摘要

為應(yīng)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)的要求,基于“云大物移智”等新一代信息通信技術(shù)的配電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生,成為能源轉(zhuǎn)型“再電氣化”發(fā)展的新思路、新模式、新焦點(diǎn)。文章首先論述配電物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵構(gòu)想和應(yīng)用特征,強(qiáng)調(diào)其全面感知與軟件定義的屬性;其次提出由“云、管、邊、端”構(gòu)成的配電物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),強(qiáng)化了對(duì)“邊”、“端”的功能定位與技術(shù)創(chuàng)新;然后介紹了未來(lái)配電物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用方向,除增強(qiáng)配電網(wǎng)的智能化管控能力外,其也將促成個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸等新型應(yīng)用模式;最后分析了配電物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施對(duì)電力公司、電力用戶及社會(huì)的重要意義,并根據(jù)前期試點(diǎn)成果,提出配電物聯(lián)網(wǎng)下一步發(fā)展的建議。

關(guān)鍵詞 :配電物聯(lián)網(wǎng);全面感知;軟件定義;分布式智能;

(來(lái)源：微信公眾號(hào) 電網(wǎng)技術(shù) ID：dwjs1957 作者：呂軍1, 欒文鵬2, 劉日亮1, 王鵬2, 林佳穎2)

0 引言

配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端環(huán)節(jié)[1-2],面向廣大用戶,其運(yùn)行狀況直接影響用戶體驗(yàn)和供電可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì),用戶平均停電時(shí)間的90%以上是由配電網(wǎng)的因素引起的[3-4]。而近幾年備受關(guān)注的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和智慧城市建設(shè)等又對(duì)配電網(wǎng)發(fā)展提供了全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[5]。

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)配電網(wǎng)的建設(shè)一直在不斷推進(jìn)。20世紀(jì)90年代,配電網(wǎng)建設(shè)資金短缺,設(shè)備技術(shù)性能落后,調(diào)節(jié)手段不足,事故頻繁發(fā)生,通過(guò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、采用先進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)等方式對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行改造,為實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化打下基礎(chǔ)[6]。2009年國(guó)家電網(wǎng)公司開(kāi)始全面建設(shè)智能電網(wǎng),要求配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與信息交互、支持不同比重的分布式能源接入[7],除大范圍試點(diǎn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)外[8],還建設(shè)了生產(chǎn)管理系統(tǒng)[9]、供電服務(wù)指揮系統(tǒng)[10]、用電信息采集系統(tǒng)或高級(jí)量測(cè)體系[11]等信息管理系統(tǒng)。近幾年,隨著新能源技術(shù)[12-13]、配電技術(shù)[14-16]、用電能效技術(shù)[17-19]、信息通信技術(shù)[20-21]的迅速發(fā)展,配電網(wǎng)已從單純的電力網(wǎng)絡(luò)向智能能源信息一體化方向演變。但是配電網(wǎng)建設(shè)仍然面臨設(shè)備總量大[1]、量測(cè)覆蓋率嚴(yán)重不足[2]、設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化程度低[22]、發(fā)展不平衡不充分[23]、可變負(fù)荷沖擊大[24]、市場(chǎng)化調(diào)節(jié)機(jī)制手段相對(duì)較少[25]、用戶需求逐步呈現(xiàn)多樣化[26]等諸多挑戰(zhàn)。

當(dāng)前,以新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用為標(biāo)志,以“再電氣化”為路徑的新一輪能源革命,正在全球范圍深入發(fā)展[27-28]。作為能源革命中心環(huán)節(jié)的電網(wǎng),從技術(shù)特征上看,正向新一代電力系統(tǒng)演進(jìn);而從功能形態(tài)上看,將向能源互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)[23]。在此背景下,傳統(tǒng)的配電網(wǎng)管理模式、技術(shù)手段,已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求,無(wú)法滿足人民群眾美好生活的用電需求。近年來(lái),以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息通信技術(shù)不斷發(fā)展?jié)B透[29-30],車聯(lián)網(wǎng)、健康、家居、智能硬件、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)市場(chǎng)需求日益活躍[31],為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成以人為中心的、信息物理深度融合的聯(lián)通互動(dòng)、數(shù)字孿生、虛實(shí)交融的新業(yè)態(tài)指明了方向。能源管理作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用改造的關(guān)鍵領(lǐng)域,亟需在管控手段薄弱的配電網(wǎng)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)理念和“云大物移智”等先進(jìn)技術(shù)[32-33],在實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可觀可控的基礎(chǔ)上,提升信息數(shù)據(jù)的集成與應(yīng)用能力,實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)與配電系統(tǒng)的融合,從本質(zhì)上提升配電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)維、管理水平,適應(yīng)精益化的管理要求,快速靈活地適應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化,滿足能源轉(zhuǎn)型“再電氣化”需求。因此,配電物聯(lián)網(wǎng)的理念和解決方案應(yīng)運(yùn)而生,并將成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)布局的新思路、新模式、新焦點(diǎn)。

