关于物联网助力电力公司提高运营效率的分析和介绍

物联网模式可为数据采集、分散数据分析、决策和实施带来新的机会。

电力公司面临的挑战

如今的电力公司面临着前所未有的挑战，从分布式能源（DER）的整合到基础设施老化造成的维护成本的日益上升。随着越来越多的分布式能源（如太阳能、微电网和电池系统）并网发电，其发电的间歇性和波动性造成电网的复杂程度日益提高，因此电力公司不得不在基础设施维护和建设方面投入更多资金。传统动态电力依靠旋转发电机发电。而如今，随着对间歇性电力生产（利用可再生能源）的依赖性的提高，电力公司面临着越来越高的供电中断风险。

通过利用物联网（IoT）的巨大潜力，英特尔正在积极应对这些挑战。英特尔开发了强大的电力系统解决方案，可通过可扩展的硬件和软件基础设施改进端到端连接性、互操作性、可靠性和自动化水平，其中包括 WindRiver* 软件堆栈、全面的安全性以及预先集成和验证的解决方案。这些强大功能、加上推进开放标准以及加强与原始设备制造商（OEM）、原始设计制造商（ODM）、独立软件厂商（ISV）、系统集成商（SI）、电力公司和能源服务提供商合作的理念，使得英特尔在与电力行业合作推进电力系统的数字化转型方面拥有独一无二的优势。

电力公司计划

只要为电力系统部署了必要的物联网基础设施，即可轻松地将其用于各种业务计划，包括主动电网管理、能源分配、现场工作人员支持以及新企业活动，如图 1 所示。基于物联网的基础设施还可以帮助电力公司通过其他产品和服务（如智能家庭计划）开辟新的收入来源。

帮助电力公司提高运营效率和拓展商机

在今年的欧洲能源周上，英特尔及其解决方案合作伙伴将展示物联网解决方案如何从宣传推广发展为实际应用。我们将提供一些如何在以下领域实现物联网价值的实例：

• 部署主动电网管理

• 监控电网性能

• 远程管理边缘设备

• 提高员工的安全性和工作效率

• 探索新的业务范围

• 将电网资产连接在一起

• 提高情境感知能力

• 计量变电站

以下章节将介绍关于英特尔展台演示内容的更多信息。

部署主动电网管理

能源行业正在经历发电和用电方面的巨大转变。随着配电网中大量的住宅和商用太阳能、电动汽车、电力储存和自动化家庭能源管理系统的增加，供电的波动性以及供应过剩或供不应求的风险不断上升。电力公司需要更高的可见性和控制能力，但许多公司无法访问关于这些资产的数据，或无法控制对这些数据的访问。

面向物联网基础设施的英特尔软硬件产品为开发安全的主动电网管理解决方案提供了必要的构建模块，可帮助电力公司有效应对这些挑战。借助这些产品，电力公司可以从基于互联网的传感器和设备（“物”）所收集的大量数据中提取切实可用的信息。这一能力可让他们获取有关第三方发电量的关键信息，从而更好地管理和优化其业务。

我们将演示英特尔丰富的开放式可扩展解决方案如何帮助电力公司更轻松地连接、保护和管理电网中的新传感器和设备。通过将英特尔物联网平台参考架构作为基础，电力公司可以改进电网管理并降低运营成本。

监控电网性能

对于电力公司而言，密切监控电网性能并在必要时快速采取补救措施是至关重要的。电网监控能力可帮助电力公司：

•优化线路电压以最大限度地减少能源损失和线路损坏，同时确保所需的服务水平。

•找到电力短缺、激增和断电的源头，帮助电力公司采取预防措施来保护设备并减少损失。

•优化供电网络中的电力传输，以促进负载平衡、加快服务恢复周期，提高覆盖决策安全性。

•通过将供电边界的时间同步能源测量值与汇总的下游仪表读数进行比较，确定技术和非技术损失的来源。

•通过隔离保护区内的故障位置缩短停电调查时间，尽快恢复供电。

这些操作需要使用数据（可由智能边缘设备提供，如这一演示所示）来监控电压并生成电力质量数据。这一设备使用高性能电网收集计量数据，进行数字化处理和报告。

远程管理边缘设备

随着连接到电网、具有计算能力的资产数量不断增长，电力公司可以通过远程管理这些资产提高运营效率。其优势包括延长正常运行时间、减少现场访问次数、加快响应速度和提高员工安全性。典型的远程管理功能包括电源控制（开关设备）、远程桌面、操作系统（OS）恢复、远程磁盘擦除、计划唤醒和应用“看门狗”。

