基于智慧物聯體系的配電臺區建設

于 凱，郭成光，楊學靜，康 偉

（國網山東省電力公司章丘區供電公司，山東 章丘250200）

隨著電力創新發展進入新常態，智慧物聯體系建設在公司建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業戰略思想中越來越重要。配電平臺的物聯管理平臺運行方面，目前已實現模型管理、連接管理、設備管理、規則引擎、服務開放和應用管理等功能，平臺運行穩定，物聯管理平臺及接入設備運行穩定，對下已實現接入各專業、各類型邊緣物聯代理、感知終端等設備的統一接入和物聯管理，對上為業務系統提供數據接口服務，但終端通信協議支持、數據類型兼容性方面有待提高。按各類采集（控制）終端全面配置進行設計，規范配電臺區側公司產權的各類設備物聯感知配置；考慮投資規模、可靠性及運維便利性，存量臺區應主要利用已有感知單元的數據應用，新建或改造臺區則應推進低壓配網一二次融合的新型智能設備應用，降低生產人員勞動強度和設備安裝運維成本，促進設備制造智能化水平和配電運檢自動化水平提升，智慧物聯體系對配電臺區的建設升級和智能化融合提供了強有力支撐。

1 配電臺區建設現狀

目前配電臺區涉及的采集測控主站有，面向中壓配電網的配電自動化主站和面向低壓配電網的配電自動化主站，按照是否在地市級部署分情況分為“1+1”“N+1”和“N+N”3種建設模式。自2019年對大四區進行云化改造試點，構建配電云主站系統，主要部署在省公司管理信息大區，物聯管理平臺主要支撐配電云主站建設。配電云主站主要包括物聯網服務、公共服務、數據存儲與分析等功能，為上層應用提供基礎能力。

2 智慧物聯體系下的配電臺區建設

2.1 目標架構

遵循國網智慧物聯體系總體設計，同時充分考慮現有存量終端設備管理、以及數據接入，兼顧各專業業務系統持續穩定應用需求，由物聯管理平臺來實現臺區融合終端的統一接入、管控和應用，實現所有下連智能終端設備和傳感設備的統一管理。電網資源業務中臺與物聯管理平臺進行協作，完成邊和端的配置、管理，云端和邊端分析能力的協同，電網感知數據通過邊端匯聚層（前置機等）以分布式消息的方式推送量測數據和實時事件，電網資源業務中臺通過消息機制接入、存儲量測數據和實時事件，結合電網拓撲信息，支撐實時故障智能研判等服務能力。電網資源業務中臺以數據交換的方式定期同步數據至數據中臺，業務中臺僅保留近期數據。數據中臺按分析模型進行清洗、存儲、管理，對外提供數據多維分析、挖掘分析等服務能力。配電臺區智慧物聯體系目標架構圖如圖1所示。

圖1 配電臺區智慧物聯體系目標架構

2.1.1 感知層

包括邊緣匯聚層、及末端傳感層。“邊緣匯聚層”主要為智能融合終端、能源控制器等設備（以下統稱“臺區融合終端”）組成，根據具體業務應用場景，匯聚層利用HPLC、微功率無線等通信網絡，將傳感器層采集的數據統一匯聚至臺區融合終端內，滿足傳感層和節點設備單點接入、鏈式分布多態組網需求。同時，利用臺區融合終端邊緣計算框架，實現一定范圍內傳感器數據的匯聚、邊緣計算及回傳、區域自治，滿足數據實時采集、即時處理、就地分析。“末端傳感層”主要由微功率/低功耗無線傳感器、常規無線傳感器、有線傳感器等監測裝置組成，主要對電網設備的運行狀態、環境數據、可視化信息、作業信息進行采集，實現設備狀態全方位感知與需求快速響應。

2.1.2 網絡層

由無線網（公網APN和電力專網）、有線電力光纖網和相關網絡設備組成。通過擴大電力無線專網試點及業務應用、進一步優化骨干傳輸網和數據網，滿足設備管理專業業務處理實時性和帶寬需求，為設備側電力物聯網提供高可靠、高安全、高帶寬的數據傳輸通道。