1 內(nèi)涵和構(gòu)想

配電物聯(lián)網(wǎng)是能源轉(zhuǎn)型要求下配電網(wǎng)融合以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息通信技術(shù)的新型發(fā)展形態(tài),其概念的提出融合了當(dāng)前主要的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展需求,具體包括：

1）物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)是感應(yīng)通信技術(shù)、基于IP技術(shù)的智能采集技術(shù)、容器技術(shù)、第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)等新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用[11,31,34]。基于感知、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用3層結(jié)構(gòu)[35],

使更多的設(shè)備實(shí)現(xiàn)廣覆蓋的采集、更低成本和低風(fēng)險(xiǎn)的泛在接入,以及更深入的智能控制[36-37],促進(jìn)生產(chǎn)生活和社會(huì)管理進(jìn)一步向智能化、精細(xì)化、網(wǎng)絡(luò)化方向轉(zhuǎn)變[38]。

2）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)深度融合的產(chǎn)物,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的重要載體[39-40]。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)中,數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ),對(duì)多源信息進(jìn)行高效采集和云端匯聚;工業(yè)PaaS是核心,為工業(yè)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)提供一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái);工業(yè)APP是關(guān)鍵,推動(dòng)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和最佳實(shí)踐的模型化、軟件化、再封裝,實(shí)現(xiàn)對(duì)特定制造資源的優(yōu)化 配置[41]。

3）智能電網(wǎng)分布式智能體系。

隨著通信和信息技術(shù)的進(jìn)步,電網(wǎng)的管理也由以往的集中式管理向集中式和分布式管理協(xié)同的方向發(fā)展,把決策能力延伸到電網(wǎng)末端。智能電網(wǎng)分布式智能體系把電網(wǎng)分成許多片(cell),每片中包含許多由片內(nèi)通信連接起來(lái)的智能網(wǎng)絡(luò)代理(IA),可以對(duì)局部控制并作出自主決策,也可以經(jīng)片內(nèi)的協(xié)調(diào)做出決策,如圖1所示[42]。同時(shí)各片之間,以及配電調(diào)度中心和輸電調(diào)度中心之間也通過(guò)通信聯(lián)接,根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求協(xié)調(diào)決策,實(shí)現(xiàn)跨地理邊界和組織邊界的智能控制,使整個(gè)系統(tǒng)具有自愈功能[3]。

4）基于IP技術(shù)的電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)管。

對(duì)電網(wǎng)設(shè)備和資產(chǎn)運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)管,從而保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行以及電網(wǎng)資產(chǎn)的高效健康利用,是各電力公司追求的終極目標(biāo)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。基于成熟的IP技術(shù)和工具(如IPv6的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)),電力公司可以部署配電設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)元件的監(jiān)控和管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)全部配電設(shè)備在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視圖下納入集中統(tǒng)一管理,具備遠(yuǎn)程狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障事件收集記錄、故障點(diǎn)定位和排查、智能設(shè)備的身份驗(yàn)證和登錄準(zhǔn)入等功能,有效降低配電網(wǎng)運(yùn)行和維護(hù)的復(fù)雜程度[43]。

圖1 分布式的智能電網(wǎng)智能體系結(jié)構(gòu)Fig. 1 Architecture of distributed smart grid

5）軟件定義。

軟件定義是在物理資源虛擬化的基礎(chǔ)上,通過(guò)管理任務(wù)可編程實(shí)現(xiàn)靈活、多樣和定制的系統(tǒng)功能,從而實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)物理硬件設(shè)施與系統(tǒng)的賦值、賦能和賦智。目前,軟件定義已經(jīng)延伸出了多種概念和技術(shù),包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算、環(huán)境、數(shù)據(jù)中心等,為人、機(jī)、物融合下的各種資源全方位互聯(lián)互通提供了堅(jiān)實(shí)的理論技術(shù)基礎(chǔ)[44]。

