第一类——总线技术类
总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都集中在一条总线上,是一种全分布式智能控制网络技术,其产品模块具有双向通信能力,以及互 *** 作性和互换性,其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构,各网络节点可以从总线上获得供电,亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信。
总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制,但一般设置安装比较复杂,造价较高,工期较长,只适用新装修用户。
第二类——无线通信技术类
无线通信技术众多,已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括:射频(RF)技术(频带大多为315 和43392MHz)、VESP协议、IrDA红外线技术、HomeRF 协议、Zigbee 标准、Z-Wave 标准、Z-world 标准、X2D 技术等。
无线技术方案的主要优势在于无需重新布线,安装方便灵活,而且根据需求可以随时扩展或改装,可以适用于新装修用户和已装用户。
第三类——电力线载波通信技术
电力线载波通信技术充分利用现有的电网,两端加以调制解调器,直接以50Hz 交流电为载波,再以数百KHz 的脉冲为调制信号,进行信号的传输与控制。随着 5G 商用部署的逐步深入,人们使用 5G 网络的场景也变得比以往更丰富和复杂,越来越多的消费者和服务正在快速迁移到 5G 网络,这些网络需要低、中、高频段的频谱,才能提供更加广泛的覆盖和足够的容量来支持 5G 体验。
也就是说,未来必然是 Sub-6GHz 和 5G 毫米波共同作用,才能为我们带来强大、完整的 5G 体验。当然,在这之前,我们还需要在技术层面上为 Sub-6GHz 和 5G 毫米波的彼此协作做好准备。
在 4 月 13 日,高通技术公司就宣布,他们成功完成了基于 5G 独立组网(SA)模式下 Sub-6GHz FDD/TDD 频段和毫米波频段的双连接 5G 数据呼叫。
具体来说,高通的工程师利用搭载第 4 代骁龙 X65 5G 调制解调器及射频系统和高通 QTM545 毫米波天线模组的智能手机形态终端,首先实现了 5G Sub-6GHz FDD 频段和 28GHz 毫米波频段的双连接数据呼叫,接着实现了 5G Sub-6GHz TDD 频段和 39GHz 毫米波频段的双连接数据呼叫。
这可以视为一座里程碑,也就是将毫米波频段的大带宽优势与 Sub-6GHz FDD/TDD 频段的广覆盖优势相结合,支持全球消费者和企业充分利用 5G 网络和终端,尤其是在带宽需求大、传统无线连接无法满足的区域。
而这次成果的取得,关键支撑在于骁龙 X65 5G 调制解调器及射频系统的使用,这是高通在今年 2 月发布的全球首个 10Gbps 5G 调制解调器及射频系统。
在这次测试中,我们也看到骁龙 X65 在聚合高中低频谱、支持全球关键频段组合方面的强大能力。这背后的关键,就是对频谱聚合技术的支持。
这是什么意思呢?
