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。新一屆聯邦政府上臺后繼續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。為了促進電動車創新和普及，上一屆政府曾出臺消費激勵政策，大力發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，創造可持續未來，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模化充電管理提供所需的工具和信息。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，公用事業部門和 IT 服務提供商攜手開展開創性研究項目和聯合項目。德國東部最大的區域配電系統運營商 MITNETZ STROM 與 Moxa 合作伙伴、聯網及狀態監測軟件頭部企業 Robotron 聯合進行的低壓電網監測研究項目即為范例。
技術挑戰
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 無法監測具體饋線的日常狀態，因而很難確定哪些組件必須升級，這也是各個配電系統運營商面臨的通病。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測硬件和軟件，需要花費數億美元。為保障電網穩定運行，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》規定的可擴展云系統。此外還需協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
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、IIoT 領域享有盛譽的頭部企業 Robotron。
Moxa 受邀提供專業操作技術
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、公用事業市場的企業合作，因此選擇攜手全球領先的工業聯網、工業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、水處理、油氣、公共交通等領域積累了豐富經驗。Moxa 系統基于開源技術，因此可輕松與邊緣和云端的其他系統和接口集成。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節
這項創新性研究項目的主要目標是通過監測 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 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積淀解決了諸多復雜問題，為 MITNETZ STROM 創造更大價值，形成協同效應。
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 負責監測本地電網和站點，重點監測配電站狀態并在必要時發出警報。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，用戶便能及早發現。NeMo 解決方案只需經過簡單調整，即可用于其他行業和應用。
前所未有的可擴展性和無線管理優勢
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中清晰顯示各個設備的狀態，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。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
“監測低壓電網是確保電網長期穩定運行的關鍵。我們認為，Moxa 擁有過硬的關鍵基礎設施專業知識和可靠的產品組合，在環保、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測數據，配電系統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保的交通工具。為滿足日益增長的需求，MITNETZ STROM、Robotron、Moxa 將繼續通力合作，確保人們能夠隨時隨地便捷充電。
充電服務越穩定可靠，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。