6）信息物理融合建模。

信息物理系統(tǒng)(cyber physical system,CPS)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信以及控制技術(shù)深度融合的下一代工程系統(tǒng),更強(qiáng)調(diào)全面的信息獲取和利用,因而融合建模是其研究重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域信息模型與服務(wù)的抽象與規(guī)范,以及通信服務(wù)的映射,支持端到端的發(fā)布與定義機(jī)制,滿足不同應(yīng)用服務(wù)需求[45]。

上述技術(shù)和應(yīng)用均是互聯(lián)網(wǎng)根據(jù)不同的應(yīng)用需求發(fā)展而成的具有不同側(cè)重的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)形態(tài)。配電物聯(lián)網(wǎng)將其應(yīng)用于電力、能源領(lǐng)域,充分吸收物聯(lián)網(wǎng)的泛在感知和IP通信的特點(diǎn)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的泛在計(jì)算技術(shù)(平臺(tái)+APP),并融合分布式智能體系把智能代理分布于電網(wǎng)不同層點(diǎn)的設(shè)想,引入云計(jì)算和邊緣計(jì)算相結(jié)合的分布式智能協(xié)同工作的理念,借鑒軟件定義構(gòu)想和信息融合建模,實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)和資產(chǎn)的全面感知和監(jiān)管,形成了自己獨(dú)特的內(nèi)涵：

配電物聯(lián)網(wǎng)是傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合產(chǎn)生的一種新型電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行形態(tài),通過(guò)賦予配電網(wǎng)設(shè)備靈敏準(zhǔn)確的感知能力及設(shè)備間互聯(lián)、互通、互操作功能,構(gòu)建基于軟件定義的高度靈活和分布式智能協(xié)作的配電網(wǎng)絡(luò)體系,實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的全面感知、數(shù)據(jù)融合和智能應(yīng)用,滿足配電網(wǎng)精益化管理需求,支撐能源互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展,是新一代電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)的運(yùn)行形式和體現(xiàn)。

2 應(yīng)用特征

在應(yīng)用層面上,配電物聯(lián)網(wǎng)具備以下特征：

1）狀態(tài)全面感知。

在配變、分支箱、戶表、充電樁、分布式能源等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)用低成本的智能識(shí)別和感知技術(shù),對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備及線路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理;同時(shí)建立統(tǒng)一的信息模型和映射機(jī)制,促進(jìn)各類設(shè)備與應(yīng)用在IP網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫對(duì)接,即插即用,通過(guò)廣泛互聯(lián),實(shí)現(xiàn)端到端及端到云的互聯(lián)互通互操作,為構(gòu)建安全、標(biāo)準(zhǔn)、兼容、可靠的支持多種業(yè)務(wù)融合的新型配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)。

2）分布式智能部署。

在云主站部署基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)框架的集中式數(shù)據(jù)計(jì)算,同時(shí)賦予終端設(shè)備部署快速、算法簡(jiǎn)便的邊緣計(jì)算和就地管控能力,促使二者在網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、應(yīng)用和智能方面進(jìn)行深度協(xié)同,使配電網(wǎng)具備分布式智能以及各級(jí)智能自治/協(xié)同的能力。通過(guò)云-端協(xié)同,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速?zèng)Q策和響應(yīng)。

3）軟件定義系統(tǒng)。

將軟件定義與數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能技術(shù)深度融合,形成包括軟件定義主站、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義終端在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈,通過(guò)軟硬解耦,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速迭代,打破原有封閉、隔離、固化的管理模式,構(gòu)建扁平、靈活、高效的新型業(yè)務(wù)系統(tǒng)形態(tài)。

4）應(yīng)用模式升級(jí)。

通過(guò)建設(shè)包括資源管理、數(shù)據(jù)建模及分析、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等功能在內(nèi)的核心和共性技術(shù),實(shí)現(xiàn)配電技術(shù)的模型化,提高應(yīng)用服務(wù)開(kāi)發(fā)效率,促進(jìn)現(xiàn)有配電業(yè)務(wù)的增量型和進(jìn)化型改進(jìn),并創(chuàng)造出更多基于物聯(lián)網(wǎng)理念的應(yīng)用,促成新的產(chǎn)品和服務(wù)模式,拓展新的發(fā)展方向。

