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智慧能源物联网集成解决方案

时间:2019年05月27日 20:13编辑:蓝海卓越阅读:

第1章    项目总体方案

§1.1     项目背景

现阶段转供电用户为先使用后付费的模式,而用户拖欠物管费、水电费,欠费现象非常严重,甚至部分项目已经影响到了项目的正常运营。本方案拟实施电表预付费改造,实现先交费再用电的模式,促使业主到物业中心结清欠费,结合lorawan、低压电力载波通信技术,实现智慧能源管控,实时采集,远程能耗监控,告警提示,开关控制等功能,从而提高服务质量,加快费用的回收。最终通过项目改造,减少抄表人员及维护人员投入,降低运营风险、提高财务收益。

§1.2     项目意义

该项目采用电表智慧能源物联网集成解决方案,具有以下显著优点:
(1)    减少了抄表人员人工成本、避免了传统抄表弊病;
传统现场人工抄表,抄表人员多、劳动强度大、现场环境复杂,人工抄表不可避免的出现错抄、漏抄现象,效率低,管理成本高。物联网技术自动远程抄表,一个社区的计量表抄表工作可以在几分钟内抄完,这部分成本能在现有成本的基础上大大降低。且抄见率、准确率、正确率达到100%以上。
(2)    资金时间价值的增值
改造后商户先购电后用电,商户用多少买多少,避免了由各种因素导致的电费无法回收的问题,物业不用再对这部分费用垫资,按其他项目经验判断,住宅类用户平均预存电费约100-150元/只表,商业类用户平均预存电费约500-1000元/只表,按目前的商也电表的数量预估,(若按2.5万户住宅类用户,1万户商业户),改造完成后每月的预存电费750-1375万元,相比现阶段每月需要垫付电费1000万余元电费将会有2倍的资金时间价值的增值。
(3)    应用系统在管理精细化方面的作用;
应用系统可对每个用户、每个单元、每栋楼、每个小区、每条管线进行按小时、天、周、月、季度、年或任意时间周期进行监测分析并形成相应的曲线,为物业各管理方提供了实时、可靠的数据,减少了工作中的盲目性,降低了管理成本,为物业管辖区域各领域的智能管控决策提供了科学依据。
(4)    服务品质提升
可通过微信公众号或app查询用电信息、剩余金额、充值缴费记录,可支持app或公众号线上支付缴费充值,为用户提供了便捷的缴费渠道,同时可按天、周、月分类统计用电量,让用户明明白白消费,对电表剩余金额低于限值时,可系统自动为业主推送短信提醒用户及时购电充值,避免欠费停电。
(5)    系统支持功能性扩展
支持水电气等各类计量数据的实时定时采集功能、支持异常用能情况自动告警功能、后期扩展业务中新装智能设备可以简易、安全地接入现有的系统架构中(烟雾报警器、光照温湿度传感器、液位传感器、智能路灯照明控制器等设备);
(6)    集团整体管控
集团统一管控,各个项目的应收电费、用电量、损耗数据、预收电费情况等统一汇总到数据平台,可灵活分期分时统计,为实现大数据分析奠定基础。

§1.3     功能列举:

l  采用本地费控智能电表;
l  实现智能电的远程采集抄收、能效监测;
l  通过物业中心缴电费,实现远程下发电费;
l  支持购电卡、远程充值及微信支付的多种缴费方式;
l  当电余额低于系统设置值,系统自动发送消息提醒用户;
l  电用量及费用可按天统计,支持报表生成。
l  对大型综合商业体可投放自助服务终端,用户可自行购电充值查询等,节省人力成本。
 

第2章    技术方案

§2.1     lora技术简介

2013年,由美国森特推出第一代lora芯片。lora是一种长距离、低功耗无线通信技术,采用扩频通信算法,大大改善了接收的灵敏度,降低了功耗,传输距离约为低功率无线通信技术的3倍;基于lora技术的网关支持多信道多数据速率的并行处理,极大地提高了系统容量。现主要应用于自动抄表、家庭和楼宇自动化、无线告警和安防系统、工业监视与控制以及智慧城市建设当中。

§2.2     lora技术与其他技术方案对比

下表为lora技术与主流其他技术的对比,从表中可以看出,由于lora采用扩频技术,大大改善了接收灵敏度,从传统gfsk调制的-110dbm接收灵敏度提升到-146dbm,使得lora技术在可靠性、抗干扰、穿透能力和传输距离方面极具优势。对于电力载波,由于其更易受到电力线路环境变化性影响,其稳定性远不及lora技术。
  lora技术 fsk微功率无线 电力载波
可靠性
抗干扰性
穿透能力 -
开发难度
前期投入
维护费用
传输距离 6km(城市空旷) 1km(城市空旷) 500m
传输速率
 

