基于云計算技術的電網數據物聯研究

金旭 黃錕 柴仁勇

摘要：數據分析與價值挖掘是電力企業處理數據信息的核心環節，是電力網、物聯網、通信網的信息深度融合的目標所在。本文論述了電力物聯網在業務數據中心、客戶服務系統、能源交易市場等場景中的工作機制。

關鍵詞：電力物聯網;數據管理;運行機理;價值應用

1國內外研究綜述

物聯網（Internet of things，IOT）由Kevin Ashton提出，最初是利用互聯網、數據傳輸網等載體，使具有獨立使用功能的物品形成互聯互通的網絡系統[5]。早期物聯網是應用射頻識別技術的物流網絡，隨著技術革新物聯網已發生巨大變化[6]。IOT網絡及智能設備的安全問題愈發受到關注，研究者對IOT架構的主干網進行升級并研發出加密機制來維護其安全性[7]。移動邊緣計算為IOT服務提供云計算功能，以滿足智能設備接入無線網要求并提高信息吞吐量，增強IOT系統的可靠性與拓展性[8]。Wollschlaeger M回顧了物聯網及網絡物理系統（Cyber-physical system， CPS）對工業自動化所產生的影響，提出對多源異質物聯網設備相互協調的必要性[9]。

2電力數據信息的網絡傳輸模式

現有的電力通信網業務承載能力差、智能化、自主化的維護能力欠缺，已無法滿足電力設備連接的需求[18]，所以構建基于“衛星+地面、干線+城域、有線+無線”的多維一體電力通信網勢在必行。低功率廣域網絡（Low-power wide-area network，LPWAN） 和 5G通信技術相融合的方式成為電力信息組網的發展主流。

5G通信借助電網、光纖在未知環境下低延時進行電力數據傳輸，實現對TTU、RTU、PMU等終端單元及輸配電網狀態的實時監測，為電網設備的參數評估、故障分析、拓撲辨識提供了個性化服務。LPWAN技術按工作頻譜授權類型可分為兩類：已授權頻譜的技術為NB-IoT、eMTC;未授權的為LoRa、SigFox、RPMA。

LPWAN與5G技術可針對設備高度分散、測量數據眾多、采集環境惡劣等問題做出妥善解決方案，解決電力數據的信息傳輸。終端設備完成電力信息采樣后封裝成數據區塊，借助LPWAN終端射頻模塊進入電力通信網進行傳播，基站在通信網和配電網的交互過程中起到重要媒介作用，也是接收無線數據以及衛星信息號的重要端口。以電力載波通訊（Power line communication，PLC）為主，光纖傳輸、衛星通訊為輔進行數據傳輸，構建多維一體的電力數據傳輸網。

3物聯感知層的數據管理機理

物聯感知層是電力物聯網的基礎層級，由饋線終端裝置（Feeder Terminal Unit，FTU）、同步相量測量裝置（Phasor measurement unit，PMU）等無數個智能電力數據終端構成，借助低功耗廣域網（Low-power wide-area network，LPWAN）、5G專網與電力物理信息系統（Cyber physical production systems，CPPS）、電力數據采集監控系統（Supervisory control and data acquisition，SCADA）、廣域監測系統（Wide area measurement system，WAMS）、停電管理系統（Outage management system，OMS）等電力系統進行鏈接并提取信息，數據涵蓋電力系統的多個環節，使電網末端感知節點規模更龐大、數據采集種類也更齊全。

4中臺服務層的數據管理機理

中臺技術是隨著電力物聯網向集約化平臺發展衍生的產物，由基礎、技術、業務三層中臺構成，涵蓋基礎設備服務（Infrastructure as a service，IaaS）、平臺服務（Platform as a service，PaaS）、數據服務（Data as a service，DaaS）、軟件服務（Software as a service，SaaS）等四個子系統， IaaS和PaaS是基礎數據層，收集匯總智能終端及電力系統的電力數據信息;DaaS是技術支撐層，對電力數據進行實時分析、可視化處理等流程;SaaS是管理應用層，通過智能合約對電力信息進行高質量挖掘應用，使數據相互融合以提供更多信息訪問渠道。

5技術應用層的數據管理機理

電力物聯網平臺主要針對結構化數據與非結構化數據進行應用：結構化數據主要來自于電力物聯網平臺、電網資產管理平臺，這類數據信息結構較為統一、變化頻率較低且數據應用較為便捷;非結構化數據主要來自分布式能源系統、智慧車聯網平臺、能源交易中心等應用場景，此類電力數據結構不規則、沒有固定模型且波動性交強，其信息價值挖掘與應用難度也會將應增加。電力物聯網的應用層可根據各項電力數據判斷出整個電網系統的運轉狀況，生成分析報告并自動對故障進行處理。

6電力物聯網數據管理的建議與展望

6.1電力數據中心增強信息共享水平

在電力物聯網的支持下電力業務數據中心存儲了發電、輸配電、營銷等相關電力信息及歷史數據，電力數據經過分類清洗、加密整合后應用于電網運行的信息化服務，以支持“輸-變-配-用”設備的廣域連接、數據采集，旨在加強數據信息共享水平、實現電網項目數字化運營。電力物聯網可使電力數據中心與ID/IP化的電力設備連接交互，實時捕捉“廠-線-配-戶”電力設備的運行數據。基于智能電表停復電的上傳信息并結合供電服務系統的指揮功能，實現設備故障范圍的自動分析研判，改善常規模式下電力設備運檢狀況知悉困難的窘境。當電網運行發生故障時，電力物聯網可以對故障進行溯源處置并鎖定發生故障的設備。

6.2線上服務系統加快電力業務創新

電力物聯網將數據采集終端、客戶服務系統、電力營銷系統與各類智能電器連接并提取用電信息，包括用電力負荷、用電時間、繳費金額，這些數據通過整合、分類、存儲等步驟處理最終形成電力用戶側大數據資源。經過用戶授權后，電力物聯網可通過大數據資源對用戶的用電特征與行為模式進行多層次識別與結構化分析，掌握用戶用電規律并為其制定精準化的用電營銷策略，以達到增加客戶用電粘性、提高電力服務水平的目的，加快線上客戶服務系統的建設對實現電力信息的“反復查詢、多次應用、多端訪問”具有重要意義。圖5為基于客戶服務系統的用電數據分析模型。此外基于電力物聯網平臺的APP終端可以提升在線用戶服務質量，實現智慧能源APP的遠程智能服務。

6.3能源交易市場打造數據安全平臺

隨著分布式清潔能源與二次能源占比不斷提高，能源市場逐步由賣方市場轉化為買方市場，P2P交易模式也以電力消費者為市場主導而備受關注。根據中國電力改革的現階段特征及能源交易平臺的發展狀況，基于電力物聯網的弱中心化電能交易平臺可對電力能源進行合理配置、消除電能市場壁壘以及鼓勵有效交易。電網公司、供電企業及電能產消者通過電力物聯網支撐的能源交易平臺充當連接橋梁自主進行能源交易，“弱中心式”特征減少了平臺對能源交易過程的調度干預，在維護電力市場秩序的同時實現了P2P能源交易的自主進行。平臺內嵌的智能合約可記錄所有交易合同、結算清單，永久存儲在服務器上且不被隨意篡改，這樣穩定電力市場價格波動以確保電能交易公開透明。

7總結

本研究通過對電力物聯網關鍵技術及電力數據管理機理進行了詳細分析，研究者希望此成果能為電力物聯網運行機理的探索提供參考。