5）業(yè)務(wù)快速迭代。

針對(duì)業(yè)務(wù)需求,基于配電終端硬件平臺(tái)化的基礎(chǔ),以軟件定義的方式,在配電終端及主站實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)的快速靈活部署,滿足配電網(wǎng)形態(tài)多樣和快速變化的業(yè)務(wù)需求。

6）資源高效利用。

基于云-端協(xié)同的分布式智能架構(gòu),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等資源的統(tǒng)一管控、彈性分配,提高數(shù)據(jù)、通信、計(jì)算等各方面資源的整體配置

效率。

3 體系架構(gòu)

按照配電物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想,依據(jù)軟件定義的原則和可靠性、經(jīng)濟(jì)性、擴(kuò)展性、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化等方面的需求,本文提出了配電物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu),如圖2所示。區(qū)別于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的3層架構(gòu),配電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)整體上可劃分為“云、管、邊、端”4個(gè)部分。

3.1 端

“端”是配電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的狀態(tài)感知和執(zhí)行控制主體終端單元,其利用傳感技術(shù)、芯片化技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)、電氣量信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、采集、感知,突破了低壓配電網(wǎng)不可觀測(cè)的限制,也擴(kuò)大了中壓配電網(wǎng)的量測(cè)覆

蓋范圍,是實(shí)現(xiàn)配電物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ);同時(shí),“端”也是配電網(wǎng)保護(hù)、控制操作的末端執(zhí)行單元,支撐配電網(wǎng)可靠運(yùn)行操作動(dòng)作的執(zhí)行。不同于傳統(tǒng)終端軟硬件綁定的設(shè)計(jì)思路,“端”層設(shè)備采用通用的硬件資源平臺(tái),通過(guò)APP以軟件定義方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能,基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,提高程序開(kāi)發(fā)效率和可擴(kuò)展性,降低維護(hù)難度及各APP之間的耦合性,便于業(yè)務(wù)快速部署和擴(kuò)展。“端”層示意圖如圖3所示。

圖2 配電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)Fig. 2 Architecture of D-IoT

圖3 “端”層示意圖Fig. 3 Diagram of terminal layer

3.2 邊

“邊”是一種靠近物或數(shù)據(jù)源頭處于網(wǎng)絡(luò)邊緣的分布式智能代理,就地或就近提供智能決策和服務(wù)。“邊”和“端”從物理的角度上可以是一體化的,例如正在部署的智能配變終端具備開(kāi)放式的軟件平臺(tái),提供互聯(lián)、業(yè)務(wù)功能,是“邊”和“端”的融合體。但同時(shí),從邏輯架構(gòu)的角度來(lái)看,“邊”是獨(dú)立存在的,通過(guò)軟件定義的方式,實(shí)現(xiàn)終端側(cè)硬件資源與軟件應(yīng)用的深度解耦,在無(wú)需硬件變更的情況下滿足配電臺(tái)區(qū)不斷變化的應(yīng)用需求,大幅拓展了包括智能配變終端在內(nèi)的各類終端的功能應(yīng)用范圍,并且從計(jì)算資源的角度,在終端側(cè)增加了邊緣計(jì)算的層級(jí),實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的本地化處理,促進(jìn)了“端”層的邊緣計(jì)算與“云”層的大數(shù)據(jù)應(yīng)用高效協(xié)同,提升了配電網(wǎng)整體計(jì)算能力。“邊”層示意圖如圖4所示。

3.3 管

“管”是“端”和“云”之間的數(shù)據(jù)傳輸通道,

通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多種通信方式融合的網(wǎng)絡(luò)資源綜合管理與靈活調(diào)度,提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量,滿足配電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)靈活、高效、可靠、多樣的基于IP的通信接入需求。配電物聯(lián)網(wǎng)的“管”層主要包括遠(yuǎn)程通信網(wǎng)和本地通信網(wǎng)2個(gè)部分,如圖5所示。

