運行穩定、性能高效、安全可靠的時序數據庫 IoTDB，賦能電力系統智慧監控、管控、調控轉型。
2024 年 12 月 4 日央視新聞聯播報道，今年前十月，全國可再生能源發電新增裝機超過 2.3 億千瓦，同比增長超過兩成。其中，水電、風電、太陽能發電等清潔能源均實現了快速增長。可見，隨著能源格局的快速變化與“雙碳”戰略的逐步踐行，電力系統的綠色低碳轉型已成為重要發展趨勢。
伴隨新一輪科技革命和產業革命深入發展，數字化、智能化技術在新型電力系統發電側、電網側、儲能側等方向逐步擴大應用，對于推動傳統電力發輸配用向全面感知、雙向互動、智能高效轉變起到關鍵作用。國家能源局發布的《新型電力系統發展藍皮書》中，也明確強調“依托電力系統設備設施、運行控制等各類技術以及‘云大物移智鏈邊’等數字技術的創新升級，構建能源數字化平臺，助力構建高質量的新型電力系統”。
2024 年 12 月 4 日央視新聞報道數據
數字技術應用的首要目的應為激活發電設備、電網設施、儲能設備上報的時序數據價值，而時序數據庫是實現數據賦能產業升級的重要一環。通過時序數據庫對電力生產、傳輸、存儲和消費過程中的海量時序數據進行采集、存儲、分析以及對電力系統的實時監控、精準預測和智能調度，能源電力企業可以有效提升能源利用效率，降低運營成本，確保能源生產的安全性和可持續性，保障電網的安全穩定運行。
作為一款運行穩定、性能高效、安全可靠的時序數據庫產品，IoTDB 憑借集群高可用、低流量數據同步、跨網閘支持和優異的性能為企業提供國產化自主可控的時序數據管理解決方案，支撐企業應對大規模時序數據管理挑戰，推動傳統能源和可再生能源的高效管理與整合。
1. 行業痛點及 IoTDB 對應優勢
痛點：自主可控需求
優勢：國產自研
能源行業是發展國民經濟的重要物質基礎，對系統安全性、獨立性、技術支持及時性需求高。IoTDB 源于清華大學，可為企業提供安全可靠、不依靠任何第三方系統、無后門風險、覆蓋從部署到運維的全流程支持的時序數據庫。
痛點：高可用性需求
優勢：集群高可用
電力系統需確保數據管理平臺的穩定運行，防止服務中斷帶來的影響。IoTDB 支持集群高可用，通過多副本協議，具備在有效節省資源前提下的自動故障切換和節點恢復能力，同時提供秒級擴容能力，確保關鍵數據的持續高效服務。
痛點：高頻數據處理壓力
優勢：國際榜單性能第一
能源領域數據采集頻率高、數據類型多樣，對數據庫性能要求極高。IoTDB 優化了數據存儲、查詢和分析性能，單節點寫入速度高達千萬點/秒、查詢響應低至毫秒級，實現原始數據十倍以上無損壓縮，有效節省數據存算資源。在國際權威物聯網場景性能基準榜單 TPCx-IoT 中，IoTDB 性能指標位居第一。
痛點：網絡隔離
優勢：數據跨網閘支持
作為基礎行業之一，能源電力行業通過架設網閘隔離生產網、辦公網，跨網數據傳輸壓力大。IoTDB 通過協議優化、網閘適配等方式有效支持如南瑞 syskeeper2000 等多個網閘之間的跨網數據傳輸，實現端、邊、云的無縫數據協同。
痛點：傳輸流量大
優勢：低流量數據同步
電力系統傳感設備和遠程監測點數據流量大，多端網絡傳輸壓力大，接收端數據匯聚易產生瓶頸，造成傳輸擁堵。IoTDB 通過傳輸高壓縮底層文件等低流量同步機制，有效節省傳輸資源，降低近 90% 帶寬壓力及 CPU 消耗。
2. 解決方案架構
架構1：單站數據管理
面向電力單場站數據管理場景，基于 IoTDB 構建的解決方案可以支持在電力場站生產過程中，將閥門、儀表、開關等關鍵設備記錄的溫度、濕度、電壓、電流、功率等數據，通過用戶自定義數采程序存儲進 IoTDB。在保障高吞吐寫入、低成本存儲的基礎上，IoTDB 更支持采用雙活版部署，多副本管理進一步保證系統高可用，多重保障數據安全。
IoTDB 能夠在控制網為 DCS/SCADA 系統提供數據支撐，面向設備控制、事件記錄、告警檢查等需求場景，全面構建場站側實時性高、處理能力強、自動化程度高的電力監控系統；也能在管理網支持數據孿生服務，通過建立發電設備、廠區仿真模型，實時顯示設備的運行狀態與核心數據，實現電廠可視化、精細化管理，全面提升電廠生產管控與經營管理水平。
