配電物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王永臣

【摘 ?要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的電力行業(yè)有了很大進(jìn)展，配電網(wǎng)建設(shè)越來越多。在新一輪能源革命背景下，國家電網(wǎng)有限公司提出“三型兩網(wǎng)、世界一流”的戰(zhàn)略目標(biāo)，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)（IoT）為電網(wǎng)運(yùn)行更安全、管理更精益、投資更精準(zhǔn)、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)開辟了一條新路。配電物聯(lián)網(wǎng)（PD-IoT）是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配電領(lǐng)域中的應(yīng)用體現(xiàn)，是傳統(tǒng)電力工業(yè)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合產(chǎn)生的一種新型電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行形態(tài)。在此背景下，闡述了配電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)理念、實(shí)現(xiàn)特征和整體架構(gòu)，探討了配電物聯(lián)網(wǎng)“云管邊端”各層中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。隨后，對配電物聯(lián)網(wǎng)在不同業(yè)務(wù)方面將會(huì)帶來的應(yīng)用成效進(jìn)行了分析，并對配電物聯(lián)網(wǎng)下一步的建設(shè)發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和展望。

【關(guān)鍵詞】泛在電力物聯(lián)網(wǎng);配電網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng);配電物聯(lián)網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù)

引言

國家電網(wǎng)公司在2019年“兩會(huì)”上提出建設(shè)狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，配電物聯(lián)網(wǎng)正是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配電領(lǐng)域應(yīng)用體現(xiàn)，成為重塑配電臺區(qū)運(yùn)行維護(hù)方式的關(guān)鍵要素?以基于物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算理念的新一代智能配變終端為臺區(qū)數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建一套集中計(jì)算與分布式智能分析協(xié)同決策的配電臺區(qū)一體化管控體系，助推管理模式由“生產(chǎn)主導(dǎo)型”向“服務(wù)主導(dǎo)型”轉(zhuǎn)變，將配電臺區(qū)打造成為低壓配電網(wǎng)智能自平衡、自優(yōu)化和自動(dòng)化運(yùn)維的邊緣智能決策者。

1配電物聯(lián)網(wǎng)概述

配電物聯(lián)網(wǎng)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配電領(lǐng)域中的應(yīng)用體現(xiàn)，是傳統(tǒng)電力工業(yè)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合產(chǎn)生的一種新型電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行形態(tài)，通過賦予配電網(wǎng)設(shè)備靈敏準(zhǔn)確的感知能力及設(shè)備間互聯(lián)、互通、互操作功能，構(gòu)建基于軟件定義的高度靈活和分布式智能協(xié)作的配電網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的全面感知、數(shù)據(jù)融合和智能應(yīng)用，滿足配電網(wǎng)精益化管理需求，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，是新一代電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)的運(yùn)行形式和體現(xiàn)。配電物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)可分為“云–管–邊–端”4個(gè)層面，通過配電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，將會(huì)在配電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化等方面起到顯著作用。

2關(guān)鍵技術(shù)

（1）“云”關(guān)鍵技術(shù)。“云”層應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)、微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)、海量終端接入技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能分析技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)解耦、資源高效配置，在滿足數(shù)據(jù)可靠性、數(shù)據(jù)安全性和決策高效性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的共享。（2）“管”層關(guān)鍵技術(shù)。“管”層應(yīng)用IEC61850、IECCIM模型和物聯(lián)網(wǎng)信息模型融合擴(kuò)展技術(shù)、邊云和邊端通信網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)在配電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、IP化寬帶電力線載波和微功率無線技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)終端的快速接入，數(shù)據(jù)的高效傳輸。（3）“邊”層關(guān)鍵技術(shù)。“邊”層應(yīng)用多核、多容器的終端通用軟件平臺技術(shù)、多源數(shù)據(jù)處理與融合技術(shù)、應(yīng)用程序（APP）信息交互技術(shù)、人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)的就地化決策、通過軟件定義“邊”的業(yè)務(wù)功能。（4）“端”關(guān)鍵技術(shù)。“端”層應(yīng)用設(shè)備自描述、自發(fā)現(xiàn)、自注冊技術(shù)，通過與“邊”和“云”的配合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備即插即用、配網(wǎng)全息感知，滿足配電網(wǎng)精益化運(yùn)維的需求，同時(shí)提供可靠、友好的客戶服務(wù)。

3配電物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用

3.1配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)評估

高比例間歇性能源與新型負(fù)荷的快速增長對配電網(wǎng)供電可靠性與供電質(zhì)量的要求越來越高。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠使配網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，評估配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而及時(shí)排除故障隱患，主要表現(xiàn)在：（1）在線監(jiān)測手段進(jìn)一步豐富。依托于健壯的通信系統(tǒng)，使得原先僅能通過電氣量甚至人工現(xiàn)場判定的故障類型能夠通過多種方式辨識。（2）安全風(fēng)險(xiǎn)評估。對配電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和挖掘，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能方法開展配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，提高供電可靠性。