其实不难理解。正如我们在开头所说,5G 的具体应用场景是纷繁复杂的,且这个复杂度随着用户和服务的增多只会越来越大。为了满足这种复杂度,5G 网络层面的频段、制式等等也会有千万种组合。
比如说,毫米波和 Sub-6GHz 的频谱在电磁波的频率方面就有明显不同,IT之家在介绍毫米波时有讲过,毫米波属于高频电磁波,波长短、频率高,带宽大;而 Sub-6GHz 波长长,频率低,带宽较窄,这两种不同的频谱如何同时使用?是个问题。
还有,以 Sub-6GHz 为例,还分 TDD、FDD 等不同制式,TDD 意思是时分双工,用时间来分离接收和发送信道,收发的时间是错开的;而 FDD 是频分双工,是在分离的、对称的两个信道进行数据的接收和发送,收发的频段是错开的。不同国家和地区在 5G 网络部署的时间、背景等都有差别,对于 FDD 和 TDD 使用也不尽相同。
此外 5G 还有 SA 独立组网与 NSA 非独立组网的不同……
骁龙 X65 的频谱聚合技术就是为解决这些问题而生的。
频谱聚合关键之一是载波聚合,即把多个载波聚合成一个更宽的频谱,从而实现更高的速率和更广的覆盖。这里的载波包括频段内连续的载波聚合和不连续的载波聚合,以及频段间的载波聚合。而高通这次在 SA 模式下实现的 Sub-6GHz FDD/TDD 频段和毫米波频段的双连接 5G 数据呼叫,显然就是实现了频带内外、不连续、不同复用制式(FDD/TDD)的同时聚合。
这可以说是 5G 向整合方向发展的关键一步。事实上当未来 5G 各种频段都部署完成后,在终端侧将这些复杂、分散的频段“聚合”起来是大势所趋。因为这样可以最大程度利用频谱资源,提升 5G 的容量和覆盖范围,这样 5G 移动终端即便处在人流密集的交通枢纽等场所以及颇具挑战的无线网络环境下,也能通过无线连接实现媲美有线宽带的速度,能够面向家庭和小型企业提供更加稳健可靠的 5G 固定无线接入服务。
这就是骁龙 X65 支持高通实现上述成果的重要意义,相当于为这未来的方向提前打好了基础。
当然,如刚才所说,频谱的聚合还有一个好处就是可以提升速率,骁龙 X65 调制解调器能够实现 10Gbps 的峰值下行速率,显然也得益于频谱聚合技术的使用。
对于骁龙 X65 来说,除了频谱聚合带来的重要意义,还有诸多新特性,也进一步体现了这款调制解调器的领先能力。
首先值得一提的就是骁龙 X65 全球首创 AI 天线调谐技术,这也是为应对 5G 系统的复杂性而生的。高通将自身超过十年的 AI 研发成果引入移动射频系统,利用 AI 技术侦测手部握持并采集数据,以实时调谐天线,为蜂窝技术性能和能效带来重大提升。
例如,与前代技术相比,通过 AI 实现对手部握持终端侦测准确率 30% 的提升。这一提升可以带来增强的天线调谐功能,从而提高数据传输速度,改善覆盖范围,延长电池续航。
另外,骁龙 X65 还支持第 7 代宽带包络追踪解决方案高通 QET7100。包络追踪技术是让给 PA 供电的电压跟着射频信号的包络来调整,以达到最大的省电效果。而这一代包络追踪解决方案实现了 100MHz 上行链路带宽和 UL-MIMO 的支持,能效提升了 30%,让终端拥有更好的续航表现。
同时高通 QET7100 还实现了单个追踪器对应多个功率放大器,让终端厂商可以灵活选择功率放大器,并通过支持多输出驱动多个 5G 和 4G 功率放大器。总之,骁龙 X65 可以让你的 5G 终端更加省电,续航更出色。
说到骁龙 X65 调制解调器,还有一项创新不可不提,就是可升级的架构。
骁龙 X65 支持跨 5G 各细分市场进行增强、扩展和定制;并通过软件更新,支持即将推出的全新特性、功能,以及 3GPP Release 16 新特性的快速部署。
特别是随着 5G 扩展至计算、工业物联网和固定无线接入等全新垂直行业,该可升级架构可以支持基于骁龙 X65 打造面向未来的解决方案,以支持全新特性的采用,延长终端使用周期,并有助于降低总拥有成本,更为运营商提供极致的灵活性。可以说,这个特性为 5G 更快的应用到各行各业注入了新的催化剂。
