案例概覽
德國如何提高電動車普及率？
作為世界第四大汽車市場，德國的電動車保有量正迅速增長。新一屆聯(lián)邦政府上臺后繼續(xù)落實前任政府制定的“氣候保護計劃 2030”，承諾 2030 年前將全國電動車保有量提升至 1,500 萬輛以上。為了促進電動車創(chuàng)新和普及，上一屆政府曾出臺消費激勵政策，大力發(fā)展相關基礎設施建設，推動 2020 年電動車銷量飆升至 394,632 輛（包括純電動車和插電式混合動力車），占當年全國汽車銷售總量的 13.5%。同時，德國一些州級和市級政府為了減少碳排放，創(chuàng)造可持續(xù)未來，也在積極普及電動公交和卡車，兩者數量均呈上升之勢。
然而，德國要想加快電動車普及速度，卻并非易事。同其他國家一樣，德國必須建設更可靠的充電基礎設施，并為電網運營商開展規(guī)?；潆姽芾硖峁┧璧墓ぞ吆托畔?。在現有充電設施中，如果某根饋線上的電動車充電負荷增長過快，相應的配電變壓器可能很快就會過載，嚴重時可能導致電網全線故障或停電，對民眾生產生活造成重大影響。因此，行業(yè)參與者希望采取措施，確保電動車充電不會影響電網安全。
為解決這一難題，公用事業(yè)部門和 IT 服務提供商攜手開展開創(chuàng)性研究項目和聯(lián)合項目。德國東部最大的區(qū)域配電系統(tǒng)運營商 MITNETZ STROM 與 Moxa 合作伙伴、聯(lián)網及狀態(tài)監(jiān)測軟件頭部企業(yè) Robotron 聯(lián)合進行的低壓電網監(jiān)測研究項目即為范例。
技術挑戰(zhàn)
電網運行首次實現可視化
前沿研究為電網投資指明方向
電動車發(fā)展勢頭迅猛，為這一研究項目的誕生提供了契機。項目各參與方希望借此提高低壓電網的透明度。此前，MITNETZ STROM 無法監(jiān)測具體饋線的日常狀態(tài)，因而很難確定哪些組件必須升級，這也是各個配電系統(tǒng)運營商面臨的通病。MITNETZ STROM 運營的低壓電網線路總長超過 4.5 萬千米，每座配電站有 5 至 40 條獨立饋線，每條饋線有一條三相電路。如果為所有配電站安裝監(jiān)測硬件和軟件，需要花費數億美元。為保障電網穩(wěn)定運行，運營商需通過成本低、效率高的手段來實時采集低壓電網中輸出饋線的所有相關變量（包括電流、電壓等），并按照自主設定的時間間隔（例如若干分鐘），將數據傳輸至符合歐盟《通用數據保護條例》規(guī)定的可擴展云系統(tǒng)。此外還需協(xié)調不同終端設備的數據訪問請求，并支持通過遠程訪問進行配置。
通過這項試點研究項目，MITNETZ STROM 更清楚地掌握了饋線狀態(tài)和電動車普及趨勢，也更確定必須著力建設和升級變電站、變壓器、傳感器等硬件設施，推進自動化轉型，才能更好地應對配電變電站和饋線面臨的變化。
解決方案
獨特的先進解決方案，確保電力供應安全可靠、可持續(xù)
IIoT 專家 Robotron成為研究項目合作伙伴
在這項德國史無前例的試點研究項目中，數據是第一大難關，因此必須在項目啟動之初就納入數據專家。MITNETZ 選擇了在能源、公用事業(yè)、IIoT 領域享有盛譽的頭部企業(yè) Robotron。
Moxa 受邀提供專業(yè)操作技術
Robotron 雖擁有符合項目要求的一體化 IIoT 平臺 NeMo，但仍需要與深諳操作技術 (OT)、邊緣計算、公用事業(yè)市場的企業(yè)合作，因此選擇攜手全球領先的工業(yè)聯(lián)網、工業(yè)計算及自動化解決方案提供商Moxa。
Moxa 曾為諸多關鍵基礎設施的 IIoT 解決方案提供方案設計、咨詢、運維支持，在公用事業(yè)、水處理、油氣、公共交通等領域積累了豐富經驗。Moxa 系統(tǒng)基于開源技術，因此可輕松與邊緣和云端的其他系統(tǒng)和接口集成。在這項研究項目中，Robotron 與 Moxa 共同推出了零接觸配置，有效簡化了集成設備部署。
IIoT: 改善電網運營的缺失環(huán)節(jié)
這項創(chuàng)新性研究項目的主要目標是通過監(jiān)測 20 座變電站和 184 條饋線，初步掌握低壓電網中負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 量 傳 感 器、IIoT 網 關、RoboGate 邊緣軟件、云處理設備、前端應用構成，可輕松實現云連接。兩家公司還憑借深厚的專業(yè)積淀解決了諸多復雜問題，為 MITNETZ STROM 創(chuàng)造更大價值，形成協(xié)同效應。
