2M解决方案研究,集团重点研发项目。成果简介:物联网是指通过装置在各类物体上的SIM卡、传感器、二维码等,通过通信网络,给物体赋予智能,实现人与物体,物体与物体之间的沟通和对话,物联网的信息化应用的对象已扩展到电器、仪表、牲畜等传统通信领域之外的对象,覆盖对象的广度及深度将前所未有,是下
3、一个万亿级的信息技术产业。目前物联网相关的技术及应用,已成为国家信息化发展的最重要的国家战略之一,国内以电力、交通、物流等信息化水平较高的行业分别提出了行业的物联网发展规划。本项目针对电力行业提出的“坚强电网”的物联网发展规划,结合物联网的典型技术,如WSN、RFID等,整合行业合作伙伴资源,在电力抄表、营销、配网自动化、电力设备管理等领域研发设计行业适用的多种物联网应用技术,为客户提供低成本、高可靠性的解决方案,为涉及到民生的电力行业提供全面感知、可靠传送、智能处理的多方位解决方案,提高电力生产系统的通信保障水平,提升传统行业的信息化解决能力;同期,北京公司也全面参与配合集团公司组织的物联网
4、标准体系的讨论编写工作。为我公司储备物联网标准产品,开拓新的市场收入领域,巩固我公司在物联网产业链中的领地地位,为未来控制物联网产业价值链提供了良好的技术条件。省内试运行效果:北京公司06年建成中国移动第一个符合WMMP标准的M2M业务平台,围绕重点客户北京电力公司的信息化需求,紧密契合行业客户信息化应用需求,不断优化物联网(M2M)产品体系和业务功能,目前已初步建立了加强通道型、智能通道型、应用产品型的三大类物联网产品体系: 加强通道型:在传统M2M通道基础上整合WSN能力,利用M2M的WMMP网关技术整合包括RFID、Zigbee等WSN技术,提升通道覆盖物体的广度及深度,丰富信息采集及传
5、送的手段,提升通道价值 智能通道型:丰富目前M2M的WMMP网关能力,在广域网管理能力基础上,向下管理贴近物体的WSN技术(目前尚未形成行业标准),一方面与北京电力公司建立紧密合作关系,利用联合研发试验室(正在讨论)的平台,尽快完成原型产品研发、试点项目落地的工作,通过北京电力公司影响国家电网公司的发展思路,并在北京移动树立全国物联网发展的示范作用,另一方面紧密跟踪集团公司研究院在WSN和M2M方面的技术标准体系的研发工作,遵循集团公司标准 应用产品型:根据行业应用特点及坚强电网的发展需求,研发行业适用的物联网产品,包括:配网管理、营销卡表管理、用电安全及偷电管理、电力设备管理等覆盖电力各专业
6、的产品体系07年至今,北京公司在电力行业成功实施了110kv配网自动化项目,奥运保障用电项目,卡表一站式服务项目等电力公司的重点信息化项目,累计终端用户已达6万台,其中符合WMMP协议标准的终端已达近4000台,我公司在电力行业的用户占有率达100%,每年为北京公司贡献近2000万的业务收入,同时110kv配网自动化项目通过电网公司内部的科技创新推广公司,成功在南方电网的广东实现了复制,新增用户达5000台,有效带动外省移动公司的智能电网信息化项目的开展。2010年开始,北京电力公司提出希望与我公司成立联合技术实验室,在新技术研发,新业务试点,示范项目推广方面将开展紧密合作。文章主体:一、智能
7、电网的行业发展背景 行业概况电力行业属于国有垄断的行业,可划分为发电、供电2大系统及发电、输电、变电、配电、用电和调度六大生产环节。主要企业包括两大电网公司(国家电网公司、南方电网公司)、五大发电集团(华能、华电、电投、大唐、国电)以及广东核电/中国核工业集团公司、国华电力、国家投资、长江电力等特大型电力集团公司。目前中国移动电力行业最重要的客户是两大电网公司。中国南方电网公司经营范围为广东、广西、云南、贵州和海南五省区,供电总人口2.3亿人。中国国家电网公司,经营区域覆盖南方电网5省之外的其他26个省/自治区/直辖市,供电人口超过10亿,是全球最大的公用事业企业。 行业价值链构成电力行业价值
