基于物联网技术的智能园区用能系统设计

2015-03-16杨华

电脑知识与技术 2015年4期

杨华

摘要：该文对智能园区的建设内容展开了深入的研究，完成了基于物联网技术的智能园区建设的典型设计，给出了切实可行的建设和实施方法；通过对智能园区用能网络系统的研制，将项目的各项研究成果有机的结合起来，设计开发了一个架构科学、技术先进、功能丰富的信息化系统，在系统功能的设计和实现上，既求真务实，强调业务功能的易用性、实用性，又大胆创新，对于智能用能服务的众多新概念新模式给予验证。

关键词：物联网技术；智能园区；智能用能网络系统

中国分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）04-0150-05

Abstract： In this paper， the construction content of Intelligent Park launched an in-depth study， completed the typical design of intelligent park construction based on the technology of Internet of things， completed the construction of typical design intelligent park construction， gives feasible and implementation methods； through the development of intelligent park can network system， the project of the research results of organic to combine， design and development of a scientific structure， technology advanced， feature rich information system， design and Realization of the system function， is pragmatic， emphasize the business function of ease of use， practicality， and bold innovation， validated for many new concept model of intelligent electricity service.

Key words： The technology of the Internet of things； Can use intelligent park； intelligent network system

1 建设背景

智能园区用能智能化建设是一项综合性系统工程，利用深入到用户内部的分类用能信息采集和控制手段，细致掌握企业负荷特性，借助园区需求响应及负荷平衡模型，引导园区内企业更为科学、经济、安全和高效地利用电能，使电网负荷能够以园区为单位实现“削峰填谷”，从而提升区域负荷平衡能力，提高智能电网设备利用率和能效水平。

物联网技术作为智能电网实现的主要技术手段，可以为实现智能电网高效安全运行提供有力的通信技术支撑。因此，物联网技术在智能电网的建设发展过程中具有着重要的作用和意义。智能电网建设时如嵌入物联网技术，智能电网将具有合理灵活的网架结构、完善的自愈功能以及规范的电网运行风险管控等优点。物联网主要硬件设备包括智能交互终端、智能交互机顶盒、智能插座等。该系统与外部的通信主要通过电力线通信（PLC）、电力复合光纤到户（PFTTH）、无线宽带通信等通信方式相结合的宽带通信平台来实现。在智能园区试点建设中通过部署智能用能服务采集装置、智能交互终端等硬件设备，部署用能服务子站与智能园区主站服务平台协同，构建智能园区用能网络的核心支撑平台。通过智能用能网络系统建设，采集园区企业用能信息，监测企业用电设备状态，针对各企业情况进行个性化开发，从营销、生产等业务系统获取相关数据，对数据进行汇总整理和挖掘，进而对企业设备特性与用能状况进行分析与评估，提出企业优化用能策略与园区负荷平衡措施，为在园区开展需求响应、能效服务以及合同能源管理、非电能源代控等增值服务提供技术和数据支持。

按照“重点选择具有需求响应潜力的用户，实现电网企业和用电企业的共赢”的原则，我们在扬州经济技术开发区精心选择二十家园区企业与一家小区参与建设，这些企业涵盖了电子信息、新能源、机械制造等诸多行业，在工业领域有较强的代表性，试点建设成功取得了一定的示范效应。

2 智能园区建设内容研究

2.1智能园区用电通信网络建设

智能园区用电通信网络建设主要完成供电公司到园区内部主要企业、供电公司到园区管理机构之间的数据通信网络。在江苏扬州经济技术开发区内，我们选择了三家企业采用专有电力光纤网络方式接入，实现用户内部用电负荷精准控制的智能化高级服务；选择了十一家企业采用专有电力光纤网络实现用户内部用电数据实时监测的智能化中级服务；另外选择了六家企业采用互联网方式接入，实现智能用电相关信息互动的智能化初级服务。

从数据通信网络的角度看，园区管理机构与园区内企业都属于用户侧网络的范围，可以通过交互网络接入到供电公司侧网络，在供电公司、园区用户及园区管理机构之间建立基于TCP/IP协议的数据通道。

2.2 园区企业内部用能信息采集系统建设

在江苏扬州智能园区企业内部智能用能信息采集系统建设中，采集范围由供电一次侧延伸至用户二次侧。三家智能化高级企业采集范围除延伸至二次侧外，还将有针对性的选择一个厂区或车间，将采集范围继续纵深至企业用电设备，实现设备级的采集，具备对部分可控负荷进行远程监控的技术手段。

