电力物联网系统设计

简介

        在新能源行业从业多年，参与和负责过大大小小的的项目，发电侧、电网侧、用户侧系统都有过实际的项目经验，这些项目或多或少都有物联网采集方面的需求，本篇文章将会对电力行业物联网经验做一个总结分享。

一、物联网概述

        在了解电力物联网之前我们先了解一下物联网的概念，从名称上可以直观的理解物联网是指物体连接到网络中形成的一种网络，我们生活中或多或少都能知道物与物之间是通过传感器连接起来的。近十年里网络技术高速发展，物联网技术也随着网络技术的革新应用越来越多，近些年万物互联的蓝图越来越清晰可见。下图是网络技术发展时间线：

图1 网络技术发展时间线

        依稀记得那时候使用2G-3G网络的情景，那时候手机网页还是非常简单的结构，完全没想过看视频，只是用来刷新闻，很大一帮人用来关注NBA赛事新闻，现在想想感觉那时候好落后，后来有了4G，不知不觉手机内容越来越丰富了，手机不知不觉中切换到了智能手机，手机可以视频通话，看高清电影了，2019年5G的推出更是给加速了物联网时代万物互联景象的到来。

        我们身边家电（电视，空调，电冰箱等）也都连接网络了，我们使用的天猫精灵、百度精灵和小米精灵这些更是起到了控制终端。

        物联网通常被认为有3个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层，如下图所示：

图2 物联网体系架构图

二、电力物联网的架构及关键技术

        前一节介绍了物联网的概念和发展的必然性和生活中随处可见的应用场景，了解了物联网，电力物联网就好理解了，电力物联网就是充分应用移动互联网、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各个环节的人机交互与万物互联，是一种具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活等特点的智慧服务系统。电力物联网的体系架构集成了典型物联网体系架构的4层模型，分为感知层、网络层、平台层和应用层。以平台层为界限，往上至应用层的方向被称为北向，往下至感知层的方向为南向，而平台层被称为中台。如下图所示电力物联网体系架构图：

图3  电力物联网体系架构图

        由图示可以清晰的看到电力物联网感知层、网络层、平台层和应用层各个层级的组成元素，各个层级内容都是非常丰富的。信息技术行业从业者一般参与项目的经验集中在平台层和应用层，我这边也是在平台层和应用层有过大大小小不少的实践案例，在下一节我将介绍一下物联模块的一些设计思路。

三、电力物联网的实践经验

        经常听说技术卡脖子，拿到电力物联网体系架构图之后我们如果想要设计一套电力物联网系统卡脖子的技术将会有哪些呢？首先感知层将会是第一道卡脖子的地方，我们要做这一块的业务，我们需要具备研发智能设备的能力，网络层、应用层都没什么说的，研发物联网系统另一个卡脖子的地方就是平台层了，而这部分尤其是物联网管理中心的研发，但是信息技术行业有个好处就是有一大群热衷于开源的人，电力物联网行业现在开展如火如荼，我们肯定会有先行者已经贡献出了解决方案了，如下图正是我找到的一块热门的开源解决方案，JetLinks开源物联网基础平台：

图4 JetLinks开源物联网基础平台

        感兴趣的同学可以去官网学习和实际应用一下，我做物联网方面的设计也是参考这套系统设计的，最终没有选着直接使用是因为本身的业务没有达到该平台那么复杂，一款丰富的开源方案消化起来也是会耗费大量精力，权衡之后所以选择了自研。

        物联网系统首先我们要满足设备注册到系统，其次还需要把信息采集到系统，如图所示我们就需要设备介入网关、设备注册中心、消息网关，有了这些基础功能我们就可以设计业务功能了。电力行业一般顶层网络拓扑结构都是电站，电站下面是关联的设备，而设备通过约定的协议（(TCP,MQTT,UDP,CoAP,HTTP,MODBUS等)给系统上送数据，这里的话就会有一个测点的概念，有了这几个模块我们就要考虑采集系统的稳定性了，这时候就会提出一个告警管理模块，如下图所示：

图5 物联管理中心示意图

        上面展示了物流管理中心示意图，内容稍微有些抽象，但是各大公司都是基于这样的模块划分来设计系统的，这几个模块也就是物联网平台核心构成模块。

总结

        本篇文章意在讲解电力物联网方面的基本概念，从物联网基础认知到电力物联网基础架构和关键技术，最后结合实际经验总结讲述了物联模块的设计思路，物联模块是物联网系统核心组成部分，也是物联网系统不可或缺的关键部分，掌握了这一模块的设计对我们后续参与丰富物联网平台层、应用层功能将起到极大的帮助。