3.2故障快速處置與精準(zhǔn)主動(dòng)搶修

發(fā)揮“邊”與“端”的就地化計(jì)算和執(zhí)行功能，快速處理區(qū)域內(nèi)故障，同時(shí)通過“邊”與“云”協(xié)同實(shí)時(shí)跟蹤分析，判斷故障處理是否執(zhí)行成功，提升配電網(wǎng)智能處置和自愈能力。“云”端結(jié)合電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ秃偷乩硇畔ⅲ_展故障停電分析，展示故障點(diǎn)和停電地理分布，綜合考慮人員技能約束、物料可用約束，通過智能優(yōu)化算法，制定搶修計(jì)劃，變被動(dòng)搶修為主動(dòng)服務(wù)，提高故障搶修效率與優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。

3.3基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低壓設(shè)備即插即用

（1）低壓設(shè)備對智能配變終端即插即用實(shí)現(xiàn)流程如下：1）物聯(lián)網(wǎng)通訊單元實(shí)現(xiàn)本地通信網(wǎng)自組網(wǎng)，設(shè)備發(fā)現(xiàn)APP通過輪詢方式等獲取低壓設(shè)備信息;2）低壓設(shè)備即插即用服務(wù)將設(shè)備信息上報(bào)給智能配變終端的即插即用服務(wù);3）智能配變終端的即插即用服務(wù)發(fā)布低壓設(shè)備上線信息，業(yè)務(wù)APP接收后建立與端設(shè)備的通信;4）同時(shí)將發(fā)現(xiàn)的設(shè)備信息上報(bào)給云主站，完成端設(shè)備在云主站的注冊;5）云主站將發(fā)現(xiàn)的設(shè)備信息通知給云主站應(yīng)用?（2）智能配變終端對云主站即插即用。智能配變終端按照配電物聯(lián)網(wǎng)信息標(biāo)準(zhǔn)化建模規(guī)則，建立設(shè)備信息服務(wù)模型并實(shí)現(xiàn)設(shè)備自描述，向云主站發(fā)起注冊，上送自身身份、配置等信息;云主站將生成唯一身份信息下發(fā)給智能配變終端?（3）配電物聯(lián)網(wǎng)云主站微服務(wù)即插即用。基于標(biāo)準(zhǔn)化配電物聯(lián)網(wǎng)模型，云主站PaSS層開放API接口，將應(yīng)用和數(shù)據(jù)解耦，實(shí)現(xiàn)主站應(yīng)用微服務(wù)的即插即用?

3.4共享配用電數(shù)據(jù)服務(wù)

基于配電物聯(lián)網(wǎng)平臺，提出包括數(shù)據(jù)服務(wù)、咨詢服務(wù)在內(nèi)的信息服務(wù)，規(guī)范提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化等一系列大數(shù)據(jù)技術(shù)，讓更多用戶無需注意底層數(shù)據(jù)問題，專心挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為政策制定、企業(yè)決策、個(gè)人生活提供服務(wù);根據(jù)海量數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為用戶提供能源管理、電費(fèi)診斷管理、用能咨詢、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營狀況評估等咨詢服務(wù)，拓展理財(cái)投資服務(wù)、能源保險(xiǎn)服務(wù)、信貸服務(wù)等電力金融業(yè)務(wù)。

3.5用戶個(gè)性化用能服務(wù)

（1）安裝屋頂光伏電站、小型風(fēng)機(jī)，具有V2G功能電動(dòng)汽車的用戶在一定程度上成為電能供應(yīng)方。更廣義地，用戶側(cè)熱水器甚至用戶室內(nèi)空氣等都可視為蓄能設(shè)備參與配電網(wǎng)運(yùn)行。（2）電力用戶的智能終端，如智能空調(diào)、電熱水器、電動(dòng)汽車等蘊(yùn)含豐富的用電行為信息，使得用戶成為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息提供方。為更好地服務(wù)于用戶，引導(dǎo)用戶合理用能并提升用戶參與配電網(wǎng)運(yùn)行深度和廣度，形成優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)閉環(huán)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與配電系統(tǒng)深度融合，通過制定個(gè)性化用能服務(wù)調(diào)動(dòng)電力用戶參與配網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的積極性。

結(jié)束語

綜上所述，隨著配電物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化，將初步形成配電物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)體系，并通過積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定及國際專利申請，主導(dǎo)國際話語權(quán)，提升企業(yè)核心競爭力。通過配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的積極探索和深入實(shí)踐，適應(yīng)分布式能源、儲能、電動(dòng)汽車等交互式用能設(shè)施大規(guī)模并網(wǎng)接入，發(fā)揮“樞紐型、開放型、共享型”配電物聯(lián)網(wǎng)的平臺價(jià)值，為政府政策制定、企業(yè)決策、增量配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行、新能源管理、電力市場交易、電動(dòng)汽車運(yùn)行服務(wù)等提供數(shù)據(jù)資源支撐和平臺支撐，更好地滿足人民群眾美好生活的用能需求。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：國網(wǎng)焦作供電公司）