隨時隨地暢享一站式智能服務
Moxa 網關采集到傳感器中的數據后，交由 Robotron 的 RoboGate 邊緣軟件處理，隨后傳輸給 Azure IoT
Hub，由 Azure Data Explorer 進行完善、轉換和可視化處理，以供開展高級分析或生成警報。電網中每一站點的數據都可在簡潔的網頁界面上查詢，儀表板呈現的圖表和關鍵績效指標數據清晰易懂。NeMo 可顯示過去 8 小時和 72 小時的數據，并能形成相應的熱圖，便于用戶以小時為單位對比 7 天內的數據。
Robotron NeMo 解決方案是流數據平臺，能夠近實時處理大量數據。NeMo 負責監(jiān)測本地電網和站點，重點監(jiān)測配電站狀態(tài)并在必要時發(fā)出警報。因此如有站點負荷過重或即將過載，或存在既有或已知限制導致的任何異常，用戶便能及早發(fā)現。NeMo 解決方案只需經過簡單調整，即可用于其他行業(yè)和應用。
前所未有的可擴展性和無線管理優(yōu)勢
Moxa 為研究項目提供了智能 IIoT 網關，可從傳感器安全采集相位角、電壓、電流、工頻等用電數據，其獨到之處在于無論在邊緣還是云端，都能與 Robotron 的系統(tǒng)和接口輕松集成。在這項研究中，Moxa IIoT 網關的本地設備管理界面與 RoboGate 現場網關解決方案、RoboGateControlCenter、RoboGate RemoteService 等關鍵要素相結合，為數據采集、遠程管理、配置、設備無線更新奠定堅實基礎。
Moxa IIoT 網關界面可在操作系統(tǒng)中清晰顯示各個設備的狀態(tài)，便于對設備服務進行全生命周期管理。這也讓 Robotron NeMo 解決方案的實施和管理更加便捷，因為運維人員可及時為變電站的所有 Moxa 設備遠程更新補丁，無需親自到現場進行操作和維護，大幅節(jié)省時間。
Moxa IIoT 網關支持零接觸配置，確保授權設備連接至正確的系統(tǒng)。在這項研究中，Moxa 的分銷及 IIoT 服務合作伙伴 Sphinx Computers 負責訂購解決方案組件，安裝 Robotron 軟件，配置 Moxa 網關，并在 Robotron ControlCenter 云平臺一一完成注冊，如此便完成了整個零接觸配置過程。Robotron 工程師只需將 Moxa IIoT 設備與配電系統(tǒng)運營商的電網相連，設備將自動連接到 NeMo 設備管理云平臺，相互認證后，云設置自動導入，設備自動完成激活。這一過程為運維人員免去了逐一激活設備的繁瑣工作，操作非常簡便，任何授權工程師都能輕松完成設備安裝。
面向未來的電網管理助力清潔能源革命
“監(jiān)測低壓電網是確保電網長期穩(wěn)定運行的關鍵。我們認為，Moxa 擁有過硬的關鍵基礎設施專業(yè)知識和可靠的產品組合，在環(huán)保、耐用性、硬件安全方面完全滿足我們的預期，是值得信賴的長期合作伙伴。我們相信，通過攜手 Moxa，我們能夠推動電網轉型，滿足日益增長的電動車充電需求。”Robotron 首席執(zhí)行官 Ulf Heinemann
截至目前，MITNETZ STROM 運營的電網中已有 20 座變電站部署了 Moxa 智能網關，助力NeMo 平臺每小時提供近 15 萬條數據。通過分析這些源源不斷的實時監(jiān)測數據，配電系統(tǒng)運營商可以更好地維護電網連接 處的電壓頻帶，避免電纜和變壓器過載。此 外，該項目為在MITNETZ STROM 的整個電網中高效部署解決方案提供了藍圖。
目 前，Robotron 正著手擴大部署，計劃新增 60 萬個數據點，總計覆蓋 65 座配電站。Robotron 與 Moxa 聯(lián)合打造的解決方案可輕松應用至 MITNETZ STROM 全網，助其以較低成本投入，實現電網狀態(tài)可視化，進而實現 NetzFlex 目標，即利用電動車電池的存電和向電網反向輸電的能力。配電系統(tǒng)運營商還可從數據中提煉更多有用信息，探索其他提高運營效率的方法。
德國民眾越來越青睞電動車等更清潔環(huán)保的交通工具。為滿足日益增長的需求，MITNETZ STROM、Robotron、Moxa 將繼續(xù)通力合作，確保人們能夠隨時隨地便捷充電。
充電服務越穩(wěn)定可靠，消費者越能輕松通勤，享受長途旅行，并將汽車電池里的多余電量回充至電網。綠色革命在德國如火如荼，能源管理未來已來。