还有就是,骁龙 X65 还搭载了第 4 代高通 QTM545 毫米波天线模组,这和我们前面说到的频谱聚合解决方案密切相关。QTM545 毫米波天线模组相比上一代拥有更大的信号覆盖范围,同时增加了对 41GHz(n259)频段的支持,这样高通的毫米波天线模组就实现了对全球毫米波频段(26GHz、28GHz、39GHz 和 41GHz)的支持,也就是说它可以帮助用户在全球范围内部署毫米波,针对不同运营商、不同频段要求和不同场景推出相应的解决方案。
最后还有高通独特的 5G PowerSave 20 和 Smart Transmit 20 技术。前者是基于 3GPP Release 16 定义的全新节电技术,可以进一步加强终端的省电能力;后者则利用从调制解调器到天线的系统感知功能,在持续满足射频发射要求的同时,为毫米波和 Sub-6GHz 频段带来更高的上传速率和更广的网络覆盖。
根据 GSMA 的统计,截至 2020 年第三季度末,全球已经有 47 个市场的 107 家运营商推出 5G 商用服务,同时,全球移动运营商注册的连接数也达到了 135 亿左右。5G 商用的步伐正在一刻不停地往前进。
但是我们也需要看到,距离 5G 真正大规模的商用,以及真正成熟应用于各行各业,依然有比较长的路,5G 普及过程中需要解决的问题还有不少,就如本文所说的,如何推动 5G 往“聚合”的方向发展,让不同的、零碎的频谱资源“力往一处使”,其实仍然是需要解决的问题。
而高通领先行业给出了解决方案,并取得了初步的成果,这为 5G 产业链各个环节的彼此协作提供了便利,更为 5G 形成一个完整的产业生态贡献了力量。
事实上,不仅这次的成果,一直以来高通也是以全球领先的无线 科技 创新者的角色,用成熟的技术和解决方案助力 5G 的大规模部署推进以及 5G 产业生态的融合,并逐渐成为 5G 商用与实现规模化的中坚推动力量。0引言
随着我国 社会 经济的快速发展, 社会 与企业对电力服务的需求逐渐增加,分布式发电设备与电网结构得到了快速发展,传统的电网形态已无法满足当前 社会 的发展需要。随着 5G 通信在各大领域中的广泛推广,电网的运营模式与功能必然会得到了新一轮的发展方向,因此结合当前电力通信技术,将电力系统与泛在电力物联网结合形成未来电力能源体系是电力系统发展的重要趋势与方向。因此当前国家电网因重视泛在电力物联网技术发展内容,探讨技术模式与出现的问题,这将有利于进一步扩大电力的服务范围与能力。
1泛在电力物联网的概念
11泛在电力物联网的概念
泛在物联网通常是指在任何时间地点、人员与物质之间信息的有机互联与交互,而泛在电力物联网则具体指的是电力用户、电力企业与供应商和设备之间的信息互联交互。可以说泛在电力物联网就是在电力系统中应用互联网技术,实现不同信息传感设备之间的资源共享,从而实现能够自我感知标识的智能处理实体,通过实体间的交互与连接使得有关数据信息能够得到感知与反馈控制,进而形成整体的电力生产体系。而泛在电力物联网通信可以使电力平台架构上通过智能通讯技术实现不同数据信息之间的共享与管理,这将提高数据和信息的利用效率,同时也有利于数据信息之间的交互与连接。通过不同设备用户在任意时空与范围内的信息的共享与交互实现对电力整体运营的稳定,并有利于能源服务平台的在电力市场中得到进一步发展。
12泛在电力物联网的发展目标
泛在电力物联网建设目标主要有利于充分发挥当前物联网大数据的技术优势,充分的包络不同数据和类型的电力信息,增强数据的空间尺度和来源范围,统一分析与挖掘数据的深度与内容。这将有利于电力数据服务针对不同的区域打破数据之间的兼容性,实现各类业务之间的贯通,将电力数据更好的服务于各个行业中,通过 社会 各类行业的广泛参与实现商业模式的建立与发展。以人工智能和深度学习为特征的大数据智能技术将促进电力物联网的快速发展同时也有利于数据知识的挖掘与学习。可以预见未来将促进整体行业的发展与进步。
2泛在电力物联网的基本架构
