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车云灵活数采方案:释放数据价值,加速智能创新 →

概述

太极计算机股份有限公司(以下简称“太极股份”)是国内电子政务、智慧城市和关键行业信息化的领先企业。公司以“做中国最优秀的数字化服务提供商”为愿景,致力于成为“智能应用的引领者、数据运营的国家队、自主可控的主力军、员工价值的成就者”,面向政府、公共安全、国防、企业等行业提供信息系统建设和云计算、大数据等相关服务,涵盖信息基础设施、业务应用、数据运营、网络信息安全等综合信息技术服务。

进入数字化时代,太极股份坚持以“数据驱动、云领未来、网安天下”为核心战略指引,聚焦政务、公共安全、国防和企业等领域,重点发展行业智能应用、云服务、数字化信息基础设施以及自主可控,着力打造数据服务、业务流程和自主可控等核心技术能力,推进公司业务数字化转型,推动“数字中国”建设,通过拥抱智能科技,创新融合,让我们的世界更智慧。

挑战

在电力系统各环节泛在电力物联网建设中,变电站设备作为一类电网核心设备,解决设备状态数据的实时感知和典型设备故障场景的预测性分析,进而实现变电站设备的远程健康管理,是目前迫切需要解决的问题。

项目希望通过先进的通信网络、信息处理、人工智能分析等技术,研制物联网平台、变电边缘计算框架及局部放电诊断,集输变电设备物联网以及数据的接入、处理、分析等能力为一体,实现各类变电设备传感器的数据接入、流式计算处理,支撑局部放电及其他智能诊断应用的建立。同时基于设备裂化状态,需要及时开展预防性检修工作,以提高变电站设备运行效能,降低设备运维和使用成本,实现设备健康管理水平质的飞跃,提高电网的智能化、安全运维水平。

解决方案

物联网平台形成由自下而上的信息流和自上而下的决策流(管理指令、优化控制指令等)构成的端边云协同的应用闭环。

在现场层,通过 LAN、RS232、RS485 串口连接等有线或 wifi、蓝牙、Lora、NBIOT、3/4/5G 等无线网络,智能设备、仪器仪表、设备系统等现场设备向上与边缘节点对接。其中,依据网络条件,联网设备可选择交换机、路由器、网关等。

在接入层,完成网络通信以及数据报文的汇聚服务。对于穿越不同安全等级的网络时,需要中继网关等实现跨越网闸的正向、反向或双向的数据摆渡服务。

边缘节点层由协议驱动服务、感知/控制服务、数据处理服务、数据服务和计算服务、存储服务、应用服务以及边缘管理接口服务等组成:

  • 协议驱动服务通过 EMQ 边缘工业协议网关软件 Neuron 完成与现场设备之间的数据通信。Neuron 实现了 一站式接入 Modbus、OPC、S7 及 IEC104 等工业协议,并转换成 MQTT 协议接入物联网云平台,适用于在各类网关中部署,灵活的模块化设计,支持第三方厂家进行驱动开发适配;
  • 在感知/控制服务模块中,基于 Neuron 支持数据双向收发的特性,感知/控制服务模块通过调用 Neuron 的API,调度内置的通信协议,完成设备数据的获取或指令的下发,具体服务包括协议调度、报文接收/发送及指令生成(下发的指令);
  • 在数据处理服务中,借助 EMQ 轻量级流式处理引擎 eKuiper 的规则引擎完成边缘端数据的筛选过滤、特征值/指标计算,eKuiper 的自定义函数功能,可实现设备上报数据的数据解析功能,实现各类协议的数据格式标准化,以 JSON 格式上报数据到云端。
  • 数据服务提供了对边缘节点数据库的查询、写入接口,提供数据转发接口用于封装边缘节点接收的数据并推送到平台;
  • 计算服务主要包括基于时序库的函数计算、面向应用的深度学习算法;
  • 存储服务主要包括时序库,用于缓存边缘节点采集接收的实时监测数据、数据处理后的数据、分析结果数据,也提供轻量级关系数据库,用于存储支撑边缘节点运行的设备测点等基础数据;
  • 在应用服务中,基于 Docker 提供应用镜像的下发、发布、启停等,能够支持应用下发到边缘端,并集成边缘端其它服务来支持应用在边缘端的实时运行,同时,也提供了深度学习运行时镜像;
  • 在边缘节点,提供相应接口,支持在平台侧远程管理、监控节点、设备、测点、应用等。

物联网云平台作为连接各个边缘节点的物联网大数据中心,由分布式数据接入、分布式数据存储、数据资产管理、数据计算分析、数据服务组成,提供面向全局的数据汇集、处理、计算分析、访问和共享能力。首先,基于运行在 Intel X86 上的物联网消息服务器 EMQX 分布式集群构建的数据接入服务,支持海量的边缘设备消息并发接入,保证云边链路之间的数据高效、安全以及稳定传输。其次,基于容器技术构建起面向全局的应用管理中心,对训练成熟的人工智能模型、深度学习应用,提供统一的部署、运行服务,也支持下发到边缘节点。再者,物联网云平台管理工具,依托管理工具页面在云端建立起集中的监控中心,支撑包括 EMQX 在内的云平台各类组件、各个边缘节点及其接入设备进行统一的管理、监控及安全保障。

项目架构图

项目架构图

成果

通过物联网平台,接入了各类设备传感器,实现了变电站核心设备性能监测量全覆盖,实现设备状态数据的实时接入、信息高效处理,并基于边缘计算框架支撑各类设备故障诊断、预测预警等智慧应用的建立。

在感知层安装输电变电类的微功率传感器,包括环境类监测和主设备监测两大类场景,同时部署汇聚节点和接入接点,数据经过物联管理平台,助力用户打造集状态全面感知、数据安全接入和信息高效处理为特征的物联网型的智能变电站。

在碳达峰、碳中和大背景下,数字能源、智慧能源建设是能源行业发展趋势,变电物联网平台、边缘计算框架是推动变电站智能化运营的基础,极大降低变电站的设备诊断、运维检修成本。