8、链专业性要求高,体系较为封闭,整体架构如下图所示: 核心生产部分:1、发电环节:企业总量4300 余家,发电环节产业集中趋势更加明显。5 大发电集团装机总容量约占全国总装机容量的68.3%。2、输电环节:国网公司及南方电网公司控制。3、供电企业:是指在一个特定的区域内从事配电和售电业务的企业。这类企业数量众多,类型和层次也较为复杂,存在国有、股份制、民营等多种类型的企业。其中国网公司下属的供电企业约占60%左右。 专业集成公司部分:1、全网基础通信运营商:国网信通公司,国家电网公司的全资子公司,承担国家电网公司专用基础通信网络及相关基础通信业务的开展,并负责开展公众通信运营服务。2.、专业集成
9、公司:包括电科院、南京南瑞、ABB等国内外,自有及第三方集成公司。3、硬件供应商:按专业领域分为几大类较为固定的供货商,许继电气、南京南瑞(配网自动化设备),西安西电、西门子(变压器)4、软件供应商:通用软件供应商,但需要按电力要求定制,例如ERP等 行业信息化发展情况电力行业信息化发展经历了生产过程自动化、专项业务应用、管理信息系统等三个阶段。到目前为止,电力系统的规划设计、基建、发电、输电、供电等各环节均有信息技术的应用。目前电力行业重点信息化项目分别是SG186工程和智能电网1、SG186工程:2006 年启动,目标是在全系统范围内建设一体化企业级信息系统的信息化,实现公司上下信息通畅及
10、数据共享,目前已完成试点工作,开始进行全网推广2、坚强电网:09年政府提出感知中国的物联网发展战略后,国家电网公司也明确提出建设统一坚强智能电网的发展战略。工作要求是 “统一规划、统一标准、统一建设”,同时在国家电网总部成立智能电网部,负责全网智能电网相关工作的统一组织、协调、监督。据了解由智能电网部牵头,已完成智能电表的全网集采,明确了20家左右的供货商名单;同时智能电网部牵头完成并发布智能电网技术标准体系规划和智能电网关键设备(系统)研制规划等标准体系。 行业发展遇到的问题及物联网应用发展趋势电力行业目前存在的主要问题如下:1、远距离输电能力的不足:骨干输电能力不足,建设规模滞后。未来发展
11、重点在大容量、超高压、交直流混合、长距离输电技术2、电网建设标准较低,难以满足坚强电网的要求:以2008 年南方冰雪灾害为例,由于覆冰厚度超过国家规定的设计标准,导致电网设施损毁严重,南方电网共计7541 条10 千伏及以上线路停运。3、电网调配信息化能力不足:跨省、跨区同步互联电网联系薄弱,尚处于发展完善阶段,调控能力水平较低,尤其在最靠近电力用户的城乡配电网的信息化水平严重滞后。针对以上问题,国家电网公司公布了“坚强电网”的发展战略,明确“以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础,将现代先进的传感器测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物力电网高度集成的新型电
12、网”的发展目标。坚强电网可以看做电力系统的“中枢神经控制系统”,将最新的信息化、通信、计算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合,形成一个新型电网,实现电力系统的智能化,与传统电网的不同之处在于互动性,是通过终端传感器及各种通信网络将用户之间、用户和电网公司之间形成即时连接的网络互动,从而实现数据读取的实时、高速、双向的效果,整体性地提高电网的综合效率。目前在国家电网智能电网计划中,大约有60-80%的投资将用于实现远程采集、远程控制、远程测试、智能交互等非传统项目。电网对ICT需求之强烈前所未有。从目前电网公司公开的指导意见及规范分析,国网公司在发电、输电、变电、配电、用电、调度六个环节
