面向電力行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺設計及應用

姜昱辰 韓曉云

【摘 ?要】隨著電網(wǎng)規(guī)模的迅速擴建，發(fā)電設備的接入類型與數(shù)量也快速增加、更新，使得電網(wǎng)的復雜程度與日俱增，傳統(tǒng)的電網(wǎng)形態(tài)已經(jīng)無法滿足當前人們的需求。因此，結(jié)合泛在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)有的電力系統(tǒng)建設要求，推動泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展成為必然趨勢，也是當前階段國家電網(wǎng)最重要的任務。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);電力物聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng)平臺;智能電網(wǎng);云平臺

1電力物聯(lián)網(wǎng)平臺設計方案

1.1連接管理

連接管理提供安全可靠的設備連接通信能力，實現(xiàn)電力生產(chǎn)現(xiàn)場、運行、控制數(shù)據(jù)的全面在線采集。支持無線、有線等多種網(wǎng)絡連接方式的設備接入，實現(xiàn)各種類型終端設備的快速統(tǒng)一接入、動態(tài)管理及維護，支撐海量設備多協(xié)議適配。

1.2網(wǎng)絡管理

網(wǎng)絡管理主要指具備虛擬網(wǎng)絡管理功能，屏蔽承載網(wǎng)絡的差異性，網(wǎng)絡配置軟件化，邏輯上的一張物聯(lián)網(wǎng)承載多業(yè)務;具備網(wǎng)絡資源編排、實現(xiàn)網(wǎng)絡資源控制的自動化;具備網(wǎng)絡隔離、業(yè)務編排功能，適應5G網(wǎng)絡切片等發(fā)展趨勢;通過網(wǎng)絡坐標與測量，實現(xiàn)通信與計算協(xié)同;通過統(tǒng)一的協(xié)議，實現(xiàn)云管端統(tǒng)一管理。

1.3設備管理

設備管理主要指物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品設備全生命周期管理，主要包括物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品設備管理、接入管理、集中配置管理、在線調(diào)試管理、狀態(tài)管理以及終端設備軟件/固件升級管理等六部分功能模塊。通過對設備的集中有效管控，實現(xiàn)終端設備的全生命周期管理。

1.4用戶管理

用戶管理主要提供用戶注冊、用戶登錄訪問以及用戶權(quán)限管理等基本功能，平臺需要保存用戶的基本信息，包括用戶的權(quán)限信息、注冊信息、描述信息等。物聯(lián)網(wǎng)中的用戶不僅包括資源訪問者，還包括資源提供者和應用開發(fā)者。在資源的處理、存儲和訪問過程中，需要依據(jù)用戶對應的屬性和權(quán)限做區(qū)分。對于外部應用開發(fā)、用戶訪問、應用托管，在用戶管理上需要特別關(guān)注身份認證、授權(quán)等訪問控制問題。由于物聯(lián)網(wǎng)的用戶訪問具有移動性、實時性和動態(tài)變化的特點，用戶管理需要提供無處不在和無時不在的泛在服務及用戶的位置管理。

1.5應用使能

應用使能提供面向物聯(lián)網(wǎng)開放接口，并與全業(yè)務數(shù)據(jù)中心配合，資源整合打通用戶、業(yè)務與終端以實現(xiàn)協(xié)同，支撐全業(yè)務云上運行。設計業(yè)務定制機制，在網(wǎng)絡設施、數(shù)據(jù)匯聚、信息安全提供共性支撐;提供開發(fā)環(huán)境及API管理、套件管理、第三方能力集成，使開發(fā)者能在平臺上快速開發(fā)、部署、托管APP。

1.6運營管理

運營管理實現(xiàn)對各層組件的自監(jiān)控運維管理，及時發(fā)現(xiàn)和處置運行故障，保障平臺整體高可用運行。

2電力物聯(lián)網(wǎng)平臺關(guān)鍵技術(shù)

2.1數(shù)據(jù)交換體系

數(shù)據(jù)交換體系由即時消息總線、分布式服務總線、ETL組件等一系列組件有機融合而成。數(shù)據(jù)交換體系包括：1）物聯(lián)代理通過即時消息總線將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺。2）物聯(lián)網(wǎng)平臺內(nèi)部通過分布式服務總線、即時消息總線來進行數(shù)據(jù)交互與通信。3）云服務中心通過即時消息總線收集物聯(lián)網(wǎng)平臺各組件的日志;物聯(lián)網(wǎng)平臺各組件通過分布式服務總線來與云平臺進行交互。4）全業(yè)務數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)通過ETL組件進行脫敏，然后通過即時消息總線或分布式文件傳輸組件供能力開放中心使用。

2.2分布式流處理引擎

分布式流處理引擎實現(xiàn)發(fā)布和訂閱消息流，以容錯的方式存儲消息流，在發(fā)生消息時處理流3個關(guān)鍵特性。目前，選擇業(yè)界廣泛應用的流處理引擎（Kafka），在系統(tǒng)或應用程序之間建立可靠獲取數(shù)據(jù)的實時流數(shù)據(jù)管道，具備更好的吞吐量，內(nèi)置分區(qū)，具有副本和故障轉(zhuǎn)移等分布式集群特性。

