基于物聯網的智能電網資產全生命周期管理研究與應用

白雅靜

（北京木聯能軟件股份有限公司，北京 100096）

國家電網公司提出智能電網的發展戰略，以此作為企業發展變革的關鍵舉措[1]。而將物聯網技術引入智能電網，充分利用物聯網優點，結合電力網絡的實際情況，建立基于物聯網的智能電網則是其發展的必經之路。目前，這項工作已進入引領提升階段，資產規模更加龐大，技術和資本密集，資產種類繁多易變，管理要求更高，資產的科學管理會直接影響電網的經濟效益和社會效益。

智能電網資產管理的核心是資產全生命周期優化管理，資產全生命周期管理是系統工程理論在資產管理中的應用[2]，是從系統整體目標出發，統籌資產的規劃、設計、采購、建設、運行、檢修、技改、報廢等全過程，在滿足安全、效能的前提下追求資產全生命周期成本最優，實現系統優化的科學方法。本文提出了基于物聯網的電站資產管理研究與設計，并將其應用于資產全生命周期跟蹤管理中，以達到電站智慧運維的目的。

1 概述

智能電網各方面工作的進行都需要物聯網技術的支持，物聯網技術被應用于智能電網的各個環節中，從發電環節的可再生能源并網接入到機組運行狀態的監控，從輸電線路的在線監控，到電力生產管理、安全評估與監督，從智能電表、用電信息采集，到三表抄收、互動營銷，從智能用電、智能小區到多網融合。

本文主要針對基于物聯網技術智能電網發電環節中電站的資產全生命周期優化管理應用，實現用最低的成本提供所期望的功能，使電網的運行更加高效。以電網資產為中心，綜合應用物聯網、GIS、云計算、大數據和移動應用等各種先進技術建立電網資產全生命周期管理，整合EPR、HPMS、MIS等相關信息，提高資產管理的及時性和準確性。在入庫、盤點、出庫環節采用RDID批量識別，提高工作效率，在非批量操作采購、運輸、運行監控、保修等階段采用二維碼技術，對接原有數據庫，實現資產入庫、出庫、盤點、運輸定位、移動、監控的自動化，以降低管理成本，提高工作效率，最終實現物資規劃、采購、儲存、安裝、使用、維護、維修、改造、更新、報廢的全壽命周期管理體系，實現賬、卡、物的高度一致。上傳于云端的海量數據，為資產計劃、資源配置提供智能決策分析，以實現裝備使用的可靠性、使用效率、使用壽命和全生命周期成本的綜合最優，從而保證電網的安全、可靠、經濟和可持續發展。

2 物聯網智能電網資產全生命周期管理體系關鍵技術

智能電網是以物理電網為基礎（我國的智能電網是以特高壓電網為骨干網架，各電壓等級電網協調發展的堅強電網為基礎），將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。智能電網具有堅強、自愈、兼容、經濟、集成和優化等特征。

物聯網是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議將任何物品與互聯網相連接進行信息交換和通訊，利用云計算、模糊識別等智能計算技術對海量大數據進行分析處理，對物品實施智能化識別、定位、追蹤、監控、管理和控制。

射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）技術，又被稱為無線射頻識別，是物聯網最關鍵技術和應用之一，其產業鏈包括標準、芯片、天線、標簽封裝、讀寫設備、中間件、應用軟件和系統集成等，可通過無線電訊號識別特定目標，并讀寫相關數據，無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。

3 系統設計

3.1 系統架構

基于物聯網的智能電網資產全生命周期管理系統根據應用功能的需求，結合物聯網應用的先進架構設計理念，采用物理分層設計，將系統劃分為電網資產感知層、網絡通信層、數據融合層、資產生命周期應用層和用戶訪問層等五部分內容，各層之間采用Web服務方式進行數據交換，并通過多種接口模式與其他應用系統進行數據交互。

感知層包括感知控制子層和通信延伸子層，資產對象為電站資產設備狀態傳感器、攝像頭、GPS、終端設備和人員卡上的RFID標簽、短距離通信設備，由此感知對象上的采集信息，并經過分類和預處理，通過無線傳輸、紅外通信、現場總線和無線傳輸手段接入感知終端、互動終端，將自動采集的信息發送到中央信息系統，實現對物品的識別和管理。網絡層主要實現信息的傳遞、路由和控制，包括接入網和核心網。智能電網要求要保證數據的安全傳輸，同時，保證傳輸的可靠性和實時性。網絡層核心網以電力骨干光纖網和寬帶無線接入網為主，通過電力接入專網與電力核心網互聯。互聯網側主要采用光纖、以太網、4G、WIFI等多種網絡接入方式。數據融合層是利用云計算和基礎數據、GIS資產地理數據引擎的集成與數據交換。對海量資產數據交換與融合管理，提供數據存儲及分布式計算、并行計算和網絡計算，對各數據新型抽取、存儲、分析處理、共享，建立數據模型、數據挖掘、在線分析等技術，實現數據的知識管理和智能決策。其中，基礎數據是通過資產的原始數據與已存的ERP數據、EMS、倉儲數據等數據整合。

資產全生命周期應用層采用智能識別、模式識別、信息系統等技術分析和監測電網資產管理，實現智能化決策、控制和服務，實現資產的全生命周期管理、智能管理，并提供資產優化解決方案。