13、有明确的物联网应用需求,主要需求为集中在设备监控管理、生产/管理信息采集处理、人员任务跟踪管理三个大的方面,不同专业有一定的差异性。同时,随着物联网终端的规模部署,会产生一些行业共性的需求,典型的包括固定资产管理、设备防盗、内部物资物流管理等。二、智能电网解决方案1智能抄表 目标客户及客户需求目标客户:国家电网公司营销部客户需求:1、国网公司年初已完成全网电表厂家的集采工作,明确了20个电表供货商,即将开始全网大规模的统一电表改造计划,以北京电力公司为例,据了解至明年年中,将改造90万部电表。电力公司规范中明确的通信方式为有线通信、电力线载波、230M电力专用频段无线短距通信、公众移动通信网络
14、等2、涉及改造的电表数量巨大,对电表的采购成本比较敏感,同时国网公司要求的工程周期较短,电力公司的任务压力较大,故在有线及电力线载波不具备的条件下,需要有施工要求低、部署灵活的解决方案3、国网公司智能电表项目要求具备分时计价的能力,要求电表能够与电力公司后台营销系统具备实施互动的能力4、涉及电力公司主要收入来源,对通信安全要求很高 基本功能介绍1、对集中管理和采集智能电表数据的集中器,提供GPRS/TD+WMMP通信模组的解决方案。体现移动通信方便部署、使用及管理成本低的特点,同时利用WMMP提高通道的通信保障能力。2、集中器到末端电表,采用无线WSN通信技术,利用其自组网、链路自愈保护、成本
15、低、功耗小、具备芯片级解决方案便于集成的特点,为客户提供低成本的小区域范围的通信解决方案,结合集中器的GPRS/TD通信能力为客户提供现场采集和广域通信的解决方案 竞争分析运营商之间的竞争:对于集中器一侧,目前看移动通信技术和固定通信技术在市场上有相对固定的应用场景及份额。移动通信技术的部署灵活性和低成本的特点,占据了较大的份额。在移动通信领域内,中国移动通过制定WMMP通信协议,规范通信模组的底层通信协议,一定程度上提高了模组的标准化程度,提高网络通道的管理保障能力;同时,中国移动通过集采模组,降低了无线抄表设备集成商的硬件成本,而其他两家电信运营商缺少核心的技术控制力和商务后端,竞争力相对
16、我公司较差。对于集中器与末端表计这一侧,各种本地通信技术间的对比:1、有线RS485总线有线RS485总线作为一种专用有线通信信道,通信可靠。但其通信速率有限(总共享带宽9.6kbps),实施成本较高。2、无线点对点传输(230M电力专用频段)无线手持PDA走抄和无线抄表车,主要已人工半自动的采集方式为主,没有从根本上解决实时和效率的问题,很难成为主要的解决方案。3、电力线载波(PLC)电力线载波通信因其施工方便快捷,成本低廉且不需要太多维护,比较适合我国城乡电网改造的实际情况。但电力线载波也存在很多的问题:高衰减(有高达130Db的记录)、低阻抗、谐波干扰、几乎不可预测的拓扑结构、相邻区台间
17、的载波信号串扰等问题,目前尚不具备大规模推广的条件。4、无线自组网(WSN)无线自组网技术是一种近距离、低功耗、低成本、传输速高、高可靠性的双向无线通信技术,作为解决“最后一公里”网络接入瓶颈问题的最佳解决方案。但WSN技术作为短距离通信技术,必须与广域网通信技术(集中器)结合,才可以应用到智能抄表的项目中,所以,WSN厂家对移动运营商具有相对较强的依赖性,需要遵守移动运营商的通信标准。综合以上分析,我公司的智能抄表中具有相对较好的竞争优势。 应用场景1、末端表计到集中器的采集过程:基于无线局域网/个域网技术,实现某个区域内分布式末端表计至集中器快速无线数据交互2、集中器到电力公司后台的数据采
18、集过程:基于广域通信网络,为电力公司安全便捷的数据远程采集 技术方案现有的电力集抄方案基本分为以下两种:1、GPRS集中器解决方案 系统采用模块化、分层分布式开放的系统结构,本着分散控制、集中监视的原则,系统的核心组成包括:(多功能电表内置的)数据采集器、M2M无线抄表终端、GPRS网络、M2M终端管理平台(以下简称M2M平台)、无线抄表数据中心。系统组网结构图 M2M无线抄表集中器:集中采集本地电表的用电信息,并通过中国移动WMMP通信模组与电力公司抄表中心交互。 移动通信网络:中国移动提供广域通信网络,包括GPRS/TD等。 M2M平台:中国移动M2M平台,通过WMMP-T协议和M2M终端