2.3消息主題管理及消息存儲

物聯(lián)設備發(fā)送消息經(jīng)過負載均衡后到消息隊列，基于Redis等緩存功能實現(xiàn)授權(quán)驗證及路由信息獲取，基于路由信息路由消息到分布式流處理引擎的主題。MQTT協(xié)議主題可采用多層路由并支持通配符，由于分布式流處理引擎不支持多層路由和通配符，把MQTT主題基于Redis緩存中的路由信息轉(zhuǎn)化為分布式流處理引擎主題，傳送消息。

2.4微服務框架

微服務是一個新興的軟件架構(gòu)，可以將不同模塊獨立開來，各個模塊可以獨立部署、運行、更新，并更加靈活地擴展和維護。通過將應用和服務分解成更小的、松散耦合的組件，使得更加容易升級和擴展。服務注冊和發(fā)現(xiàn)是整個微服務軟件架構(gòu)的核心。服務注冊是指微服務啟動時，將自己的信息注冊到服務發(fā)現(xiàn)組件上的過程。服務發(fā)現(xiàn)是指查詢可用微服務列表及其網(wǎng)絡地址的機制。服務消費者通過服務名稱，在眾多服務中心找到要調(diào)用的服務的地址列表，稱為服務路由。

2.5內(nèi)外部服務能力開放

物聯(lián)網(wǎng)平臺在整合和利用現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，提供統(tǒng)一的開放接口，配合全業(yè)務數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)能力的對內(nèi)、對外開放服務，增強電力物聯(lián)網(wǎng)的服務能力，支撐全業(yè)務云上運行。對內(nèi)，可以在AEP平臺上快速配置、部署、管理應用，對接第三方系統(tǒng)API等;對外，提供成套應用開發(fā)工具、中間件，支持應用孵化和產(chǎn)品服務。從能力服務開放的類型來看，開放接口包括應用程序接口、面向?qū)ο蟮腟DK接口、基于模型的CIS接口、微服務接口（restful）等。

2.6規(guī)則引擎

規(guī)則引擎是一個集群執(zhí)行引擎，根據(jù)用戶自定義的規(guī)則，實時處理消息并轉(zhuǎn)發(fā)到云平臺組件。用戶的自定義規(guī)則由三部分組成。1）SQL語句：以SQL語法從主題過濾或查詢消息。2）服務類型：用戶可選擇物聯(lián)云平臺支持的國網(wǎng)平臺云組件類型。3）Lambda表達式：是一個用戶自定義的消息處理函數(shù)，用于過濾消息，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式等操作。

3應用方向

3.1促進清潔能源消納

目前我國的可再生能源的應用率比較低，風能、太陽能等清潔能源沒有得到廣泛和高效應用。由于風光發(fā)電的間歇性，部分地區(qū)因缺乏調(diào)頻調(diào)相機組、電網(wǎng)靈活性不足等導致棄風、棄電現(xiàn)象。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通過建設虛擬電廠智能管控平臺，通過分布式清潔能源數(shù)據(jù)和用電負荷信息的計算、分析和存儲，優(yōu)化分布式能源與電力調(diào)度系統(tǒng)、電力交易平臺互聯(lián)互通，實現(xiàn)區(qū)域的協(xié)調(diào)控制，按需增減負荷，減少分布式能源并網(wǎng)沖擊，從而有效促進清潔能源廣泛、安全消納。

3.2提升電網(wǎng)資產(chǎn)管理水平

從近幾年我國各類電源交易數(shù)據(jù)報表來看，總的能源交易量高達2500億以上。數(shù)據(jù)對比顯示，傳統(tǒng)的電能交易量較高，而新型能源的交易電量則較少。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)方面的建設和發(fā)展，將打破電力市場的發(fā)展局面，促進全方位電力市場的開放，有效促進電力系統(tǒng)的發(fā)展，達到穩(wěn)定的電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略目標，也是國家電力物聯(lián)網(wǎng)的趨勢所向。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大以及電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展，實現(xiàn)電力資產(chǎn)的有效整合與分配，需對資產(chǎn)整個過程進行有效精益化的管理。傳統(tǒng)的設備檢查手段，主要是通過人力或者電子設備進行檢查，面對當前電力龐大的巡查任務，通過傳統(tǒng)的人工監(jiān)測巡查是很難全覆蓋的，也增加了工作人員的工作難度。只有對電子數(shù)據(jù)和設備進行有效的分析，實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的高效運作，才能將電力資源的采購、規(guī)劃、建設、運作進行全方位的操作和評估，實行一體化發(fā)展，同時，達到電力物聯(lián)網(wǎng)整體的優(yōu)化配置效果。

4結(jié)語

隨著人工智能水平的提升以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)方面的有效利用，其實是實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的增值服務。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是基于電力系統(tǒng)，通過通信網(wǎng)、人工智能、云平臺等技術(shù)手段，實現(xiàn)能源的合理配置，以實現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟安全運行。同時，要對電力系統(tǒng)實行開放政策，促進電能供需交易的運轉(zhuǎn)。還要對電力資源的配置和運作進行有效的管理和評估，促進電力物聯(lián)網(wǎng)健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]林靜.電力物聯(lián)網(wǎng)建設中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].通訊世界，2017，4（10）：123-125.

[2]汪興.面向智能電網(wǎng)建設的電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)研究[J].電力大數(shù)據(jù)，2018，5（12）：99-101.

（作者單位：南京南瑞信息通信科技有限公司）