同時，IoTDB 允許網絡大區間跨單向網閘進行數據同步，并支持中斷自動重試、斷點續傳、最終一致等數據同步基本特性，在滿足能源電力行業對數據安全性要求的前提下，數據流轉代價進一步減小。
架構2：多站級聯匯聚
面向電力多場站數據級聯匯聚場景，基于 IoTDB 構建的解決方案支持生產環境中的繁雜測點通過數采程序高頻存儲至場站側單機版 IoTDB。場站側 IoTDB 可通過流批協同機制（重點數據毫秒級實時同步、全量數據高壓縮按需匯聚）實現區域數據的高效同步，多個場站 IoTDB 存儲的數據可通過 IoTDB 的底層數據文件 TsFile “插拔式” 傳輸，實現低網絡帶寬、低接收端 CPU 消耗的數據傳輸鏈路，匯總至區域側 IoTDB。
區域側支持部署雙活架構 IoTDB 接收海量數據，可利用其多副本特性實現高可用，并支持區域控制、數字孿生、智能分析等應用。運用內置同步管道 pipe，區域 IoTDB 可進一步將數據全量或降頻上傳到集團中心側進行匯聚。
集團側支持部署分布式集群 IoTDB，可充分利用分布式架構優勢實現負載均衡、秒級擴容等能力，全量匯聚各區域數據，進一步支持下游應用系統實現電力交易、出力預測、報表統計、故障診斷等業務需求，保障電力系統穩定、安全、高效運行，同時支撐集團利用海量時序數據進行模型訓練。
* 以上解決方案中“單機”、“雙活”、“集群”的部署模式僅為示例，企業可根據需求靈活選擇各點位 IoTDB 實際部署形態。
3. 應用場景及部分用戶
場景類型1：智能發電
應用場景：核電工業互聯網平臺（DHP）
應用舉例：中核武漢
中核武漢經過全面選型與性能驗證，選擇 IoTDB 為核電工業互聯網平臺（DHP）數據服務系統核心，服務智能核電廠與核電能源數字化建設，共實現了 50.3 萬個測點的實時數據接入和管理，處理了超過 4000 億條時序數據，日增數據超 6000 萬條。
作為核電工業互聯網平臺數據平臺核心組件，IoTDB 被部署于中心側集團數據中心，并于秦山核電、江蘇核電、福清核電、海南核電、三門核電、漳州能源六大核電基地部署，數據同步機制助力中核成功實現“一總部多基地”的集中分布式數據管控。
IoTDB 同時支持中核打造了包括國產化設備可靠性管理系統（ERMs）、國產化安全生產管理系統（ASP-1）、核電廠關鍵與敏感設備智慧管理系統（ASP-2）、運行數字孿生系統在內的多個核電數字化應用，提供包括低頻、高頻數據接入、存儲和查詢在內的時序數據服務，實現邊云一體、智能物聯。
應用場景：智能火電廠管控平臺、新能源智慧運營系統
應用舉例：華潤電力
2023 年開始，華潤電力深度應用時序數據庫 IoTDB，作為火電廠智能管控平臺與新能源智慧運營系統的時序數據管理核心，助力智能發電體系穩定高效運行。
針對智能火電廠場景，IoTDB 每秒需完成 100K+ 數據記錄的寫入，同時承擔 10K+ 的實時數據的定周期（1秒）查詢及不定期的歷史數據查詢，不僅是數據中臺的核心，還與消息隊列共同構成了各智能應用的互操作樞紐。
針對新能源場景，新能源智慧運營系統的省域集控（邊）和總部運管系統（云）全線采用 IoTDB 負責存儲管理生產過程的所有參數、狀態、報警等全量數據，I/O 測點已達 1000 萬以上，數據記錄達到超 10 億條/小時，目前已實現 6 個省域、近 100 個場站的監控管理。
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應用場景：智慧能源時序數據應用系統
應用舉例：大唐先一
大唐先一用 IoTDB 替換 OpenTSDB，構建智慧能源時序數據應用系統，支持智慧電廠實現全面數字化生產、管控、運營。目前，IoTDB 服務大唐集團 100 家電廠，涵蓋火電、水電、風電以及光伏發電場景，每家電廠日數據量達到 17 億及以上，存儲量級達 3 萬億。替換 IoTDB 后，系統運維難度大幅降低，運維成本減少 95%。
