案例概覽
德國(guó)如何提高電動(dòng)車普及率？
作為世界第四大汽車市場(chǎng)，德國(guó)的電動(dòng)車保有量正迅速增長(zhǎng)。新一屆聯(lián)邦政府上臺(tái)后繼續(xù)落實(shí)前任政府制定的“氣候保護(hù)計(jì)劃 2030”，承諾 2030 年前將全國(guó)電動(dòng)車保有量提升至 1,500 萬(wàn)輛以上。為了促進(jìn)電動(dòng)車創(chuàng)新和普及，上一屆政府曾出臺(tái)消費(fèi)激勵(lì)政策，大力發(fā)展相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng) 2020 年電動(dòng)車銷量飆升至 394,632 輛（包括純電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力車），占當(dāng)年全國(guó)汽車銷售總量的 13.5%。同時(shí)，德國(guó)一些州級(jí)和市級(jí)政府為了減少碳排放，創(chuàng)造可持續(xù)未來(lái)，也在積極普及電動(dòng)公交和卡車，兩者數(shù)量均呈上升之勢(shì)。
然而，德國(guó)要想加快電動(dòng)車普及速度，卻并非易事。同其他國(guó)家一樣，德國(guó)必須建設(shè)更可靠的充電基礎(chǔ)設(shè)施，并為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展規(guī)?；潆姽芾硖峁┧璧墓ぞ吆托畔ⅰＴ诂F(xiàn)有充電設(shè)施中，如果某根饋線上的電動(dòng)車充電負(fù)荷增長(zhǎng)過(guò)快，相應(yīng)的配電變壓器可能很快就會(huì)過(guò)載，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電網(wǎng)全線故障或停電，對(duì)民眾生產(chǎn)生活造成重大影響。因此，行業(yè)參與者希望采取措施，確保電動(dòng)車充電不會(huì)影響電網(wǎng)安全。
為解決這一難題，公用事業(yè)部門和 IT 服務(wù)提供商攜手開(kāi)展開(kāi)創(chuàng)性研究項(xiàng)目和聯(lián)合項(xiàng)目。德國(guó)東部最大的區(qū)域配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商 MITNETZ STROM 與 Moxa 合作伙伴、聯(lián)網(wǎng)及狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件頭部企業(yè) Robotron 聯(lián)合進(jìn)行的低壓電網(wǎng)監(jiān)測(cè)研究項(xiàng)目即為范例。
技術(shù)挑戰(zhàn)
電網(wǎng)運(yùn)行首次實(shí)現(xiàn)可視化
前沿研究為電網(wǎng)投資指明方向
電動(dòng)車發(fā)展勢(shì)頭迅猛，為這一研究項(xiàng)目的誕生提供了契機(jī)。項(xiàng)目各參與方希望借此提高低壓電網(wǎng)的透明度。此前，MITNETZ STROM 無(wú)法監(jiān)測(cè)具體饋線的日常狀態(tài)，因而很難確定哪些組件必須升級(jí)，這也是各個(gè)配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商面臨的通病。MITNETZ STROM 運(yùn)營(yíng)的低壓電網(wǎng)線路總長(zhǎng)超過(guò) 4.5 萬(wàn)千米，每座配電站有 5 至 40 條獨(dú)立饋線，每條饋線有一條三相電路。如果為所有配電站安裝監(jiān)測(cè)硬件和軟件，需要花費(fèi)數(shù)億美元。為保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)營(yíng)商需通過(guò)成本低、效率高的手段來(lái)實(shí)時(shí)采集低壓電網(wǎng)中輸出饋線的所有相關(guān)變量（包括電流、電壓等），并按照自主設(shè)定的時(shí)間間隔（例如若干分鐘），將數(shù)據(jù)傳輸至符合歐盟《通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例》規(guī)定的可擴(kuò)展云系統(tǒng)。此外還需協(xié)調(diào)不同終端設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，并支持通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)進(jìn)行配置。
通過(guò)這項(xiàng)試點(diǎn)研究項(xiàng)目，MITNETZ STROM 更清楚地掌握了饋線狀態(tài)和電動(dòng)車普及趨勢(shì)，也更確定必須著力建設(shè)和升級(jí)變電站、變壓器、傳感器等硬件設(shè)施，推進(jìn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型，才能更好地應(yīng)對(duì)配電變電站和饋線面臨的變化。
解決方案
獨(dú)特的先進(jìn)解決方案，確保電力供應(yīng)安全可靠、可持續(xù)