2.1.3 平臺層

主要由物聯管理平臺、電網資源業務中臺組成。將設備管理專業業務、數據、物聯等共性需求沉淀封裝成共享服務，支撐前端應用創新。電網資源業務中臺將具有共性特征的業務沉淀，形成企業級共享服務中心，為公司核心業務處理提供共享服務，包括電網資源業務中臺、用戶服務中臺、項目中臺等。物聯管理平臺是連接終端和業務應用的樞紐，支撐物聯管理業務的設備接入、管理、控制，負責物聯感知終端的實時感知、實時控制、匯聚分發，實現源網荷儲協調統一。

2.1.4 應用層

主要為各專業業務應用主站系統組成。基于物聯管理平臺提供設備監測、設備管理、應用管理等功能接口來實現各類智能設備的有效管理。利用電網資源業務中臺和數據中臺微服務共享來構建配電臺區管理和運維的智能化體系。

2.2 信息安全防護

配電臺區智慧物聯體系信息安全防護方案應同時滿足營銷、設備專業的信息安全要求，同時兼容臺區融合終端和早期同類產品安全接入，可覆蓋物聯體系的各個環節。基于業務系統目前現狀，結合各專業業務和系統建設情況，以及未來發展規劃，配電臺區智慧物聯體系總體信息安全防護方案可分為“目標”和“過渡”兩種架構進行衍進。

2.2.1 目標架構

在臺區融合終端內置安全芯片或軟件SDK，具備統一CA證書體系，業務App通過邊緣側的安全接入組件對接安全接入網關后，接入物聯管理平臺，不再直接接入業務系統。物聯管理平臺將終端上報數據匯總分發至供配電自動化系統、用采系統業務系統。

各單位可遵照安全接入要求，部署安全接入網關用戶端等必要措施，按需采用軟件加密模塊或硬件密碼模塊，經安全接入網關實現統一安全接入。業務數據無需另行加密。

2.2.2 過渡架構

由圖2可得，“過渡架構”包括了兩種安全方案。方案一適配已有存量不改造臺區的智能配變終端信息安全接入，沿用原配電/營銷專業安全防護方案。方案二適配新建臺區融合終端，因為物聯管理平臺未完成大規模終端業務數據接入能力驗證的情況下，物聯管理平臺暫時只接入終端管理通道信息，終端業務通道數據仍直送原有業務系統前置。

圖2 配電臺區信息安全防護“過渡”架構圖

2.3 業務系統協同

臺區融合終端是配電智慧物聯網邊層中的數據匯聚、邊緣計算、應用集成的中心，是信息節點與物理節點的融合，具備采集、通信、計算和分析的功能，支撐著各業務系統數據交互和業務融合。各業務系統都基于電網資源業務中臺統一服務來進行數據融合、及共享應用。

臺區融合終端是配電臺區用電信息采集、設備狀態監測及通信組網、就地化分析決策、主站通信及協同計算等功能于一體的智能化終端設備。

2.4 典型通信組網

配電臺區智慧物聯體系建設的通信網架結構的管理平臺如圖3所示。

圖3 通信組網架構

由此可以分析得出，配電臺區智慧物聯體系建設典型通信組網包括遠程通信網和本地通信網兩段。

遠程通信：遠程通信網主要滿足物聯管理平臺與臺區融合終端之間高可靠、低時延、差異化的通信需求，具有數據量大、覆蓋范圍廣、雙向可靠通信的特點。低壓配電臺區遠程通信網以4G為主，并可根據配電臺區光纖網絡、電力無線專網覆蓋情況來靈活切換選擇等。

本地通信：本地通信網主要滿足臺區融合終端與低壓末端感知單元之間的通信需求，因配電臺區業務種類、設備類型、部署方式等不同，因此本地通信網對通信網絡帶寬、容量、實時性、可靠性、安全性等要求存在較大差異。低壓配電臺區本地通信網宜以RS485有線、HPLC為主，并結合配電臺區業務的實際需求，因地制宜選取微功率無線等輔助通信方式。

4 結束語

智慧物聯體系在配電臺區建設中起到了重要作用。它包含了物聯管理平臺、邊緣物聯代理和各類型終端標準化接入，實現基礎數據采集與規范，對下統籌輸配電網及以下的用戶側和供應鏈等領域廣泛物聯和深度感知需求，實現統一物聯管理和終端標準化接入，對上為企業中臺和業務應用提供開放、標準的服務，形成跨專業數據共享共用的生態，為“數據一個源”提供保障。為配電臺區打造“精準感知、邊緣智能、統一物聯、開放共享”的智慧物聯體系。