通常来讲泛在电力物联网的基本架构主要分为三个方面:技术架构、标准架构与应用架构。就技术架构而言,主要分为感知、网络、平台与应用 4 个层面。感知层面主要完成数据信息的协同采集。通过边缘计算使得终端设备的智能化得到了广泛提高。网络层则主要利用现代通信技术实现不同的电力环节之间的覆盖与连接。平台层则主要用于物联网数据信息的管理与不同云端的协同作用。而应用层则主要用于提高整体系统的稳定性,使得能源系统之间构建综合智能的互联网体系。
标准架构则主要为整体的数据平台提供标准支撑,在感知层面会使设备产生不同环节之间的大量数据。这些数据往往来源与格式均不相同。如果没有完善的标准体系,数据之间将很难相互沟通与连接。因此为了解决数据之间的统一与通信,建立了统一的平台标准将促进数据的使用利用情况,为数据信息的深度挖掘提供准备与保障。泛在电力物联网的应用架构,主要用于保障整体电网的运行,提高能源的综合服务能力,并且通过经济的市场运营得到良好的能源生态体系。
3电力通信技术在泛在电力物联网的发展
泛在电力物联网是以通讯技术为基础发展而来的新型物联网体系,其构建的核心是满足电网能源系统的智能判断和自适应调节能力,这将提高能源的替代和利用能力。对于电力物联网来说,通讯技术是其核心的技术内容之一,也是实现万物互联基本的组成单元,凡在电力物联网可以保证不同类型的通讯网络进行相互的连接与反馈,当前电力通信技术的快速发展,泛在电力物联网必然将得到进一步的发展。
31电力通信基本原理
从 2G 通讯技术发展开始,移动通讯技术都以数字信号作为通讯的基础模式。对于 5G 通讯来说,也将以数字信号作为通讯的基础。简单来说,移动通讯的概念就是利用电磁波在空气中自由传播与通讯实现信号的传输。就其组成部件而言,主要包括有:信号发生器、 接收器、调制解调器等关键步骤单元。在空气中无限通讯必然将面对反射散射等各种传输情况,5G 通讯也不例外。5G 通讯相较于 4G 通信而言实现了巨大的飞跃。从提高传输信号的角度来说,主要包括三个方面内容:1扩展资源,增加了电磁波信号频率。2沿延拓定理,提升了频率的使用效率。3开发技术,物质密度更加密集。可实现频率资源多次重复使用,进而得到密度更高的异质网络连接。
32 5G通信基本特征
5G 通讯至少要包括以下 5 个基本特征:高速率、高容量、高可靠性、低时延与低能耗。
1高速率。5g 通讯的速率主要包括有峰值速率,区域速率与边缘速率三个方面的指标。具体来讲,峰值速率指的是在好的条件下得到的速率。区域速率指的是通讯系统整体所保障的总速率。边缘速率是指差的 5%用户所得到的通讯速率。高速率的基本特征使得 5G 通讯技术将在物联系统中得到广泛的应用。
2高容量。相较于传统的通讯技术 5G 通讯将包括有更多的设备终端。这里不止只有手机,也包括有家用电器、各种穿戴设备等。这也为物联网的发展提供了巨大的物理支撑。
3高可靠性。电力通信可靠性是电力系统的首要保障。5G 通讯能够保障信息传输的整体可靠,为电力通讯提供可靠的技术保障。
4低时延。通常来讲,通信时延就是指信息在传输过程中所需要的时间。对于传统技术而言,由于时间影响很大。所以往往被忽视。在未来通信技术发展的情景下必然要求时延性更好的通讯方式,进而满足各种系统之间的协同配合与控制。
5低能耗。在传感器与通讯设备之间往往需要基本的电力供应。新的 5G 技术,将节约能源损耗,降低能源的浪费。
4安科瑞为国家电网2021泛在电力物联网建设提供解决方案
安科瑞电气深耕用户侧能效管理多年,逐渐完善了从电力物联网云平台到终端传感器的生态体系,在“源(电源)-网(电网)-荷(负荷)-储(储能)”各个环节加大研发投入,已经形成“云(云平台)-管(有线/无线物联)-边(边缘计算)-端(终端设备)”的生态系统,参与泛在电力物联网建设,为国家电网建设“三型两网”提供解决方案,使用户在任何时间、地点、人、物之间实现信息连接和交互,产生共享数据,从而为电网、发电、供应商、用户服务。
41云平台
安科瑞电气近年来已经陆续推出变电所运维云平台、能源管理云平台、智慧用电云平台、环保用电监管云平台、充电桩(电动 汽车 /自行车)运营管理云平台、预付费管理云平台等云平台解决方案等解决方案,并已经广泛应用在多地国网公司用户端业务、环保部门、安监部门、住建部门等。