IIoT 專家 Robotron成為研究項(xiàng)目合作伙伴
在這項(xiàng)德國(guó)史無(wú)前例的試點(diǎn)研究項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)是第一大難關(guān)，因此必須在項(xiàng)目啟動(dòng)之初就納入數(shù)據(jù)專家。MITNETZ 選擇了在能源、公用事業(yè)、IIoT 領(lǐng)域享有盛譽(yù)的頭部企業(yè) Robotron。
Moxa 受邀提供專業(yè)操作技術(shù)
Robotron 雖擁有符合項(xiàng)目要求的一體化 IIoT 平臺(tái) NeMo，但仍需要與深諳操作技術(shù) (OT)、邊緣計(jì)算、公用事業(yè)市場(chǎng)的企業(yè)合作，因此選擇攜手全球領(lǐng)先的工業(yè)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)計(jì)算及自動(dòng)化解決方案提供商Moxa。
Moxa 曾為諸多關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的 IIoT 解決方案提供方案設(shè)計(jì)、咨詢、運(yùn)維支持，在公用事業(yè)、水處理、油氣、公共交通等領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。Moxa 系統(tǒng)基于開(kāi)源技術(shù)，因此可輕松與邊緣和云端的其他系統(tǒng)和接口集成。在這項(xiàng)研究項(xiàng)目中，Robotron 與 Moxa 共同推出了零接觸配置，有效簡(jiǎn)化了集成設(shè)備部署。
IIoT: 改善電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的缺失環(huán)節(jié)
這項(xiàng)創(chuàng)新性研究項(xiàng)目的主要目標(biāo)是通過(guò)監(jiān)測(cè) 20 座變電站和 184 條饋線，初步掌握低壓電網(wǎng)中負(fù)荷和消耗的分布情況。
Robotron 與 Moxa 聯(lián) 合 制 定 的 解 決 方 案 由 三 相 測(cè) 量 傳 感 器、IIoT 網(wǎng) 關(guān)、RoboGate 邊緣軟件、云處理設(shè)備、前端應(yīng)用構(gòu)成，可輕松實(shí)現(xiàn)云連接。兩家公司還憑借深厚的專業(yè)積淀解決了諸多復(fù)雜問(wèn)題，為 MITNETZ STROM 創(chuàng)造更大價(jià)值，形成協(xié)同效應(yīng)。
隨時(shí)隨地暢享一站式智能服務(wù)
Moxa 網(wǎng)關(guān)采集到傳感器中的數(shù)據(jù)后，交由 Robotron 的 RoboGate 邊緣軟件處理，隨后傳輸給 Azure IoT
Hub，由 Azure Data Explorer 進(jìn)行完善、轉(zhuǎn)換和可視化處理，以供開(kāi)展高級(jí)分析或生成警報(bào)。電網(wǎng)中每一站點(diǎn)的數(shù)據(jù)都可在簡(jiǎn)潔的網(wǎng)頁(yè)界面上查詢，儀表板呈現(xiàn)的圖表和關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)數(shù)據(jù)清晰易懂。NeMo 可顯示過(guò)去 8 小時(shí)和 72 小時(shí)的數(shù)據(jù)，并能形成相應(yīng)的熱圖，便于用戶以小時(shí)為單位對(duì)比 7 天內(nèi)的數(shù)據(jù)。
Robotron NeMo 解決方案是流數(shù)據(jù)平臺(tái)，能夠近實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)。NeMo 負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)本地電網(wǎng)和站點(diǎn)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)配電站狀態(tài)并在必要時(shí)發(fā)出警報(bào)。因此如有站點(diǎn)負(fù)荷過(guò)重或即將過(guò)載，或存在既有或已知限制導(dǎo)致的任何異常，用戶便能及早發(fā)現(xiàn)。NeMo 解決方案只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整，即可用于其他行業(yè)和應(yīng)用。
前所未有的可擴(kuò)展性和無(wú)線管理優(yōu)勢(shì)
Moxa 為研究項(xiàng)目提供了智能 IIoT 網(wǎng)關(guān)，可從傳感器安全采集相位角、電壓、電流、工頻等用電數(shù)據(jù)，其獨(dú)到之處在于無(wú)論在邊緣還是云端，都能與 Robotron 的系統(tǒng)和接口輕松集成。在這項(xiàng)研究中，Moxa IIoT 網(wǎng)關(guān)的本地設(shè)備管理界面與 RoboGate 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)解決方案、RoboGateControlCenter、RoboGate RemoteService 等關(guān)鍵要素相結(jié)合，為數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程管理、配置、設(shè)備無(wú)線更新奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
