基于智慧物聯(lián)體系的配電臺區(qū)建設(shè)

于 凱，郭成光，楊學(xué)靜，康 偉

（國網(wǎng)山東省電力公司章丘區(qū)供電公司，山東 章丘250200）

隨著電力創(chuàng)新發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，智慧物聯(lián)體系建設(shè)在公司建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)戰(zhàn)略思想中越來越重要。配電平臺的物聯(lián)管理平臺運(yùn)行方面，目前已實(shí)現(xiàn)模型管理、連接管理、設(shè)備管理、規(guī)則引擎、服務(wù)開放和應(yīng)用管理等功能，平臺運(yùn)行穩(wěn)定，物聯(lián)管理平臺及接入設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，對下已實(shí)現(xiàn)接入各專業(yè)、各類型邊緣物聯(lián)代理、感知終端等設(shè)備的統(tǒng)一接入和物聯(lián)管理，對上為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口服務(wù)，但終端通信協(xié)議支持、數(shù)據(jù)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(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)范配電臺區(qū)側(cè)公司產(chǎn)權(quán)的各類設(shè)備物聯(lián)感知配置；考慮投資規(guī)模、可靠性及運(yùn)維便利性，存量臺區(qū)應(yīng)主要利用已有感知單元的數(shù)據(jù)應(yīng)用，新建或改造臺區(qū)則應(yīng)推進(jìn)低壓配網(wǎng)一二次融合的新型智能設(shè)備應(yīng)用，降低生產(chǎn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度和設(shè)備安裝運(yùn)維成本，促進(jìn)設(shè)備制造智能化水平和配電運(yùn)檢自動(dòng)化水平提升，智慧物聯(lián)體系對配電臺區(qū)的建設(shè)升級和智能化融合提供了強(qiáng)有力支撐。

1 配電臺區(qū)建設(shè)現(xiàn)狀

目前配電臺區(qū)涉及的采集測控主站有，面向中壓配電網(wǎng)的配電自動(dòng)化主站和面向低壓配電網(wǎng)的配電自動(dòng)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(shè)模式。自2019年對大四區(qū)進(jìn)行云化改造試點(diǎn)，構(gòu)建配電云主站系統(tǒng)，主要部署在省公司管理信息大區(qū)，物聯(lián)管理平臺主要支撐配電云主站建設(shè)。配電云主站主要包括物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、公共服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析等功能，為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)能力。

2 智慧物聯(lián)體系下的配電臺區(qū)建設(shè)

2.1 目標(biāo)架構(gòu)

遵循國網(wǎng)智慧物聯(lián)體系總體設(shè)計(jì)，同時(shí)充分考慮現(xiàn)有存量終端設(shè)備管理、以及數(shù)據(jù)接入，兼顧各專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定應(yīng)用需求，由物聯(lián)管理平臺來實(shí)現(xiàn)臺區(qū)融合終端的統(tǒng)一接入、管控和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)所有下連智能終端設(shè)備和傳感設(shè)備的統(tǒng)一管理。電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺與物聯(lián)管理平臺進(jìn)行協(xié)作，完成邊和端的配置、管理，云端和邊端分析能力的協(xié)同，電網(wǎng)感知數(shù)據(jù)通過邊端匯聚層（前置機(jī)等）以分布式消息的方式推送量測數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)事件，電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺通過消息機(jī)制接入、存儲(chǔ)量測數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)事件，結(jié)合電網(wǎng)拓?fù)湫畔?，支撐?shí)時(shí)故障智能研判等服務(wù)能力。電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺以數(shù)據(jù)交換的方式定期同步數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中臺，業(yè)務(wù)中臺僅保留近期數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中臺按分析模型進(jìn)行清洗、存儲(chǔ)、管理，對外提供數(shù)據(jù)多維分析、挖掘分析等服務(wù)能力。配電臺區(qū)智慧物聯(lián)體系目標(biāo)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 配電臺區(qū)智慧物聯(lián)體系目標(biāo)架構(gòu)