1)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)。主要滿足配電物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與邊緣節(jié)點(diǎn)之間高可靠、低時(shí)延、差異化的通信需求,屬于廣域通信網(wǎng)的范疇。

2)本地通信網(wǎng)。支持多種通信媒介、具備靈活組網(wǎng)能力,主要滿足配電物聯(lián)網(wǎng)海量感知節(jié)點(diǎn)與邊緣節(jié)點(diǎn)之間靈活、高效、低功耗的就地通信需求,屬于局域網(wǎng)范疇。

圖4 “邊”層示意圖Fig. 4 Diagram of edge layer

3.4 云

“云”是云化的主站平臺(tái)。在滿足傳統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)貫通、信息融合的基礎(chǔ)上,未來(lái)的主站平臺(tái)將采用虛擬化、容器技術(shù)、并行計(jì)算等技術(shù),以軟件定義的方式實(shí)現(xiàn)云主站對(duì)邊緣側(cè)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一調(diào)度和彈性分配;采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的全面云化,最終具備泛在互聯(lián)、開(kāi)放應(yīng)用、協(xié)同自治、智能決策的特點(diǎn)。“云”層可以分為如圖6所示的3部分：

1)IaaS層。實(shí)現(xiàn)云-端資源虛擬化,形成計(jì)算資源池,按需分配調(diào)度。

2)PaaS層。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,為應(yīng)用提供運(yùn)行環(huán)境支撐。PaaS層各環(huán)節(jié)以服務(wù)方式發(fā)布,提供各數(shù)據(jù)源從采集到應(yīng)用的業(yè)務(wù)支撐,并支持自上而下的各環(huán)節(jié)服務(wù)接口調(diào)用。

圖5 “管”層示意圖Fig. 5 Diagram of channel layer

圖6 “云”層示意圖Fig. 6 Diagram of cloud layer

3)SaaS層。實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)化,提供多種面向業(yè)務(wù)需求的微服務(wù)。

綜上所述,基于“云、管、邊、端”架構(gòu)的配電物聯(lián)網(wǎng)為配電網(wǎng)運(yùn)行和管理提供強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施支撐和對(duì)內(nèi)外部需求變化的靈活的適配能力。為抵御配電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的跨界融合面對(duì)的各種潛在安全風(fēng)險(xiǎn),配電物聯(lián)網(wǎng)將構(gòu)建“云”層安全防護(hù)為核心、“網(wǎng)”層安全防護(hù)為關(guān)鍵,“邊”及“端”層加密全覆蓋的全方位、輕量化、層次化的安全防護(hù)體系,確保配電物聯(lián)網(wǎng)的安全實(shí)施。

4 應(yīng)用方向

與以往基于業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)不同,配電物聯(lián)網(wǎng)是一種使能技術(shù),將發(fā)揮其架構(gòu)優(yōu)化和靈活性的技術(shù)優(yōu)勢(shì),滿足多樣化需求。除提升配電網(wǎng)的智能化管控外,還將促成新穎的應(yīng)用模式。目前,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)施正呈現(xiàn)指數(shù)式增長(zhǎng),需要在不斷嘗試和改進(jìn)中探索其價(jià)值所在,從概念驗(yàn)證走向規(guī)模化應(yīng)用。隨著數(shù)據(jù)量、合作方、應(yīng)用場(chǎng)景的豐富,配電物聯(lián)網(wǎng)的體量將會(huì)逐漸變大,可望最終形成顛覆性突破,實(shí)現(xiàn)源于服務(wù)的巨大收益。

4.1 智能化管控

1）資產(chǎn)管理。

利用成熟的IP技術(shù)和工具,實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)元件的實(shí)施監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程管理。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行信息、停運(yùn)狀態(tài)信息、負(fù)載狀態(tài)信息、天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),感知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),對(duì)明顯異常數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與告警,主動(dòng)評(píng)估配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)及壽命情況,輔助配電網(wǎng)運(yùn)維檢修工作,降低檢修成本,提高配網(wǎng)資產(chǎn)管理和設(shè)備利用率。

2）主動(dòng)搶修。

綜合利用配電網(wǎng)運(yùn)行全面感知及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?考慮人員技能約束、物料可用約束,通過(guò)智能的優(yōu)化算法,制定搶修計(jì)劃,變被動(dòng)搶修為主動(dòng)服務(wù),提高故障搶修效率與優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。