§2.3     lorawan网络架构

lorawan是基于lora技术的低功耗广域网,它能提供一个低功耗、可扩展、高服务质量、安全的长距离无线网络。它将网络实体分成4类:终端节点、网关、服务器和应用服务器,其体系结构如下图所示:

与传统的网状网络相比,该网络具备如下特点:
1.   高可靠性(终端上行数据传输可以通过多个网关并行发送)
2.   高效率(多网关支持数据并行访问,且无中继网络单跳可达)
3.   高扩展性(网络简单,协议为国际标准,通用易扩展)
其他方面,lorawan和目前主流物联网对比也有明显优势,对比结果如下:
  lorawan nb-iot 电力载波网络
网络部署 独立建网 与现有蜂窝基站复用 独立建网
频段 470mhz到510mhz 运营商频段 无需频段(电力载波)
功耗 极低 较低
传输距离 远距离(1-20km) 远距离(≤15km) 500m(电力载波)
速率 0.3-5kbps <70kbps <2400bps(电力载波)
连接数量 12500/网关 200k/cell ≤5k/集中器(电力载波)
应用情况 国外广泛应用 开始试点应用 国内广泛应用
产业链成熟度 当前较为成熟 初期 成熟
 

§2.4     方案应用


预付费智能电表(lorawan-ii型采集器)采集控制方案
区域内可以十分快速地建设lorawan的应用,如图所示,可以监测所有区域的用电信息采集、远程能耗监控、告警提醒等控制;

智能水表(lorawan无线)采集控制方案

低压载波通信采集控制方案


§2.5     业务流程

l  智能电表购电业务流程
ø  购电卡传输

在物业中心通过购电卡充值后,需要把购电卡重新插入到智能电表中,完成购电。
ø  远程下发

在物业中心直接远程购电,通过网关把电费直接下发到智能电表中。
ø  微信支付下发

通过物业的微信公众号实现电卡绑定,居民通过公众号实现在线购电、通过网络通道直接下发的智能电表中。
l  智能水表缴费业务流程
直接在物业管理中心处实现水表缴费,后台可以自动查询统计水量。

第3章    应用控制方案

§3.1     lorawan应用控制方案

§3.1.1     系统结构图

通过智能电表加采集器的改造方案,与lorawan网关实现通信,达到设备远程监控的目的。同时,网关的建设为后续的其它业务扩展建立了良好的基础通信,后续可以扩展接入其他各种传感类产品。同时采用此方案建设成了一个生态的物联网共享平台。

lora采集点+lorawan网关生态物联网

§3.1.2     现场物联网构建


各类节点抄收
 

§3.2     应用控制系统功能

§3.2.1     数据采集

数据采集-实时数据页面:
支持用户随时随地实时采集水、电表数据功能(手动随时实时抄收、每天0:00定时采集)、剩余金额小于阀值自动告警功能;
实时数据采集:a.正向有功总;b.总用量;c.电流、电压;
告警信息:a.每天定时自动采集; b.手动/自动发送短信;c.推送微信消息;

§3.2.2     互联网支付费管理

微信支付页面
用户申请微信公众号,进行用户实时数据召测、水电气用量查询、微信充值缴费功能;

§3.2.3     能耗监测分析

数据采集分析页面
多次召测回来的水电数据,可以分析其各项能耗用量详情及抄收成功率;
能耗监测分析:a.水、电分项展示;b.每日各项能耗用量详情;c.历史用电量曲线;d.节能辅助决策;e.数据报表导出;

§3.2.4     停电主动上报

停电主动上报属于物业管理中的亮点增值服务;采用lorawan通信协议的智能电表可实现停电主动上报,这是其他通讯方式的电表所不能办到的;当出现用电异常情况自动发出告警时,物业管理方便能立即通过主站派外勤维护人员到现场进行故障排查;

§3.2.5     用电量电流电压监测

重点用户-正相有功总用量页面
通过对用户分年、月、日等时间段用电量的监测,可分析出该用户用能情况;
重点用户-电流曲线页面
通过对用户电流曲线的监测,可分析该用户单位时间内的用电量,即用电负荷情况;
重点用户-电压曲线页面
通过对用户电压曲线走向情况的监测,可分析出该用户使用的供电质量情况;
用户用电量、电流、电压监测:a.正向有功总电量;b.各时间电流、电压示数;c.每日电流、电压曲线;d.供电质量分析;e.用电负荷情况;