Moxa IIoT 網(wǎng)關(guān)界面可在操作系統(tǒng)中清晰顯示各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，便于對(duì)設(shè)備服務(wù)進(jìn)行全生命周期管理。這也讓 Robotron NeMo 解決方案的實(shí)施和管理更加便捷，因?yàn)檫\(yùn)維人員可及時(shí)為變電站的所有 Moxa 設(shè)備遠(yuǎn)程更新補(bǔ)丁，無(wú)需親自到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作和維護(hù)，大幅節(jié)省時(shí)間。
Moxa IIoT 網(wǎng)關(guān)支持零接觸配置，確保授權(quán)設(shè)備連接至正確的系統(tǒng)。在這項(xiàng)研究中，Moxa 的分銷及 IIoT 服務(wù)合作伙伴 Sphinx Computers 負(fù)責(zé)訂購(gòu)解決方案組件，安裝 Robotron 軟件，配置 Moxa 網(wǎng)關(guān)，并在 Robotron ControlCenter 云平臺(tái)一一完成注冊(cè)，如此便完成了整個(gè)零接觸配置過(guò)程。Robotron 工程師只需將 Moxa IIoT 設(shè)備與配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商的電網(wǎng)相連，設(shè)備將自動(dòng)連接到 NeMo 設(shè)備管理云平臺(tái)，相互認(rèn)證后，云設(shè)置自動(dòng)導(dǎo)入，設(shè)備自動(dòng)完成激活。這一過(guò)程為運(yùn)維人員免去了逐一激活設(shè)備的繁瑣工作，操作非常簡(jiǎn)便，任何授權(quán)工程師都能輕松完成設(shè)備安裝。
面向未來(lái)的電網(wǎng)管理助力清潔能源革命
“監(jiān)測(cè)低壓電網(wǎng)是確保電網(wǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。我們認(rèn)為，Moxa 擁有過(guò)硬的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施專業(yè)知識(shí)和可靠的產(chǎn)品組合，在環(huán)保、耐用性、硬件安全方面完全滿足我們的預(yù)期，是值得信賴的長(zhǎng)期合作伙伴。我們相信，通過(guò)攜手 Moxa，我們能夠推動(dòng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型，滿足日益增長(zhǎng)的電動(dòng)車充電需求。”Robotron 首席執(zhí)行官 Ulf Heinemann
截至目前，MITNETZ STROM 運(yùn)營(yíng)的電網(wǎng)中已有 20 座變電站部署了 Moxa 智能網(wǎng)關(guān)，助力NeMo 平臺(tái)每小時(shí)提供近 15 萬(wàn)條數(shù)據(jù)。通過(guò)分析這些源源不斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商可以更好地維護(hù)電網(wǎng)連接 處的電壓頻帶，避免電纜和變壓器過(guò)載。此 外，該項(xiàng)目為在MITNETZ STROM 的整個(gè)電網(wǎng)中高效部署解決方案提供了藍(lán)圖。
目 前，Robotron 正著手?jǐn)U大部署，計(jì)劃新增 60 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，總計(jì)覆蓋 65 座配電站。Robotron 與 Moxa 聯(lián)合打造的解決方案可輕松應(yīng)用至 MITNETZ STROM 全網(wǎng)，助其以較低成本投入，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)可視化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) NetzFlex 目標(biāo)，即利用電動(dòng)車電池的存電和向電網(wǎng)反向輸電的能力。配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商還可從數(shù)據(jù)中提煉更多有用信息，探索其他提高運(yùn)營(yíng)效率的方法。
德國(guó)民眾越來(lái)越青睞電動(dòng)車等更清潔環(huán)保的交通工具。為滿足日益增長(zhǎng)的需求，MITNETZ STROM、Robotron、Moxa 將繼續(xù)通力合作，確保人們能夠隨時(shí)隨地便捷充電。
充電服務(wù)越穩(wěn)定可靠，消費(fèi)者越能輕松通勤，享受長(zhǎng)途旅行，并將汽車電池里的多余電量回充至電網(wǎng)。綠色革命在德國(guó)如火如荼，能源管理未來(lái)已來(lái)。