2.1.1 感知層

包括邊緣匯聚層、及末端傳感層?！斑吘墔R聚層”主要為智能融合終端、能源控制器等設(shè)備（以下統(tǒng)稱“臺區(qū)融合終端”）組成，根據(jù)具體業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，匯聚層利用HPLC、微功率無線等通信網(wǎng)絡(luò)，將傳感器層采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚至臺區(qū)融合終端內(nèi)，滿足傳感層和節(jié)點(diǎn)設(shè)備單點(diǎn)接入、鏈?zhǔn)椒植级鄳B(tài)組網(wǎng)需求。同時(shí)，利用臺區(qū)融合終端邊緣計(jì)算框架，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)的匯聚、邊緣計(jì)算及回傳、區(qū)域自治，滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、即時(shí)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(guī)無線傳感器、有線傳感器等監(jiān)測裝置組成，主要對電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、可視化信息、作業(yè)信息進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全方位感知與需求快速響應(yīng)。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

由無線網(wǎng)（公網(wǎng)APN和電力專網(wǎng)）、有線電力光纖網(wǎng)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。通過擴(kuò)大電力無線專網(wǎng)試點(diǎn)及業(yè)務(wù)應(yīng)用、進(jìn)一步優(yōu)化骨干傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)，滿足設(shè)備管理專業(yè)業(yè)務(wù)處理實(shí)時(shí)性和帶寬需求，為設(shè)備側(cè)電力物聯(lián)網(wǎng)提供高可靠、高安全、高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。

2.1.3 平臺層

主要由物聯(lián)管理平臺、電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺組成。將設(shè)備管理專業(yè)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、物聯(lián)等共性需求沉淀封裝成共享服務(wù)，支撐前端應(yīng)用創(chuàng)新。電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺將具有共性特征的業(yè)務(wù)沉淀，形成企業(yè)級共享服務(wù)中心，為公司核心業(yè)務(wù)處理提供共享服務(wù)，包括電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺、用戶服務(wù)中臺、項(xiàng)目中臺等。物聯(lián)管理平臺是連接終端和業(yè)務(wù)應(yīng)用的樞紐，支撐物聯(lián)管理業(yè)務(wù)的設(shè)備接入、管理、控制，負(fù)責(zé)物聯(lián)感知終端的實(shí)時(shí)感知、實(shí)時(shí)控制、匯聚分發(fā)，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.1.4 應(yīng)用層

主要為各專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用主站系統(tǒng)組成。基于物聯(lián)管理平臺提供設(shè)備監(jiān)測、設(shè)備管理、應(yīng)用管理等功能接口來實(shí)現(xiàn)各類智能設(shè)備的有效管理。利用電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺和數(shù)據(jù)中臺微服務(wù)共享來構(gòu)建配電臺區(qū)管理和運(yùn)維的智能化體系。

2.2 信息安全防護(hù)

配電臺區(qū)智慧物聯(lián)體系信息安全防護(hù)方案應(yīng)同時(shí)滿足營銷、設(shè)備專業(yè)的信息安全要求，同時(shí)兼容臺區(qū)融合終端和早期同類產(chǎn)品安全接入，可覆蓋物聯(lián)體系的各個(gè)環(huán)節(jié)?；跇I(yè)務(wù)系統(tǒng)目前現(xiàn)狀，結(jié)合各專業(yè)業(yè)務(wù)和系統(tǒng)建設(shè)情況，以及未來發(fā)展規(guī)劃，配電臺區(qū)智慧物聯(lián)體系總體信息安全防護(hù)方案可分為“目標(biāo)”和“過渡”兩種架構(gòu)進(jìn)行衍進(jìn)。

2.2.1 目標(biāo)架構(gòu)

在臺區(qū)融合終端內(nèi)置安全芯片或軟件SDK，具備統(tǒng)一CA證書體系，業(yè)務(wù)App通過邊緣側(cè)的安全接入組件對接安全接入網(wǎng)關(guān)后，接入物聯(lián)管理平臺，不再直接接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)。物聯(lián)管理平臺將終端上報(bào)數(shù)據(jù)匯總分發(fā)至供配電自動(dòng)化系統(tǒng)、用采系統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

