物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電臺(tái)區(qū)中的應(yīng)用與思考

梁繼珍 周康

摘要：配電臺(tái)區(qū)管理存在設(shè)備多、通信基礎(chǔ)薄弱等困難，且業(yè)務(wù)的更新、擴(kuò)展、遷移重度依賴于廠家和設(shè)備。借助物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的技術(shù)與理念，提出一種新型配電臺(tái)區(qū)應(yīng)用實(shí)踐方式，以更標(biāo)準(zhǔn)開放的架構(gòu)，促進(jìn)配電管理者需求的自由、靈活、快速落地。

關(guān)鍵詞：配電臺(tái)區(qū);物聯(lián)網(wǎng);智能終端;邊緣計(jì)算;軟件定義;即插即用

一直以來(lái)，由于低壓配電網(wǎng)點(diǎn)多、面廣、量大、單點(diǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的特點(diǎn)，以及電網(wǎng)公司投資成本、人力資源及技術(shù)水平等多方限制，配電網(wǎng)改造的重點(diǎn)主要放在10kV及以上網(wǎng)絡(luò)，作為“最后一公里”的低壓配電網(wǎng)長(zhǎng)期處于監(jiān)測(cè)盲區(qū)？在經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)配電網(wǎng)供電服務(wù)需求不斷提高的新形勢(shì)下，低壓配電網(wǎng)通常以配電變壓器供電范圍為單位的片區(qū)（配電臺(tái)區(qū)）進(jìn)行管理，可對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主綜合監(jiān)控、管理與雙向互動(dòng)，有效提升供電可靠性和供電質(zhì)量，因此已成為低壓配電網(wǎng)精益化管控的重要推廣技術(shù)手段。近年來(lái)，電網(wǎng)公司逐步開展老舊臺(tái)區(qū)自動(dòng)化信息化改造，探索臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析、拓?fù)渥R(shí)別、線損分析、故障定位保護(hù)等應(yīng)用，試點(diǎn)了營(yíng)配調(diào)融合的管理模式，提出了智能配電臺(tái)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化、成套化建設(shè)理念，發(fā)布并推廣了配變終端、智能配電單元等臺(tái)區(qū)內(nèi)設(shè)備的功能規(guī)范。

1配電臺(tái)區(qū)設(shè)計(jì)理念

1.1低壓配網(wǎng)全面感知

通過(guò)在臺(tái)變側(cè)、線路側(cè)、用戶側(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)接入、改造或部署智能一次設(shè)備、二次裝置、智能傳感及視頻監(jiān)控等設(shè)備實(shí)現(xiàn)低壓配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)以及其他輔助信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集。同時(shí)基于寬帶載波IP化和微功率無(wú)線通信，組建低壓臺(tái)區(qū)“零接線”網(wǎng)絡(luò)層，統(tǒng)一通信接口和交互模型，解決低壓智能設(shè)備類型與數(shù)量多、安裝位置分散、布線困難和施工停電等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的泛在互聯(lián)。

1.2數(shù)據(jù)/應(yīng)用就地化管控

首先，臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)總量控制需要就地化管控，隨著配電臺(tái)區(qū)設(shè)備信息化水平的提高，配電臺(tái)區(qū)產(chǎn)生的數(shù)量類型及數(shù)據(jù)總量將持續(xù)增長(zhǎng)，僅國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)智能電表單日采集數(shù)據(jù)已達(dá)到6TB以上，若所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全部上傳主站，將消耗大量通信資源和主站資源，且由于電網(wǎng)異常較少出現(xiàn)，故大量正常運(yùn)行數(shù)據(jù)無(wú)需傳至主站，若臺(tái)區(qū)能夠自治，則至少50%的數(shù)據(jù)將無(wú)需上傳至主站;其次，臺(tái)區(qū)快速分析決策需要就地化管控。部分業(yè)務(wù)控制、執(zhí)行的實(shí)時(shí)性要求高，如配電變壓器保護(hù)、故障研判等，數(shù)據(jù)分析和控制邏輯按照傳統(tǒng)自動(dòng)化終端采集、主站的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，難以滿足業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性要求。對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)上，臺(tái)區(qū)側(cè)需要引入新型的計(jì)算架構(gòu)，使配電臺(tái)區(qū)本體及所轄所有低壓配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行本地化在線監(jiān)測(cè)、智能分析與決策控制，緩解全覆蓋高頻數(shù)據(jù)采集對(duì)通信、存儲(chǔ)和計(jì)算帶來(lái)的巨大壓力，提升臺(tái)區(qū)運(yùn)維服務(wù)速度和質(zhì)量。對(duì)外業(yè)務(wù)上通過(guò)臺(tái)區(qū)云主站和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間資源協(xié)同和智能協(xié)同向企業(yè)、電力客戶、可研機(jī)構(gòu)、政府及其他主體提供數(shù)據(jù)共享及服務(wù)。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1配電物聯(lián)網(wǎng)云主站