3）區(qū)域能源靈活組網(wǎng)。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將一個(gè)或多個(gè)以配電臺(tái)區(qū)為自然單位的區(qū)域配電網(wǎng)彈性互聯(lián),靈活定制組網(wǎng),構(gòu)建區(qū)域能源管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)之間的時(shí)空能源協(xié)調(diào)互補(bǔ),為區(qū)域配電網(wǎng)提供全新的協(xié)作和優(yōu)化手段,為每個(gè)用戶提供智能準(zhǔn)確的分布式發(fā)電、蓄能和用電三位一體的平衡服務(wù)。

4.2 定制化應(yīng)用

1）需求響應(yīng)。

分析不同用電設(shè)備的用電特性,以及不同用戶對(duì)電價(jià)的敏感性,為制定需求管理/響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制提供依據(jù)。除用戶需求外,還需要考慮電動(dòng)汽車和可再生能源的自動(dòng)需求側(cè)響應(yīng),根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷情況做出平衡資源的決策,解決長(zhǎng)期供電電量與瞬時(shí)電力負(fù)荷不平衡的問(wèn)題。

2）第三方應(yīng)用集成。

通過(guò)提供開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)發(fā)環(huán)境和微服務(wù)組件,吸引第三方開(kāi)發(fā)者向平臺(tái)聚集,將資源匯聚共享,形成一系列面向配電網(wǎng)特定地區(qū)、特定階段、特定用戶的應(yīng)用服務(wù),不斷為配電物聯(lián)網(wǎng)注入新的價(jià)值。通過(guò)多方利益相關(guān)者的廣泛參與,打造配電物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

3）服務(wù)快速部署。

基于面向多種業(yè)務(wù)需求的可重復(fù)使用和靈活調(diào)用的微服務(wù),提高開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署效率;建立用戶對(duì)需求的分析體系,挖掘用戶深層次的需求,形成對(duì)用戶的預(yù)知性判斷,快速滿足用戶潛在需求,實(shí)現(xiàn)從原有的單一服務(wù)向持續(xù)滿足并激發(fā)用戶新需求的方向轉(zhuǎn)變。

4.3 服務(wù)化延伸

1）平臺(tái)延伸服務(wù)。

基于配電物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),建立遠(yuǎn)程運(yùn)維管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、本地管理系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng),提供配網(wǎng)智能設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷與在線運(yùn)維服務(wù),實(shí)時(shí)掌管設(shè)備運(yùn)行和利用狀況,及時(shí)獲取報(bào)警和預(yù)警信息,并實(shí)現(xiàn)電子化運(yùn)維管理流程,創(chuàng)新服務(wù)價(jià)值,促進(jìn)電力企業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型。

2）數(shù)字信息延伸服務(wù)。

基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),提出包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)服務(wù)、咨詢服務(wù)在內(nèi)的信息服務(wù),讓更多用戶無(wú)需注意底層數(shù)據(jù)問(wèn)題,專心挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值,也為政策制定、企業(yè)決策、個(gè)人生活提供服務(wù)。

3）應(yīng)用延伸服務(wù)。

隨著技術(shù)的不斷成熟和生態(tài)的逐漸完善,配電物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值將從效率提升延伸到與服務(wù)交融,應(yīng)用的范圍將超越內(nèi)部效率的提升,基于物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)應(yīng)用逐漸增多,并涌現(xiàn)出B2C、C2B、O2O等新的商業(yè)模式。

5 結(jié)語(yǔ)

配電物聯(lián)網(wǎng)是能源革命下傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所產(chǎn)生的一種新型電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行形態(tài)。基于智能電網(wǎng)分布式智能體系的理念,及以自動(dòng)化為代表的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系和以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息體系的融合,通過(guò)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)中的深度應(yīng)用,構(gòu)建以全面感知為基礎(chǔ)、以軟件定義為手段的高度靈活與智能的配電系統(tǒng)運(yùn)管體系架構(gòu),從本質(zhì)上支撐配電網(wǎng)在精益管理、科學(xué)決策等方面的發(fā)展需求,并且客觀上作為使能技術(shù)將帶動(dòng)配電網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和轉(zhuǎn)型。