针对企业内部电力自动化管理水平的不同现状，将园区企业用户分为以下两类：

1）已建有完备的用能信息采集系统、自动化系统

在江苏扬州经济技术开发区内部分企业用户内部已经建设有较为完备的用能信息采集系统、自动化系统，且现有系统支持标准IEC 60870-5-101/104协议，将采用与其现有系统对接的方式完成用能信息采集或控制指令下发。

此类企业主要涉及：晶奥（扬州）太阳能材料科技有限公司。本身也已建设自动化系统，将通过与其自动化系统集成，实现数据采集。

2）尚未开展内部用能信息采集系统建设

园区内有多家企业用户尚未开展内部用能信息采集，将根据其实际情况制定解决方案，通过部署用能信息采集设备完成企业内部用能信息采集。

此类企业主要涉及大洋船业、宝宏（扬州）制鞋有限公司、永丰余（扬州）有限公司、扬州亚东水泥有限公司、扬州峻茂光电有限公司、扬州通利冷藏集装箱有限公司、海信容声（扬州）冰箱有限公司、扬州保来得科技实业有限公司、扬州大学扬子津校区、创利皮革（扬州）有限公司、易倍得（扬州）电子电力有限公司、扬州润扬物流装备有限公司、扬州江林木业有限公司、扬州中集通华专用车有限公司。

3）智能用能网络系统建设

通过部署用能服务采集装置、智能交互终端等硬件设备，部署用能服务子站与智能园区主站服务平台协同，构建智能园区用能服务的核心支撑平台。通过智能用能网络系统建设，采集园区企业用能信息，监测企业用电设备状态，针对各企业情况进行个性化开发，从营销、生产等业务系统获取相关数据，对数据进行汇总整理和挖掘，进而对企业设备特性与用能状况进行分析与评估，提出企业优化用能策略与园区负荷平衡措施，为在园区开展需求响应、能效服务以及合同能源管理、非电能源代控等增值服务提供技术和数据支持。

4）智能园区主站系统建设

主站系统建设在供电公司侧，供电公司、园区管委会和企业用户三方通过通信信道访问主站系统，实现不同的功能。主站每户主要由硬件和相关软件平台构成，硬件主要包括数据库服务器、监控主站、通信管理服务器、安全管理服务器、应用服务器等设备；软件主要由智能用电信息互动平台、智能园区用能信息采集与控制平台、智能用电信息共享平台等构成，以实现电网段化运行管理、能效管理、信息互动共享、分布式电源及微网管理、增值服务等功能。

5）智能园区接口建设

在供电公司、园区管理机构和园区企业三方之间建立统一的数据接口规范与协议，部署在智能用电信息共享平台中的服务总线上，实现智能用能服务系统与用电信息采集系统、客户用能服务系统、电力营销业务应用系统、需求侧监测中心主站系统、95598客户服务系统、配网、调度等相关系统之间的无缝连接，同时可根据权限和身份进行授权访问，确保数据传输的快捷、可靠、安全。

3 智能用能网络系统研制

项目组设计开发了智能园区用能网络系统，用于支撑智能园区各项业务功能的开展。

系统实现了一个灵活、可靠的应用框架，并在此框架基础上实现了智能园区的各项基本业务功能。应用框架支持完善的系统功能动态更新和扩展机制，便于发布已有功能的更新版本或新的功能。

系统支持集群部署和分布式部署，有很好的伸缩性，能够适应未来智能园区建设推广后的应用规模。在网络通道的选择上，系统支持大用户通过电力光纤专网直接接入电力公司信息网络，也支持大用户借助公网通道（Internet/VPN/APN等）接入电力公司外网区，再通过强隔离装置与电力公司信息网络进行数据交互。

在系统设计上采用面向服务的体系架构，技术实现上充分考虑了系统的平台化、工具化，便于在智能园区建设中按照实际需求进行功能改造和扩展。系统包括了三个相对独立的功能平台：智能园区用电信息采集与控制平台、智能用电信息互动平台和智能用电信息共享平台。