應用層是基于實物量的資產管理，以設備資產臺賬為基礎，分為3個子系統——基于固定資產和易耗資產的管理子系統、出入庫物資倉儲子系統、工具子系統。

3.2 系統功能及實現方法

系統的功能主要體現在資產生命周期的應用層，以實現各子系統的需求，如圖1所示。

圖1 系統功能圖

如圖2所示，資產管理子系統的對象是固定資產和重點低值易耗品，即從計劃購入、入賬、投入使用、使用變更、檢修直到報廢進行全生命周期管理。基于RFID技術，實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別功能，與ERP系統實現數據讀取和導入。同時，該系統能展示在庫備品備件名稱、存儲位置、用途、數量、使用壽命、故障率、采購周期、定額等信息，還具有基于關鍵字、模糊字段等的多方位智慧查詢功能，而且還能顯示資產的信息匯總、智慧盤點、存儲位置、用途、數量、使用壽命、故障率、采購周期和定額等信息。物資倉儲作為物資管控的重要環節之一，對物資整個供應鏈物力管理水平的提升影響巨大。物資管理子系統針對有出入庫的倉儲物資管理實現賬、卡、物統一，以提高物資管理的及時性和準確性，實現入庫、出庫、盤點、運輸定位、監控的自動化，充分利用移動技術、條碼技術、倉儲自動化設備以及其他先進手段，實現倉庫管理作業的高效移動和全程跟蹤監控，形成布局科學、儲備合理、周轉高效的倉儲體系。同時，基于RFID技術，實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息實現識別功能，與ERP系統實現數據讀出和導入功能。

出庫入庫流程是：所有資產入庫時貼二維碼或FRID碼，掃碼后信息生成臺帳，并按照上架策略自動入庫，其中，上架策略有3種，即固定倉位、現有倉位、空倉位。出庫時，先將出庫單提交庫房管理員，生成領料單，并根據下架策略生成出庫單，然后領料出庫。下架策略有4種，即固定倉位、先進先出、后進先出、大小數量等。物資根據使用情況分為低值易耗品、工器具和固定資產。低值易耗品直接消費，工器具可借用、歸還和報損等，固定資產有保修和變更等功能。

工具子系統著重于實現工器具的租用、使用說明、校檢周期提醒、壽命管理、補貨管理、借出、歸還、使用情況登記，建立精確的工器具臺賬，實時掌握庫存數量、使用情況、使用年限，實現對機電設備檢修過程中進入風洞和尾水管等重要檢修場地使用的工具的移動智慧管控，確保不會有工具遺漏在檢修設備中。對于桌面借用的工具，在桌面讀寫器上刷員工工作卡和工具，讀取員工卡的RDID和工具上傳至服務器，獲取工具和員工信息，并可通過條形碼識別工具信息，歸還時刻直接刷工具，并提供歸還工具的存放位置，管理員確認后完成歸還操作。在PC端可以實現工具借還數據分析等功能，手機端可以實現搜索、現場借還等操作，采用手持機終端實現大工器具借還和盤點等操作，采用蜂巢快遞柜原理遠程管理庫房，監控庫房和工具的使用情況。

圖2 資產管理子系統

通過資產管理PC端、手持機設備、手機APP軟件有機融合全方位統一管理，對工器具、物資、資產進行全生命周期管理，實現大數據的統計分析。

3.3 資產全生命周期管理編碼規則

在對資產進行全生命周期管理的過程中，需要對物料編碼、采購批次號、設備編碼、資產編碼等主要數據實行統一管理。為了實現資產全壽命管理過程中物料編碼、設備編碼和資產編碼等各階段編碼的多碼聯動和信息貫通，引入了設備實物標識編碼，這是該實物唯一、終身的身份編號。

實物ID的編碼規則是：實物“ID”編碼遵循統一的編碼規則，總22位，由“公司代碼段（3位）+流水號（18位）+校驗位（1位）”構成。實物“ID”賦予現場實物之后不得更換，且流水號根據入庫單中的入庫數量生成，最終實現一物一號。

4 信息安全體系技術

安全體系要求實現物理安全、數據采集安全、數據傳輸安全和數據分析處理、集成安全的統一結合，以確保電網資產各業務數據的機密性、完整性、真實性和網絡容錯性。在實際工作過程中，主要采取以下幾個方面的安全策略：①采用國家信息安全第三級保護，物理現場安全設計，網絡劃分邊界部署安全設備，接入網關技術、網絡異構通信協議轉換和傳感節點安全接入技術，根據安全要求和策略對邊界控制設備、主要網絡設備、操作系統和數據庫進行加固配置。②數據庫安全。通過webspher配置數據源，部署的web應用隱藏數據庫連接信息，以保證數據的安全性。③網絡安全。物理網絡邊界采用入侵監測和防火墻產品監視相關攻擊行為，包括端口掃描、強力攻擊、木馬后門攻擊、IP碎片攻擊和網絡蠕蟲攻擊等。④應用安全。采取用戶身份鑒別、訪問控制、系統登錄日志管理等各項嚴格的措施來確保各項操作的安全性，防止未授權用戶非法訪問系統、非法獲取信息或進行非法操作，確保數據信息的安全。通過用戶認證、日志管理、加密傳輸等方法保證應用的安全性。⑤開發安全。在開發過程中，要嚴格遵守技術開發安全規則。

5 結束語

本文根據智能電網的特性需求，研究設計了基于物聯網RDID、GIS、大數據等技術的智能電網全生命周期資產管理系統，通過對體系的軟硬件架構分析，設計固定資產子系統、出入庫物資管理子系統、工器具管理子系統，并對資產實物按一定編碼規則進行編碼管理。對系統安全體系的研究是應用的重要保障，因此，要實現智能電網資產管理的“全生命周期管理”“資產自動管理”，使管理精益化、自動化、智能化，提高資產的效益和使用率。