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中国电网布局边缘服务器层

时间:2019-05-23 阅读:
腾讯希望透过部署分布式边缘分服务器的新监控,管理和控制层来改变分布式电能生产和消耗的管理方式。这些坚固可靠、功能强大的新型高速设备可以实时连接到所有分散设备,实现电能管理。

腾讯希望透过部署分布式边缘分服务器的新监控,管理和控制层来改变分布式电能生产和消耗的管理方式。这些坚固可靠、功能强大的新型高速设备可以实时连接到所有分散设备,实现电能管理。上海金山工业园区是首个部署这种新型边缘服务器层的典范。这些设备基于康佳特支持实时功能的服务器模块构建,该服务器性能卓越,可提供从英特尔® 至强®到 英特尔 凌动® C3xxx 处理器的广泛性能和接口扩展能力,从而以高度自动的灵活方式满足特定的本地需求。gmcEETC-电子工程专辑

电网呈现高度分散的趋势

在信息行业,数据的生成与交换是最重要的生产因素和价值驱动因素之一。这一点对于电能行业尤为重要,各种电力用户和发电厂越来越趋向于将集中发电转换到高度分散式分区电网。如此庞大的网络拓扑结构增加了对大量实时信息和同步的需求,以确保实现最优电网平衡。除此以外,还可以实现节能,例如,降低能源需求高的生产成本,节省环境耗能,保护气候环境。因此,需要更多信息来帮助提升住房、工厂、城市甚至整个国家范围内的电能效率。最后,优化送电管理的需求亟待解决,这需要远程电表管理这类新型服务设施来降低成本,或者采用人工智能 (AI) 进行特殊峰值负荷控制,以实现基于用电量的收费,从而改进用户体验并且更有效地均衡整体日均能耗。gmcEETC-电子工程专辑

本地边缘服务器整体研究

面对各方需求,全球的电力公司采用了各种各样的措施来应对每种具体的需求,从而实现智能操作流程。但截至目前,没有任何整体研究表明所有相关电能管理设备能够通过本地边缘服务器平台实时连接。这种新型的本地层级网络能够管理分布式电力设备的整个电能生态系统。例如,它可以提供核心应用程序来实现公司内的多级电能协作、需求侧响应、全面环境管理、高效运营和维护管理,以及以用户为中心的电能服务,例如中国地区的综合型能源服务公司 (ESCO)。 通过集成腾讯分布式服务架构 (TSF),电能物联网以及大数据分析和可视化这些先进技术,可助力ESCO优化运营和维护效率,节省电能。gmcEETC-电子工程专辑

为了提供这项全面的服务,来自腾讯科技的能源市场专家将腾讯云的技术功能与大型对象相结合,与电网、行业领先的服务提供商、知名大学和研究机构协力合作,为综合型 ESCO 提供服务全面且功能丰富的边缘服务器基础架构。这项解决方案设计用于提供创新集成的下一代信息和电能技术,支持传统电力服务公司快速转型。一旦此项服务全面上市,它将支持数千种电力设备、数百种电力协议,并且可支持在线编辑通用标准协议以及动态完成通用标准设备类型。gmcEETC-电子工程专辑

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图 1 : 智能电网技术部署于发电、配电和用电领域。目前,随着再生电能和电能管理需求提升,用电领域涌现了许多新需求。该新型边缘服务器平台设计用于管理用电领域内的所有需求,从小型电网到包含各种再生电源的智能城市,助力实现本地负荷平衡。gmcEETC-电子工程专辑

优化响应时间

优化响应时间不是通过中央云或中央服务器即可实现的,因为系统要求的限制因数是响应时间低于 10 毫秒,这样控制系统才能准确响应不断变化的电力来源和电力消耗。在中央云拓扑技术中,数据从源传输到中央云并备份的时间通常约为 150 到 200 毫秒。本地部署边缘服务器可以将电力设备和控件之间的数据交换时间减少至 2 到 5 毫秒。这大幅缩短了延迟和响应时间,从而优化智能电网应用的性能。gmcEETC-电子工程专辑

这正是腾讯推进在中国电网边缘部署云技术的动因。此前,市场需要构建一个边缘服务器系统来桥接所有不同的本地协议和互连,并提供强大的计算能力来支持协议转码、人工智能(AI) 和实时控制所有现场不同的全部设备,还能为设备间提供数十亿笔消息传输所需的带宽。此外,这套系统的设计需要能够承受严苛的现场环境条件,例如提供抗高低温、抗震动能力,还需为服务器提供远程管理等功能来确保可靠的运行,从而减少维护工作。由于这些系统还会用作本地物联网网关/集线器来与中央腾讯云进行信息交换,另外还要求其能够通过移动设备上的 QR 或条形码扫描快速部署能源设备,它们还必须具备接入中央云的高带宽连接能力。gmcEETC-电子工程专辑