迄今為止,國(guó)家電網(wǎng)公司已在部分地區(qū)進(jìn)行了配電物聯(lián)網(wǎng)的功能驗(yàn)證試點(diǎn)部署,安裝了基于軟件定義的新型智能配變終端,實(shí)現(xiàn)了對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)設(shè)備的智能化感知、監(jiān)控和管理;同步開(kāi)發(fā)了包括充電樁有序充電管理、低壓負(fù)荷接入自動(dòng)識(shí)別、電能質(zhì)量綜合處理等功能在內(nèi)的多個(gè)終端APP,使配變終端可以根據(jù)其需求靈活彈性地?cái)U(kuò)展業(yè)務(wù)應(yīng)用。新型智能配變終端極大程度地降低了上行通信流量、主站工作量和管控時(shí)間延遲,真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)配變臺(tái)區(qū)的全面感知、即時(shí)研判和主動(dòng)搶修。試點(diǎn)成果令人鼓舞,但配電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和推廣是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其健康有序發(fā)展還有待于如下幾個(gè)方面的努力：

1)建設(shè)高質(zhì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。結(jié)合工業(yè)體系和信息體系的特點(diǎn),根據(jù)配電網(wǎng)高度標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)需求,創(chuàng)新建立配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提高配電網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)互通效率,提升設(shè)備即插即用和信息交互水平。

2)強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)的研究與轉(zhuǎn)化。充分利用配電物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放性的特點(diǎn),結(jié)合“云大物移智”等新技術(shù)的發(fā)展,深化對(duì)智能傳感、本地通信和邊緣計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)的研究應(yīng)用,確保配電物聯(lián)網(wǎng)支撐能源轉(zhuǎn)型發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3)打造配電物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。以先進(jìn)的發(fā)展理念和創(chuàng)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系為指導(dǎo),吸引設(shè)備制造、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、軟件研發(fā)等各類企業(yè)和利益相關(guān)者的廣泛參與,打造具備安全、開(kāi)放、共贏特點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng),通過(guò)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)配電網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí),促進(jìn)發(fā)展機(jī)遇和各類資源的開(kāi)發(fā)共享,使得配電系統(tǒng)能夠更好地滿足未來(lái)能源用戶需求,成為新一代電力系統(tǒng)綜合能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的基石。

呂軍1, 欒文鵬2, 劉日亮1, 王鵬2, 林佳穎2

1.國(guó)家電網(wǎng)有限公司,北京市 西城區(qū) 100031

2.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司,北京市 海淀區(qū) 100192

Lü Jun1, LUAN Wenpeng2, LIU Riliang1, WANG Peng2, LIN Jiaying21. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031, China2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China

<img style="box-sizing: border-box;padding: 1px;border: 1px solid rgb(204, 204, 204);width: 70px;float: left;margin-right: 1rem" src=http://www.e4938.cn/uploadfile/2018/1023/20181023103721961.png" "="" data-cke-saved-src=http://www.e4938.cn/uploadfile/2018/1023/20181023103721961.png">

呂軍(1970),男,碩士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事輸配電設(shè)備運(yùn)行管理和智能電網(wǎng)技術(shù)研究工作;

欒文鵬(1964),男,博士,通信作者,國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃分析,資產(chǎn)管理,配電自動(dòng)化,智能電網(wǎng)和智能抄表體系等,E-mail：luanwenpeng@epri.sgcc.com.cn;

劉日亮(1982),男,本科,高級(jí)工程師,主要從事配電自動(dòng)化、信息化、智能化等相關(guān)研究工作;

王鵬(1982),男,博士,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)運(yùn)行分析、配電自動(dòng)化、分布式電源接入運(yùn)行等,E-mail：w1213@epri.sgcc.com.cn;

林佳穎(1992),女,碩士,研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)狀態(tài)估計(jì)、配用電數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等,E-mail：linjiaying@epri.sgcc.com.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(SGZJ0000KXJS1800382)(“基于營(yíng)配融合的配電臺(tái)區(qū)拓?fù)浔孀R(shí)、智能監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究及工程示范”); Project Supported by Science and Technology Research Program of State Grid Corporation of China (Key Technology Research and Engineering Demonstration of Topology Identification and Intelligent Monitoring for Distribution Network Based on Data Integration) (SGZJ0000KXJS1800382);

文章編號(hào):1000-3673(2018)10-3108-08中圖分類號(hào):TM721

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