§3.2.6   数据统计报表

 
历史数据统计

第4章    应用系统功能清单

序号 系统项 功能项 功能描述
1 系统首页 系统首页 档案数量统计、剩余金额告警、拉闸用户、异常用户数量统计
2 按结算日显示电表数据信息、费用信息
3 当前系统电表剩余金额展示
4 按结算日展示电表数据信息
5 修改当前用户密码
6 显示告警用户信息
7 支持下载所需的驱动程序和flash插件
8 数据采集 实时数据 具备按用户地址、门牌编号、用户户号、用户姓名、联系方式、用户表号(即电表表号)、集中器号来查询信息
9 普通用户实时采集电表正向有功总
10 重点用户实时采集电表正向有功总和a、b、c相电流电压
11 支持批量表召测、单表召测,单次批量召测数量不超过60只
12 支持重点用户广播抄表功能
13 实时召测剩余金额低于告警阈值时告警
14 支持发送催费短信(短信费用需另行向spi服务商购买,不在本协议约定范围内)
15 历史数据 支持按用户姓名、用户地址、用户户号、联系方式、用户表号(即电表表号)、集中器号、时间范围来查询信息
16 列表按时间降序排列显示历史数据信息
17 单个用户全年用电曲线展示
18 按月展示单个用于结算周期内日用电数据
19 采集分析 展示一个结算周期内的冻结数据详情
20 展示某一天的冻结数据采集详情
21 补抄管理 支持按照工单内容、工单状态和设备类型查询工单
22 添加补抄工单
23 支持查询方案详情
24 档案管理 用户档案 具备按电话、姓名、地址、户号、表号查询用户信息
25 添加、删除、修改和下发用户档案
26 档案按照系统中下载的模板,批量导入的功能
27 具备下载用户档案功能
28 单个用户基础信息展示
29 添加设备功能,支持一户多表
30 具备开户功能
31 具备设置重点用户功能
32 支持换表功能
33 具备微信解绑功能
34 设备档案 按设备厂家、设备编号、设备类型、设备状态查询设备信息,并按列表展示
35 列表显示:状态、设备编号、设备类型、创建时间、设备厂家、安装位置、信息备注
36 添加、删除、修改集中器资料
37 单个设备基础信息展示
38 初始化和重启集中器
39 换表记录 支持通过表计户号、用户表号、用户姓名、联系电话和用户地址查询换表记录信息
40 支持查看换表记录详情
41 系统管理 角色管理 添加、删除系统角色
42 配置角色权限
43 人员管理 具备按姓名、联系方式、角色查询人员信息
44 列表展示:姓名、电话、登陆名、角色、部门机构、邮箱
45 人员添加、删除、修改
46 系统参数 系统名称配置
47 结算日配置
48 短信模板配置
49 抄表方案 (每天抄滚动两次抄收实时数据)
50 其他系统参数配置
51 系统日志 支持查看系统日志
52 统计查询 综合查询 具备根据联系方式、用户地址、用户姓名、表计户号和用户表号查询用户信息
53 用户基本信息的展示
54 用户抄表数据的展示
55 用户充值记录的展示,并且支持下载
56 用户设备通断记录的展示
57 用户设备异常记录的展示
58 用户设备换表记录的展示
59 支持根据设备类型和时间查询记录
60 用能排行 通过时间段的选择,查看时间段内用能情况
61 支持不同设备类型查看用能情况
62 支持对区域用电量的排序
63 支持选择楼栋或变压器查看用能情况
64 异常事件 支持不同类型设备和时间端查看异常事件的事件类型、异常告警数、已处理数和未处理数,并且支持下载
65 支持查看某一种异常类型下的异常事件详情
66 支持通过表号、用户姓名和安装位置查询异常事件
67 支持处理异常事件
68 支持查看异常事件处理详情
69 支持停上电主动上报
70 重点用户 具备根据用户姓名、门牌编号、联系电话、用户地址、表计户号和用户表号搜索重点用户列表
71 支持查看重点用户的用能详情
72 支持重点用户用电量、电流、电压监测
73 支持下载重点用户用能详情列表
74 支持通过选择时间,查看不同时间的用能详情
75 统计报表 查看报表详情
76 支持下载报表
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