411变电所运维云平台
据统计全国高供高计的工商业用户数量达到200多万户,规模巨大,但是大部分日常的运行维护工作比较传统,普遍存在人力成本高、工作效率低、故障抢修时间长、风险预防薄弱等问题。国网公司和众多电力运维公司正在抢占这块巨大的市场,这是一个千亿级别的市场。
AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力仪表、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术,通过智能网关采集现场数据并存储在本地,再定时向云平台推送数据。平台可同时接入数以千计的用户变电站数据。平台采集的数据包括变电所电气参数和环境数据,包括电流电压功率、开关状态、变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息,有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上,并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环,提高运维效率,即时发现运行缺陷并做消缺处理。
412能源管理云平台
Acrelcloud-5000能耗管理云平台可适用于各个行业,如政府办公建筑、工厂、教育建筑、医疗建筑、商业综合体等,可通过局域网、互联网或者4G网络采集不同区域多个建筑或单位的用能数据。
平台采集建筑电、水、气、冷热量等能源消耗数据和光伏、风力、储能等新能源数据,对用能数据进行分析,按照区域、部门、用电设备类型进行细分,提供同比、环比分析比较和用能数据追溯,同时可以提供尖峰平谷各时段用能数据和报表,帮助用户梳理能源账单明细和制定能源绩效考核。
413环保用电监管云平台
近年来我们的环境质量有了很大的改善,这都归功于国家层面对环保的重视和环保部门的有力监察执法。安科瑞针对环保监察的痛点研发了环保用电监管系统解决方案,助力环保部门坚决打赢蓝天碧水保卫战。
Acrelcloud-3000环保用电监管平台主要为环保监察部门和产污排污企业服务,为环保部门提供在线监管和执法依据,为生产企业提供设备运行监控和产污排污数据记录。
平台采集生产企业总用电量、生产用电和治污设备用电量,进行关联分析,及时给出环保设备异常运行信号或企业异常生产信号,实现全过程防控。前端设备采用不停电免接线方案采集用电数据,经LORA无线上传到环保数据网关,再通过4G上传平台服务器或县、市、省级环保平台。各地环保部门通过污染防治设施用电实时监控,实现对排污企业生产运行无死角、全流程监控,达到变人防为信息化技防,从事后处罚到介入式执法,扭转传统依靠人力、经验进行现场核查的状态,为环保监管开辟更加切实、有效的监管方式,形成长效机制。
414智慧用电云平台
据应急管理部网站数据,2016~2018年期间因为电气原因导致的火灾占总数的百分之三十到百分之三十四左右,其中2018年全国共接报火灾237万起,因违反电气安装使用规定引发的火灾占总数的百分之三十四,较大和重大火灾事故中,电气火灾的比例更高。国务院、公安部消防局以及各省市自治区直辖市纷纷出台文件推广智慧用电,从源头上预防电气火灾的发生,现用电管理平台已在九小场所、三合一场所、养老福利院、医疗场所、学校、金融网点等人员密集场所广泛开展。
安科瑞Acrelcloud-6000用电管理云平台对电气引发火灾的主要因素(线缆温度、漏电电流、负荷电流、电压)进行不间断的数据跟踪与统计分析,通过2G/NB-IOT/4G方式采集现场数据,实时发现电气线路和用电设备存在的隐患(如:线缆温度异常、过载、过压、欠压及漏电等)并通过短信、APP推送、自动语音呼叫等方式及时预警,有效防止电气火灾的发生。系统可以显示所有监测点位的漏电电流等电气参数和线缆温度,并支持巡检记录和派单 *** 作,提供隐患分析报告,实时评估企业用电状态。
415电动 汽车 /电瓶车充电桩运营管理云平台