这可以通过基于英特尔 博锐 技术的英特尔 处理器实现。这款处理器是一种基于硬件并带外远程管理功能的解决方案，即使操作系统或其他软件组件不存在或不可用时也可以正常运行。2,3 基于英特尔 博锐 技术的平台只需电源和以太网连接便可运行。

演示内容：（1）远程启动断电的边缘服务器，（2）在操作系统崩溃后运行连接到边缘服务器的远程桌面（3）加载恢复操作系统。通过远程解决软件问题，部署在远程位置的基于英特尔博锐 技术的平台可轻松收回其成本，将原本需要数小时完成的现场维修工作简化为半个小时的远程会话。

通过员工互联提高安全性和效率

互联的可穿戴技术使得电力公司能够通过捕捉和集成实时的员工和环境数据来优化运营效率和工作流程。可穿戴技术可为员工适时提供相关且切实可行的数据，以避免安全隐患并提高效率，从而最大程度上减少没有价值的人员工作。

演示将通过由 Recon 和 Daqri 提供的一些具体示例，列举一些可穿戴技术、最新移动设备技术、避撞无人机技术和增强现实技术，这些技术都可以推动工作场所转型。

此次演示的一个重要展品是 DAQRI智能头盔*（见图 5），它通过将用户无缝连接到工作环境以及即时提供相关的情景信息来提高工业环境中的人员工作能力。这种可穿戴的人机界面（HMI） 正在为工业专业级可穿戴设备设立新标准，在企业领域实现增强现实和4D 的真正潜力。

探索新的业务范围

IDC 指出，智能建筑技术支出预计将实现 22% 的复合年增长率（CAGR），从 2014 年的63 亿美元增长到 2019 年的 174 亿美元。4 在物联网技术的帮助下，电力公司可以更轻松地参与到智能家居市场中。

其中一个例子是 Alarm.com 推出的将家中所有关键业务系统（图 6）整合至一项服务的产品。我们将演示他们的交互式平台如何集成能源管理以及安全性、自动化、视频监控和老年人活动跟踪等诸多功能。所有这些系统都集成在一起，可实现无缝的客户体验。

将电网资产连接在一起

能源管理系统（EMS）市场预计将为 OEM、ODM 和 SI 提供令人兴奋的新商机。在MarketsandMarkets 发布的一项研究中，EMS 市场预计将从 2016 年的 324 亿美元迅速增长到 2020年的 768 亿美元，相当于近19% 的复合年增长率？5为实现这一快速增长，解决方案提供商需要积极应对如今的挑战，其中包括：

•连接复杂：缺少相关标准，因此很难将能源设备连接到基于IP 的通用网络。

•投资规模大：连接、存储和服务器需要大量的资本支出

（CapEx）。

•运营成本高：专为满足不同要求而开发的项目特定解决方案通常需要单独的支持结构，这会使成本上升。

•重复工作：独立的能源系统通常效率低下，因为它们会执行相同的任务，而非将任务集中处理。

•缺乏 IT 经验：智能能源基于IT，这是能源行业一项相对较新的技能。

英特尔与提供强大的增强型物联网网关的众多厂商进行了合作， 这些网关将在此次演示中进行展示。这些网关旨在帮助 OEM和SI 加快能源行业的解决方案交付速度，特别是在配电管理系统方面。例如：