3.1 整体架构

智能园区依托信息网络，通过智能园区用能服务系统打通供电公司、园区管理机构及园区内部企业之间的信息流与业务流。

智能园区整体架构见下图。

智能园区用能网络系统通过交互网络将用户侧网络接入供电公司侧网络，在供电公司和园区/企业之间建立基于TCP/IP协议的数据通道，确保信息互动的可行性。考虑到园区企业的实际情况，交互网络可以是专有的电力光纤网络（从变电站延伸到用户端），也可以借助公网（VPN/APN）及互联网。在使用互联网接入时，用户实际接入到供电公司侧网络的外网区，在强隔离装置的保护下进行数据交互。

智能园区用能网络系统可分为智能园区用能信息采集与控制平台、智能用电信息互动平台及智能用电信息共享平台三个部分。其中智能园区用能信息采集与控制平台主要负责完成用户内部各类实时与非实时用电相关信息的采集、控制和管理；智能用电信息互动平台主要负责园区智能用电系统多方用户之间的信息互动，提供各方开展信息交互的基础手段；智能用电信息共享平台主要用于支持系统的应用功能集成，为其他业务应用提供数据服务。

智能园区用能网络系统通过企业数据总线及服务总线，与电力业务支撑系统集成，实现部分平台业务功能。通过与95598系统的集成为客户提供语音与视频通信功能，还可实现咨询、投诉等各类服务功能；通过与营销系统的集成为客户提供个性化多样化的电费查询及分析服务，还可实现业务办理的预约申请等功能；通过与调度系统的数据共享，帮助用户掌握内外部电网的运行状况；通过与生产系统的数据共享，帮助用户了解电网检修计划等相关信息。

3.2 网络架构

智能园区依托信息交互网络，实现各类用电信息采集设备、控制设备及交互设备之间的通信，满足供电公司、园区管理机构、企业及其他管理机构之间的互动业务需求。

网络架构如图3。

用户可以通过电力光纤专网、公网（VPN/APN）及互联网三种形式接入供电公司侧网络，供电公司侧网络内网区与外网区分别部署通信管理服务器、安全管理服务器、应用服务器等，并需部署强隔离装置实现内外网间的数据交互。

园区企业根据自身网络条件及业务需求，可部署智能交互终端、超级集中器、区域集中器、用电信息采集设备、用电信息控制设备。超级集中器及用电信息控制设备需要在电力光纤专网环境下部署运行。其他设备可根据园区企业条件，选择采用电力光纤专网、公网（VPN/APN）或互联网交互方式实现智能用电信息的采集、互动及共享。

3.3部署架构

智能园区建设，从部署架构上分成供电公司侧、远程通信网络、用户侧三个层面。其中在江苏省电力公司部署数据库服务器、实时监测主站、通信管理服务器、安全管理服务器、应用服务器；用户侧分为智能园区管理机构及企业用户内部建设，其中园区管理机构部署数据分中心，企业用户内部部署智能交互终端、超级集中器、数据采集与传输模块。

3.4功能架构

智能园区功能架构依托智能用电信息互动平台、智能园区用能信息采集与控制平台及智能用电信息共享平台，满足供电公司、园区管理机构与企业之间的功能需求。

功能架构如图5。

智能园区功能架构依托智能园区用电信息采集与控制平台、智能信息互动平台及智能信息共享平台，满足电力公司、园区管理机构与企业之间的各项业务功能需求及非业务功能需求。

1）业务功能

系统业务功能主要体现在用电业务双向互动、支撑用户开展需求响应及能耗及能效统计与分析三个方面。

2）非业务功能

系统为保障自身运行的安全性、稳定性、可管理性，提供了一系列非业务功能，主要包括日志管理功能、智能交互终端管理功能。

4 小结

项目组在研制智能用能网络系统的过程中，严格遵守国家电网公司在信息化建设领域的各项标准与规范，确保系统在设计和实现上符合国家电网公司的信息化应用架构。

系统的设计和开发采用了面向服务的体系架构，在实现上充分体现了平台化、工具化的特点，使其能够适应各网省智能园区建设工程的不同需要。在业务功能的实现上，系统对电力业务支撑系统中的已有相关功能进行了集成，并针对智能园区各方功能需求，开发了支撑需求响应、能耗统计与能效分析等众多新功能。

项目研究工作取得的各项成果能够有力的支撑后续智能园区的建设和运行，进一步提高了我们在智能用电领域的研究和应用水平，为进一步保持我国在智能工业园（Smart Industrial Park）相关研究和应用领域的优势奠定了坚实基础。