淺析邊緣計算在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的重要作用

梁松 王亞真 任湘君

摘?要：在國家電網(wǎng)提出的“三型兩網(wǎng)、世界一流”下的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，邊緣計算起著非常重要的作用，隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，分布式發(fā)電、儲能、用戶微網(wǎng)等復(fù)雜、難實時監(jiān)控管理的情況會越來越嚴重，利用邊緣計算就可以實現(xiàn)優(yōu)化新能源管理，實時源荷預(yù)測和協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)分布式新能源的有序并網(wǎng)，同時快速推進清潔能源消納和綠色能源轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：泛在電力;邊緣技術(shù);分布式;邊緣計算;區(qū)域性;物聯(lián)網(wǎng)

國家電網(wǎng)有限公司在2019年工作會議上首次提出“三型兩網(wǎng)、世界一流”的全新目標，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)目標浮出水面，相關(guān)建設(shè)的序幕也已正式拉開。

國家重點發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的目標是實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，形成具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)。而就目前電網(wǎng)的運算和分析能力來看，其能力還十分欠缺。因此，國家電網(wǎng)公司就泛在電力物聯(lián)網(wǎng)提出了“芯-端-邊-網(wǎng)-云”的總體架構(gòu)，其中的邊就指的是通過部署邊緣計算裝置、分布式數(shù)據(jù)中心等，提升電網(wǎng)的整體計算能力。

一、邊緣計算的概念

那么，什么是邊緣計算呢？邊緣計算在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中處于何種重要作用呢？下面就以上問題展開闡述。

所謂邊緣計算，是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，提供就近服務(wù)。依托各類應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。

邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用意味著許多控制將通過本地設(shè)備實現(xiàn)而無需交由云端，處理過程將在本地邊緣計算層完成?？梢源蟠筇嵘幚硇?，減輕云端的負荷。由于更加靠近用戶，還可為用戶提供更快的響應(yīng)，將需求在邊緣端解決。這樣可以大大減少反應(yīng)時間，在一些重大故障需要緊急處理的時候，反應(yīng)快慢變得尤為重要！

邊緣計算還可以根據(jù)現(xiàn)場進行個性化定制，針對不同的用戶需求進行功能設(shè)計，針對用戶的操作習(xí)慣制定流程?？梢宰屆恳粋€物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更加切合實際！

二、邊緣計算的重要作用

邊緣計算在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的重要作用及優(yōu)勢可以通過其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用場景來體現(xiàn)。

在傳統(tǒng)的電力計算中，各個電力終端采集到的數(shù)據(jù)將傳輸?shù)街髡窘y(tǒng)一集中處理。而在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，各種增長的電力終端設(shè)備和業(yè)務(wù)應(yīng)用會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)傳輸和處理將給主站造成巨大的壓力，且高時延和安全性也無法滿足新業(yè)務(wù)形態(tài)的要求。而邊緣計算就近用戶側(cè)提供服務(wù)，將大量的計算下放到執(zhí)行端降低主站壓力，滿足實時數(shù)據(jù)的分析處理和低時延的業(yè)務(wù)要求，降低運維成本，提高系統(tǒng)效率。同時，邊緣的智能化可以保證數(shù)據(jù)的安全，幫助電網(wǎng)規(guī)避風(fēng)險。

比如，對輸電線路實時監(jiān)測，輸電線路很多位于偏遠地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境差、人工難以實時監(jiān)控。用邊緣計算設(shè)備對傳感器、監(jiān)控攝像頭等數(shù)據(jù)直接分析，識別潛在威脅電網(wǎng)安全的物體，包括人、車、火和電擊等，通過邊緣計算最終只將需要進行預(yù)警的信息上傳至云端，從而大幅降低通信帶寬開銷和計算延遲。

再比如，將邊緣計算應(yīng)用在低壓故障主動研判上，低壓故障主動研判由于涉及到大量的終端，傳統(tǒng)集中到主站再進行信息處理的方式效率低下，實時性不高，難以達到預(yù)期的設(shè)計效果。那么在電網(wǎng)內(nèi)采用基于邊緣計算的設(shè)備進行區(qū)域性智能運檢處理，則可以實現(xiàn)較好的實時性，從而獲得更佳的用戶體驗。在實際應(yīng)用中，把電能表及配變的運行信息及停復(fù)電上報事件，結(jié)合低壓線路、配變、中壓線路支線開關(guān)的狀態(tài)信息，利用供電服務(wù)指揮系統(tǒng)智能研判功能，實現(xiàn)故障范圍自動判定及時應(yīng)對故障和風(fēng)險，同時可降低運維成本，充分體現(xiàn)了邊緣計算的重要性。

此外，邊緣計算還可以普遍運用在低時延、受帶寬限制、海量接入的場景中，比如應(yīng)用于家庭能源網(wǎng)關(guān)、有序用電管理系統(tǒng)、實現(xiàn)配電變壓臺狀態(tài)全面感知、低壓故障主動研判、電力需求側(cè)響應(yīng)、分布式光伏“孤島”預(yù)警、電動汽車有序充電及用戶用能監(jiān)測、非侵入式負荷監(jiān)測等應(yīng)用。

三、邊緣計算的前景展望

邊緣計算應(yīng)用場景產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間大，未來邊緣計算將成為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。有關(guān)數(shù)據(jù)表明：目前國家電網(wǎng)已擁有龐大的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)模與海量數(shù)據(jù)接入智能電表等各類終端5.4億臺，采集數(shù)據(jù)日增量超過60TB，覆蓋全國約4.71億客戶的用電信息實現(xiàn)在線采集，車聯(lián)網(wǎng)接入充電樁超過28萬個。規(guī)劃到2030年，接入系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量將達到20億，整個泛在電力物聯(lián)網(wǎng)有望成為接入設(shè)備最多的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，而其中40%-50%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理和存儲。

四、結(jié)語

面對未來，隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，分布式發(fā)電、儲能、用戶微網(wǎng)等復(fù)雜、難實時監(jiān)控管理的情況會越來越嚴重，利用邊緣計算就可以實現(xiàn)優(yōu)化新能源管理，實時源荷預(yù)測和協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)分布式新能源的有序并網(wǎng)，同時快速推進清潔能源消納和綠色能源轉(zhuǎn)型。由此可見，邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的整個發(fā)展過程中的作用是非常重要的。其應(yīng)用的前景也是非常廣闊的。

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