提高情境感知能力

电力公司正在调整其基础设施，以支持双向能源流动，以便通过微电网、光伏发电板和本地能源存储处理分布式能源。随着分布式能源发电量的增加，他们将需要使用传感器和测量设备的新智能特性处理边缘数据。这一工作可通过相量测量装置（PMU）完成，这种装置可用于评估输电线条件，使电力公司能够以接近极限的负荷能力输电。

为此，瑞士联邦理工学院（EPFL）和英特尔合作开发了一款先进的高精度相量测量装置，这一装置在包括以下组件的平台上运行：

•实施核心算法的 Cyclone* V SoCFPGA

• 提供必要的 UTC 时间同步的 GPS 接收器

• 一个 8 通道的 24 位增量总和ADC，用于采集波形样本

这一平台（见图 7）可将 PMU 采样过程同步到PMU GPS 接收器提供的 UTC 时间基准，不受采样率（Fs）的限制。采样过程会生成具有下列特点的原始样本：

• 在时间上与每秒 GPS 脉冲数（PPS）一致

• 用所需的采样时间隔开 Ts=1/Fs（Fs = 采样率）

计量变电站

波动的分布式能源的增加提高了变电站在提供正弦和可预测的稳态电压和电流方面的难度。电力公司依靠变电站测量的二次电压（VT）值和电流互感器（CT）电路检测性能问题。

为满足这一需求，SystemCORP 和英特尔开发了符合 IEC61850 标准的合并单元解决方案。在此次演示中，SystemCORP*VT/CT 接口板（见图 8）将为英特尔物联网平台提供隔离、安全的VT 和 CT 接口通道。它允许平台直接连接到变电站中的二次VT 和 CT 电路或模拟 VT 和 CT 电路的任何保护继电器测试设备。在变电站中测量交流电时，二次VT 和 CT 的电压测量值通常为 110 伏，电流测量值通常为 5 安培。

这一平台基于面向 FPGA 的英特尔 技术，会对 3 相VT 和 CT 进行采样并在硬件中生成 IEC 61850 采样值（SV），这一数值会被传送到变电站自动化智能电子设备（IED）进行进一步处理。

AAEON* 网关（AIOT-QA、AIOT-QG和 AIOT-QM）

AAEON 的三个物联网特定网关在英特尔Quark SoCX1000 上运行，用于支持室内和室外的物联网环境。除了低功耗芯片之外，这些设备还配备了 WindRiver* 智能平台、Linux* 支持、McAfee 嵌入式控制安全技术以及蓝牙/Wi-Fi/3G 连接，以确

保使用最灵活、最安全的选项部署物联网。

UTX-3115 基于英特尔 物联网网关和双核英特尔凌动 处理器 E3800 产品家族。经过验证的集成式组件可提供最大限度的灵活性，支持快速应用开发和现场部署。UTX-3115 物联网网关包括 WindRiver* 智能设备平台（IDP），即一种完整的软件开发环境，该环境用于构建与云通信的物联网应用和设备。

戴尔* 边缘网关 5000 系列将各种传感器和设备的数据整合和转发到数据中心或云端，并提供有效保护。它基于英特尔 凌动TM处理器 E3825，具有执行本地分析的能力，因此只会将有意义的信息发送到下一层，可以最大程度上减少对昂贵的网络带宽的消耗，并降低解决方案的整体延迟。它采用一种无风扇、固态的工业级外形设计。

这款边缘传感器平台支持以一种高效安全的方式快速轻松地连接、管理和维护边缘设备。内置的硬件和固件模块可充分利用英特尔Quark 微控制器 D2000 的强大功能和灵活性，并为开放标准通信协议提供原生支持。内部传感器集线器支持各种传感器类别和连接类型，并且是完全可扩展的。

网关通过数据缓冲将边缘连接到云，以确保数据传输的可靠性和对多个通信协议的支持。它们从建筑系统和传感器网络中收集数据，支持 Wi-Fi、PROFIBUS*、PROFINET*、DeviceNet*、EtherNet/IP*、EtherCAT*、Modbus*、ZigBee*、Z-Wave*和现场总线。包括英特尔Quark SoCX1021、WindRiver* 智能设备平台和 McAfee 嵌入式控制。