配電物聯(lián)網(wǎng)云主站滿足海量設(shè)備連接，末端設(shè)備即插即用，應(yīng)用快速上線，多平臺(tái)數(shù)據(jù)有效融合，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)、邊云協(xié)同等功能，1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)層（IaaS）實(shí)現(xiàn)云、端資源虛擬化，形成資源池，按需分配調(diào)度？根據(jù)配電的監(jiān)控對(duì)象和傳感器的接入數(shù)據(jù)量、存儲(chǔ)容量需求以及后期業(yè)務(wù)擴(kuò)展的需求，具備動(dòng)態(tài)的計(jì)算和存儲(chǔ)擴(kuò)展能力。2）平臺(tái)即服務(wù)層（PaaS）主要實(shí)現(xiàn)配電物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚、消息傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理與分析、公共服務(wù)等功能？針對(duì)終端單元眾多、快速響應(yīng)等需求，在PaaS層實(shí)現(xiàn)終端智能化管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入與存儲(chǔ)處理等功能？3）軟件即服務(wù)層（IaaS）實(shí)現(xiàn)配電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)化，提供配電臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、資產(chǎn)管理、配電運(yùn)維等多種面向配電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的微服務(wù)。配電臺(tái)區(qū)云主站還應(yīng)該能夠承擔(dān)智能終端應(yīng)用的全生命周期管理。具備應(yīng)用授權(quán)、應(yīng)用門戶、應(yīng)用管理、協(xié)同監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)管理等功能，可實(shí)現(xiàn)APP生態(tài)的全面支撐？在配電臺(tái)區(qū)應(yīng)用中，根據(jù)每個(gè)配電臺(tái)區(qū)實(shí)際應(yīng)用需求，通過(guò)遠(yuǎn)程“零接觸”I點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)APP靈活定制化部署，降低運(yùn)維成本，提高運(yùn)維效率，同時(shí)基于互聯(lián)網(wǎng)開放開源思路，發(fā)揮各單位的智慧，促進(jìn)應(yīng)用的快速發(fā)展。

2.2智能終端配電物聯(lián)網(wǎng)

2.2.1硬件平臺(tái)化

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的終端設(shè)備數(shù)量眾多，廠家眾多，安裝后現(xiàn)場(chǎng)難以維護(hù);業(yè)務(wù)功能和通信功能集成，功能單一不可擴(kuò)展，造成硬件資源的浪費(fèi)更是資金的浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，可知這些裝置都包括遙信、遙測(cè)、遙控和主控模塊以及對(duì)外的通訊接口，功能在主控模塊中實(shí)現(xiàn)，其他模塊的功能基本相同。智能終端應(yīng)采用平臺(tái)化的設(shè)計(jì)理念，將數(shù)據(jù)采集接口、通信接口和控制接口封裝，基于虛擬容器技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)，該硬件平臺(tái)可根據(jù)具體應(yīng)用需求，對(duì)多回路交直流采集模塊、有（無(wú)）線多種通信模塊以及各類傳感器模塊實(shí)現(xiàn)自由拼裝組合與靈活擴(kuò)展，支持不同廠商產(chǎn)品之間的硬件互換，還可根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求進(jìn)行主控模塊的伸縮。

2.2.2軟件APP化

傳統(tǒng)終端設(shè)備普遍采用面向過(guò)程的整體化軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，各業(yè)務(wù)單元軟件模塊耦合性大，隨著接入智能終端的業(yè)務(wù)模塊越來(lái)越多，智能終端的軟件復(fù)雜度也呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。新增業(yè)務(wù)功能處理復(fù)雜性高，且業(yè)務(wù)軟件的開發(fā)只能由終端硬件廠商進(jìn)行開發(fā)，難以滿足業(yè)務(wù)靈活調(diào)整、快速安裝部署的需求。以APP軟件定義方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能，通過(guò)模塊化的軟件功能組合，提高功能APP之間的獨(dú)立性;建立基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)思路的APP應(yīng)用市場(chǎng)，發(fā)揮應(yīng)用開發(fā)商的群體智慧，開發(fā)種類繁多的功能APP，協(xié)助實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)等工作。

2.2.3高度標(biāo)準(zhǔn)化

配電設(shè)備分布廣泛、數(shù)量眾多，并且電壓等級(jí)越低，該特性越明確。因此配電終端本身需要低成本、易安裝、免維護(hù)，這只能依靠終端的標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)保障。隨著配電物聯(lián)網(wǎng)需求的提出，智能終端在原有低成本、易安裝、免維護(hù)的基礎(chǔ)上，還增加了端與端之間的互聯(lián)、互通、互操作的需求，這對(duì)終端標(biāo)準(zhǔn)化提出了更高的要求，在原有配電終端統(tǒng)一外觀尺寸、型式結(jié)構(gòu)、接口定義等側(cè)重硬件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，還需要對(duì)終端的軟件管理、通信規(guī)約、信息模型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等內(nèi)容進(jìn)行徹底的標(biāo)準(zhǔn)化。

3結(jié)語(yǔ)

在用戶高水平供電服務(wù)要求、電價(jià)改革和電能替代的多重壓力下，配電網(wǎng)面臨著巨大的變革、隨著能源儲(chǔ)輸技術(shù)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等電力工業(yè)技術(shù)和新一代信息通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電網(wǎng)將向著信息流。電力流、能源流高度融合的開放、智能、柔性、清潔的新型運(yùn)行模式持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王瑋，李睿，姜久春.面向能源互聯(lián)網(wǎng)的配電系統(tǒng)規(guī)劃關(guān)鍵問(wèn)題研究綜述與展望[J].高電壓技術(shù)，2016，42（7）：2028-2036.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)鄂州供電公司）