19、进行交互,具备终端查询、终端配置、远程控制、软件升级等功能,同时可为电力公司提供业务监控、故障处理等支撑服务。 无线抄表数据中心:电力公司后台应用系统,实现用电信息采集和分时计价处理。2、无线自组网(WSN)表计部分WSN表计与集中器之间数据的采集采用星型结构。无线表系总体结构如下图所示。方案采用低成本的WSN无线组网技术,结合GPRS/TD网络组建了一个无线传输信道,缩短了单段的传输距离,削弱了信道衰减与干扰的影响,提高了信道传输的稳定性。 资费模式1、GPRS通信流量费:标准资费2、M2M智能通道模组功能使用费:按月收取,20元/月,用户需承诺2年在网 商务合作模式合作各方:移动公司、无线
20、自组网设备提供商、智能电表集成商、电网公司合作建议: 中国移动向智能抄表设备提供商提供内置WMMP协议的通信模组,用于其集中器设备集成,实现集中器与电力后台系统通信; 中国移动向设备提供商推荐无线自组网商,购买其无线自组网模块,用于表计的设备集成,同时无线自组网厂家需符合中国移动WMMP协议接口,用于表计和集中器之间的通信连接 电网公司与中国移动购买预置SIM卡,我公司提供简单通道服务 电网公司向智能电表集成商购买内置WMMP协议通信模组和无线自组网的集中器及表计资金流向: 对客户价值1、安装方便:集中器即插即用,WSN模块或无线自组网通信模块自动完成组网,设备自动组织和管理路由,后期管理成本
21、低廉;WSN技术可提供128位密级的加密技术,信息安全性较好,集中器部分主要沿用目前电力公司已有的应用层加密技术。2、远程抄表成功率高:表计到集中器一侧,由于能保证网络路径的自动检测,自动修复,数据传输基本保证一次成功,成功率在99%以上。 3、维护方便:某个采集器出现问题时,无线模块会自动上报异常,能直观了解问题点,方便维护。 4、组网范围大,网络稳定,成本低:满足较远距离数据传输,抗干扰能力强,无需路由器,节约成本,适合大规模推广。5、现场组网方式灵活,可以根据不同小区的电表分布状况灵活快速组网。总结:基于自组网技术(WSN)的智能抄表方案可以有效的解决电网公司在远程智能抄表中环境复杂、通
22、信媒介不稳定,电表数目庞大,推广成本高的难题,推进了智能坚强电网建设中用电侧的智能化建设。 实施方案1、智能电表设备集成商向中国移动购买WMMP通信模组,向无线自组网设备提供商购买WSN模块,完成集中器及末端表计的集成2、电力公司向中国移动购买集中器所用的SIM卡,开通基础通道服务3、智能电表设备集成商完成集中器及末端表计的现场工程集成安装,并负责完成末端表计集中器(WSN),集中器电力公司营销MIS后台系统的网络联调4、电力公司在网络调试成功后,进行业务调试 方案成功案例案例:基于WSN Zigbee技术实现远程无线抄表已完成产品研发,准备在北京电力公司生产环境进行测试工作。典型终端设备:G
23、PRS/TD无线抄表集中器普通末端计量表计二、智能电网解决方案2电力终端监控管理 目标客户及客户需求目标客户:电力公司营销部门、调通等有大量移动自动化设备客户需求:随着电力行业智能电网应用的深入推广,大量具有移动通信能力的电力自动化设备计划或已经部署在生产系统,相应的,客户在系统集成、终端部署、终端管理、终端维护等方面提出了新的要求:1、通信及通信管理标准化:电力公司要求物联网电力终端具有标准化的通信协议和管理接口,实现后台应用系统与终端设备的标准化通信模式和统一管理能力,实现通信设备的标准化及互通互换性,降低系统侧通信管理成本2、终端部署的简单化:提升物联网终端的智能化水平,降低终端部署的技
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