各單位可遵照安全接入要求，部署安全接入網(wǎng)關(guān)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(jīng)安全接入網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一安全接入。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無需另行加密。

2.2.2 過渡架構(gòu)

由圖2可得，“過渡架構(gòu)”包括了兩種安全方案。方案一適配已有存量不改造臺區(qū)的智能配變終端信息安全接入，沿用原配電/營銷專業(yè)安全防護(hù)方案。方案二適配新建臺區(qū)融合終端，因?yàn)槲锫?lián)管理平臺未完成大規(guī)模終端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接入能力驗(yàn)證的情況下，物聯(lián)管理平臺暫時(shí)只接入終端管理通道信息，終端業(yè)務(wù)通道數(shù)據(jù)仍直送原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)前置。

圖2 配電臺區(qū)信息安全防護(hù)“過渡”架構(gòu)圖

2.3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)協(xié)同

臺區(qū)融合終端是配電智慧物聯(lián)網(wǎng)邊層中的數(shù)據(jù)匯聚、邊緣計(jì)算、應(yīng)用集成的中心，是信息節(jié)點(diǎn)與物理節(jié)點(diǎn)的融合，具備采集、通信、計(jì)算和分析的功能，支撐著各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互和業(yè)務(wù)融合。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)都基于電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺統(tǒng)一服務(wù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、及共享應(yīng)用。

臺區(qū)融合終端是配電臺區(qū)用電信息采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及通信組網(wǎng)、就地化分析決策、主站通信及協(xié)同計(jì)算等功能于一體的智能化終端設(shè)備。

2.4 典型通信組網(wǎng)

配電臺區(qū)智慧物聯(lián)體系建設(shè)的通信網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的管理平臺如圖3所示。

圖3 通信組網(wǎng)架構(gòu)

由此可以分析得出，配電臺區(qū)智慧物聯(lián)體系建設(shè)典型通信組網(wǎng)包括遠(yuǎn)程通信網(wǎng)和本地通信網(wǎng)兩段。

遠(yuǎn)程通信：遠(yuǎn)程通信網(wǎng)主要滿足物聯(lián)管理平臺與臺區(qū)融合終端之間高可靠、低時(shí)延、差異化的通信需求，具有數(shù)據(jù)量大、覆蓋范圍廣、雙向可靠通信的特點(diǎn)。低壓配電臺區(qū)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)以4G為主，并可根據(jù)配電臺區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)、電力無線專網(wǎng)覆蓋情況來靈活切換選擇等。

本地通信：本地通信網(wǎng)主要滿足臺區(qū)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(qū)業(yè)務(wù)種類、設(shè)備類型、部署方式等不同，因此本地通信網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)帶寬、容量、實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性等要求存在較大差異。低壓配電臺區(qū)本地通信網(wǎng)宜以RS485有線、HPLC為主，并結(jié)合配電臺區(qū)業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，因地制宜選取微功率無線等輔助通信方式。

4 結(jié)束語

智慧物聯(lián)體系在配電臺區(qū)建設(shè)中起到了重要作用。它包含了物聯(lián)管理平臺、邊緣物聯(lián)代理和各類型終端標(biāo)準(zhǔn)化接入，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與規(guī)范，對下統(tǒng)籌輸配電網(wǎng)及以下的用戶側(cè)和供應(yīng)鏈等領(lǐng)域廣泛物聯(lián)和深度感知需求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一物聯(lián)管理和終端標(biāo)準(zhǔn)化接入，對上為企業(yè)中臺和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供開放、標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，形成跨專業(yè)數(shù)據(jù)共享共用的生態(tài)，為“數(shù)據(jù)一個(gè)源”提供保障。為配電臺區(qū)打造“精準(zhǔn)感知、邊緣智能、統(tǒng)一物聯(lián)、開放共享”的智慧物聯(lián)體系。