IoTDB 性能較為穩定，讀寫實時數據與讀取歷史數據效率均達到秒級響應，并能夠實現實時數據與歷史數據的高性能跨區、跨網閘同步，有效支撐各類實時系統應用、SIS 系統、大數據平臺服務，如智慧監盤、無人機巡檢、智能調度等。
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應用場景：發電機組遠程分析平臺
應用舉例：太極股份
太極股份使用 IoTDB 替換 Apache Druid，構建發電機組的遠程分析平臺，基于熱電廠故障錄波器/油色譜分析儀數據，從設備性能、設備健康度等多個維度對傳統發電機組各設備進行分析。目前，IoTDB 已管理 4 家電廠 11 個發電機組的時序數據，對風機鍋爐設備、發電機、變電設備等主輔機超 80000 關鍵測點進行監控，采集頻次最高達納秒級。
接入 IoTDB 后，系統運維成本減少 95%，有效支持不同數據源、不同采集頻次的高通量數據寫入、存儲與多樣查詢處理。IoTDB 提供傅里葉變幻、小波等專業數據處理方法，為分析數據提供了很大的便利，基于 IoTDB 開發的熱力學機理模型、評估模型等得以平穩運行，為火電機組診斷節約了人力、資金和時間成本。
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場景類型2：智慧儲能
應用場景：智慧儲能運營云平臺
應用舉例：上海電氣國軒
上海電氣智慧儲能運營云平臺依托 IoTDB 及能源數字化技術，構建了儲能系統的“端-邊-云”協同系統，實現儲能電站和設備的全面感知、實時監控、數據追溯、智能診斷以及儲能系統的全生命周期管理。目前平臺接入測點約 500 萬點以上，每個測點平均每 5～10 秒更新一次數據，總數據存儲量超過萬億條。
IoTDB 用以管理電池電芯、儲能電池簇、集裝箱儲能系統、5G 通信基站備用電源、UPS 備用電源等多類儲能設備監測數據，支持分析電池利用率、使用壽命等業務服務，并基于 TsFile 實現跨網閘文件同步，及端側向云側數據上傳。其在功能、性能等方面的優勢，成功幫助上海電氣國軒系統從重服務蛻變為輕服務，有效降低開發難度，減輕系統運維壓力，架構設計得到質的提高，并減少了企業的存儲成本和計算成本。
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應用場景：清安云綜合能源管理平臺
應用舉例：清安儲能
清安儲能選擇使用 IoTDB 作為清安云綜合能源管理平臺時序數據接入、存儲、查詢的核心組件，支持儲能設備運行狀態實時感知、遠程預警處置，實現電池全生命周期數據分析。IoTDB 便捷的數據取用鏈路也有力支撐了算法平臺數據模型的離線計算任務。
應用 IoTDB 后，時序數據平均壓縮比高達 90 倍，存儲成本降低 99%，實現應用服務實時最新值查詢、時間聚合統計查詢、關鍵部件運行狀態查詢等常用查詢場景毫秒級響應。因 IoTDB 的數據架構中單個設備下的物理量數量無限制，在清安儲能生產環境下，2 萬測點的單設備數據存儲與查詢性能表現良好。
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應用場景：儲能業務線時序數據管理方案
應用舉例：某儲能廠商
某儲能廠商經過深入的調研之后，在 InfluxDB 和 IoTDB 之間選擇了 IoTDB 作為儲能業務線的時序數據庫，并直接在業務應用的 K8S 環境上進行分布式架構部署，實現云上集成應用，以實時監測電池充放電過程，為儲能業務電池安全監控提供有力保障。
IoTDB 支持儲能設備端每隔 5 秒上報的超過 10 萬指標的全量時序數據存儲，穩定實現千萬級寫入吞吐，可覆蓋近 150 億個測點數月上報的時序數據管理。同時，并發 10 個聚合查詢場景，平均耗時小于 1 秒，有效提升數據的處理和實時分析能力。
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