目前,系统集成商可通过一键扫描代码实现快速部署电力设备。通过这种扫描方式,系统可以快速将电力设备绑定到边缘服务器及其云(亦称“雾”)并对其进行参数设置。此外,系统在部署模式下使用非接触式传感器进行连续安装和调试。另有一个虚拟设备库,帮助用户进行设备选型和评估。借助这些价值宝贵的功能和计算机辅助流程,设备安装和部署周期已从一天缩减至一小时。安装的上层使用凭证或密钥授权方式来确保安全访问设备。gmcEETC-电子工程专辑
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图2 : 边缘服务器技术由腾讯云和物联网中心提供支持,设计旨在构建中国智能电网的新边缘服务器层。此项技术支持数百种电力协议,能够连接数千种不同的电力设备,可接入数十亿台电能设备设施并发出数万亿条消息。gmcEETC-电子工程专辑

部署现实应用

自 2018 年 5 月起,电力边缘服务器新平台已完成首次现场测试,并将在上海金山工业园区部署首个现实应用,实现实时采集所有类型的数据,进行数据动态监控、电力分析、成本计算、性能评估、并报告发布、能源管理优化与节能潜力等特性。具体服务范围包括技术负荷和安全问题以及管理采购与销售合同,涵盖风险与能源效率管理。gmcEETC-电子工程专辑

未来的目标是实现更大容量、更强智能、更快速度的互连: 凭借腾讯云全球数据中心强大的综合计算能力和边缘系统,这种分布式边缘服务器层可支持数十亿个电能设备接入点,能够可靠传输数兆消息与决策。系统采用分散式边缘服务器逻辑,能够以最低成本实现住房、小型电网到智能城市和虚拟电网的最高能源效率,因此所有这些功能都能实时进行。研究预测,按每1,000名居民需要一台边缘服务器计算,构建中国全国范围的边缘服务器基础架构需要约126万台边缘服务器。因此,只需在接下来几年里部署少量边缘服务器即可实现目标,但近期的设备安装项目至少已打下第一部分坚实的基础。gmcEETC-电子工程专辑

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图3:通过一个仪表板可向综合型能源服务公司提供所需的全部信息,帮助优化运营和维护效率,并节省电能。gmcEETC-电子工程专辑

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图4: 服务器模块设计采用模块化方式,因此边缘服务器硬件平台可在单系统设计中扩展处理器性能和 I/O 接口。模块是基于 PICMG 发布的 COM Express Type7 标准。硬件供应商-德国康佳特,与国内系统集成商和英特尔合作,负责提供全部硬件平台,包括所有必要的测试和服务。gmcEETC-电子工程专辑

COM Express带来的硬件适应性

对于新一代边缘设备的自适应硬件,边缘服务器设计人员已选用基于 COM Express Type7模块的灵活系统设备。这些模块采用标准规格和散热解决方案,具备服务器级性能和功能。模块为应用就绪的超级组件,包括CPU、控制集线器、内存以及USB、PCIe和以太网连接等核心功能单元。COM Express Type7 模块是目前首款支持数个万兆以太网连接的模块。在快速连接方面,它可提供多达 32 条 PCIe 通道,为基于深度神经网络的AI应用增加快速NVMe存储以及GPGPU。应用程序的具体设计通过装有应用程序特定连接线和外设的载板来执行。这样只需更换模块即可用一种载板设计实现不同的性能等级。这种策略还为未来的更新换代带来优势,只需更换功能更加强大的模块型号即可轻松集成更高性能。gmcEETC-电子工程专辑

服务器模块

首批系统基于搭载英特尔®至强® D15xx 处理器的模块,多达 16 核 32 线程。这些处理器是 英特尔® AVC2 扩展版本,具有更高的内核性能,可在与 AI 和英特尔® TSX-NI 相关的多个数据对象上执行相同的运行操作,核心聚焦于多线程性能转换,帮助提升并行运行效率。所有这些特性造就了优异的功率性能,确保电量产出高、整体服务器级性能优。可根据英特尔凌动® C3xxx 处理器选择具体配置。这些处理器支持多达 16 核,是面向需要处理小型封装尺寸并且耗能低至11W TDP 的所有设备的理想选择。两个模块均可提供 ECC RAM,具有高数据完整性,支持 ‑40°C 至 +85°C 的扩展温度范围,即便在极端条件下,依然能保证出色的可靠性。硬件供应商-德国康佳特,与国内系统集成商和英特尔合作,负责提供全部硬件平台,包括所有必要的测试和服务。gmcEETC-电子工程专辑

“非常荣幸能够与康佳特合作开展此能源边缘服务器项目,这是一项全新的服务,德国技术在地化的支持,便于双方顺利沟通项目需求。而且康佳特引领COM Express Type7标准制定,是我们独一无二的理想供应商,”腾讯科技CTO张志东表示。gmcEETC-电子工程专辑

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图 5:康佳特的 COM ExpressType7计算机模块conga-B7AC/B7XD 部署在近期的上海金山工业园区项目中,可从12W TDP 英特尔 凌动® C3000 扩展到 英特尔® 至强® D16核 32线程处理器。gmcEETC-电子工程专辑

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