电动 汽车 现已成为广泛使用的绿色能源交通工具,Acrelcloud-9000充电桩运营管理云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控,同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警;用户通过微信小程序扫描二维码,进行支付后,系统发起充电请求,控制二维码对应的充电桩完成电动 汽车 的充电过程。充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网,配合加密技术和秘钥分发技术,基于TCP/IP的数据交互协议,与云端进行直连。
电动自行车数量越来越多,解决了老百姓短距离出行问题,但是和电动自行车相关的和火灾事故新闻也屡见不鲜,有逐年增长的趋势,给 社会 带来了很大的损失,成为人民生命和财产的一个隐患。基于电动自行车火灾的危害和特点,各级政府部门发文对电动自行车火灾的整治都放在规范停放和充电行为上。安科瑞Acrelcloud-9500充电桩运营管理云平台,针对电动自行车火灾治理提供充电管理、资产管理和交易管理的一揽子解决方案,解决充电难、管理难和收费难的问题,可应用于商业楼宇、小区、学校、医院等场所设置的电动自行车充电场所的运营管理。
416物业小区预付费管理云平台
安科瑞远程预付费系统可以针对各商业综合体、小区、写字楼、办公楼、酒店式公寓等物业,学校、工厂宿舍的后勤管理部门以及连锁超市、大型物业分布式财务 *** 作,在线支付,总部财务扎口等。目前Acrelcloud-3000预付费管理系统已经成功在上述各场景得到广泛的应用并已经稳定运行多年,适用于物业公司对小区、办公和商铺租户的水电预付费管理,或者学校对学生宿舍的用电预付费和用电管控系统。
42有线/无线物联
安科瑞根据多年来的项目经验,结合用户实际需求,开发了各类有线、区域无线、广域无线通讯产品,包括网关和终端设备。支持RS485、以太网、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多种通讯方式,随着5G建设步伐的加快,未来将会有越来越多的通讯方式融入产品,服务于泛在电力物联网建设。
43边缘计算
安科瑞针对物联网应用开发了多款智能网关,采用嵌入式系统和边缘计算技术,现场采集和存储终端设备数据,并根据云平台的需要,采用不同的协议和云平台对接。所有数据采集、计算、异常报警触发逻辑均在网关就地设置,网络故障时数据存储在本地,网络恢复后补传数据,断点续传,提高数据可靠性。
44终端设备
针对泛在电力物联网的建设,安科瑞陆续推出多款物联网仪表,应用在不同场合以满足不同需求,2019年全年各类终端仪表出货量超过185万台。
45安科瑞产品在泛在电力物联网的应用
近两年来,安科瑞已经陆续参与江苏省部分县市电力公司的用户端能源管理平台、云南省网综合能源服务平台、上海嘉定区147所学校电力运维平台等相关平台的建设,提供了包括云平台、智能网关、终端设备等产品,各类用户端云平台在全国各地运行案例700多套,并且根据用户需求不断完善产品功能,这些项目就是未来泛在电力物联网的一部分。
“能源互联网的春天到了,因其所能,它必将成为充满活力的新型能源业态。”尽管针对泛在电力物联网还有一些不同的声音,但是泛在电力物联网已经悄无声息的铺开来,融入能源互联网基础建设的方方面面。
5电力通信与泛在电力物联网建设的展望
51 通信电力网网络间的优化发展
52 多元化的商业模式
随着电力通技术在泛在电力物联网中的应用,将扩大整体电力系统的商业模式。新的商业模式必然会随着市场条件而产生,这有利于解决电力系统长期以来传统商业模式的很多问题。其中实现个人与个人之间的能源交易将成为可能。随着电力通信技术将端对端通信技术实现为 P2P 的交易模式,降低整体交易的通讯成本,有利于泛在电力物联网系统的进一步发展与优化。
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