電力物聯網技術應用與研究

呂 華，曹 秘

（國網四川雅安電力（集團）股份有限公司，四川 雅安 625000）

1 電力物聯網

電力物聯網是圍繞電力生產各環節，充分利用當前射頻識別技術（Radio Frequency IDentification，RFID）、全球定位及傳感器等技術，實現電力系統各個環節萬物互聯和人機交互，具有狀態全面感知、信息高效處理及應用便捷靈活特征的智能化電力系統[1]。目前，電力物聯網已基本完成物管平臺、技術中臺等關鍵基礎設施建設，包括電能計量、光伏發電、低壓配網以及森林防火等眾多物聯網終端設備建設，實現電網監測、匯總分析及告警功能，但大多不具備遠程控制、遠程升級、數據下發等功能，繼續采取人工調度、檢修及運行方式切換等傳統模式進行運行和管理，會影響電網發展。因此，文章分析電力物聯網現狀和應用存在的問題，并給出一些解決方法。

2 電力物聯網技術架構

電力物聯網技術架構圖1 所示主要包括“云、管、邊、端”4 層。第一層“云”指部署在云端的物聯管理平臺、企業中臺及各專業數字化應用；第二層“管”指各類遠程通信網絡，主要包含電力光纖、無線專網、無線公網及因特網；第三層“邊”指部署在區域現場具備邊緣計算能力的智能設備，按照企業級共建共享共用的理念，在同一區域現場，各專業共用一套邊緣物聯代理設備；第四層“端”指采集終端，通常部署在采集監控對象本體內部或附近，采集量測設備或對象的狀態量、電氣量及環境量等信息[2]。

圖1 電力物聯網架構圖

3 電力物聯網發展現狀

3.1 網絡建設

隨著信息化技術不斷發展和建設，國家電網有限公司（以下簡稱公司）數據通信網已覆蓋各辦公區、變電站、直屬發電廠以及電力網點等生產經營場所，并在其內部建立物聯專網傳輸通道，主要負責采集終端、監測終端等感知層物聯網設備接入，基本實現全網貫通連接[3]。

3.2 平臺建設

根據公司數字化發展總體規劃和戰略部署，公司已陸續建設數據中臺、物管平臺技術底座，并對各專業數據進行規范化歸集和處理，滿足各類生產和經營業務的數據接入與提取。

3.3 服務應用建設

隨著公司數字化轉型發展，基本完成人資、財務、運檢、營銷及電力調度等各類專業化應用系統和監控軟件建設，基本實現全網監測、控制及數據一鍵提取等專業化應用。

4 目前電力物聯網應用存在的問題

4.1 網絡覆蓋不足

電力物聯網承載于數據通信網，主要采用有線方式搭建網絡架構，覆蓋各單位辦公區、變電站及供電所，但輸電線路均位于戶外，數據通信網未能全面覆蓋，也無法建立物聯網專用傳輸通道；低壓配電網分布較廣，數量較多，并且大部分線纜和配電網設備位于城市溝道等隱蔽區域，未配套建設光纖傳輸資源和數據通信網絡設備，難以建立電力物聯網傳輸通道；由于電站分布特性，部分用戶電站位于偏遠山區，大多未自建或使用第三方運營商的光纖傳輸通道，也無4G 網絡信號，存在物聯網建設盲區。

4.2 建設成本高

大多采集和監測終端需要部署于偏遠山區的高壓線路和桿塔，設備分散，運行環境較差，取電困難，對物聯網設備可靠性要求較高，而且物聯網設備部署期間需要停運高壓線路，會影響電網運行，因此難以安裝和建設。

4.3 感知設備智能化程度不高

近年來，物聯網和人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術發展較快，感知設備本體不具備采集、傳輸及告警等功能，主要依靠附加物聯網感知終端。同時，目前大多物聯網終端智能化程度不高，大多采用RS-232 老舊傳統通信模式，也不具備遠程控制、自我識別、數據下發等功能，基本依靠后臺軟件開發水平和開發能力，難以實現智能化和AI 技術應用。

4.4 臺賬基礎信息不夠準確和完善

經多年發展，電網資產規模較大，設備數量多，品牌復雜多樣，部分設備與現場實物差異較大，臺賬信息不夠準確，難以全面監控和管理。此外，早期建設的部分設備和線纜大多在野外偏遠山區，難以核查和補充完善，也難以進行遠程控制和管理。

4.5 物聯網技術認識不足

近年來，隨著信息化技術不斷發展，市場上不斷涌現出萬物互聯、智慧物聯網等新概念和新事物，但大多用于建立系統和采集終端等。公司運維檢修、營銷等部門均已建設各類采集和應用系統，但大多系統只具備數據采集、數據監測、匯總分析以及掉線告警等簡易功能，未實現遠程控制、自動判斷、告警分析及數據預測等智慧功能，導致數據無實際應用和使用價值。另外，大多數公司人員認為萬物互聯、智慧物聯網、AI 人工智能等為信息通信新技術，與本職工作關聯不大，應由信息和通信專業人員承建，導致物聯網技術推進難度較大[4]。

5 電力物聯網建設思考和問題解決方法

5.1 建立和完善物聯網建設標準體系

電力物聯網建設涵蓋調度、運檢及營銷等專業，接入數量龐大，各類接入設備和采集終端復雜多樣，并且各地區或專業管理差異較大，導致部分設備和終端接入困難，甚至無法加入，達不到建設效果，因此急需建立和完善物聯網建設標準體系和技術架構[5]。主要思路如下：一是建立標準物聯管理平臺，制定統一數據格式和統一接口，保障各類設備和采集終端正常接入；二是建立統一虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）通道和傳輸協議，確保全網數據縱向貫通、橫向連通，實現數據共享共用；三是建立應用服務平臺標準，采用統一技術路線和架構開發各類應用服務，確保各地區和應用服務平臺兼容提取和傳輸數據，實現全網數據一鍵提取和匯總分析；四是建立終端設備接入標準，明確各類終端功能特點、支持協議及傳輸端口等關鍵信息，保障各類終端設備可接入，確保上傳數據完整有效；五是建立安全防護體系標準，近年物聯網終端接入過多，終端自身基本無安全防護能力，電力網絡架構復雜，急需建立統一安全防護基線和標準，增強電力物聯網安全防護能力，保障數據安全。

5.2 拓展和延伸終端物聯網架構

電力物聯網主干網絡承載于數據通信網，大多僅覆蓋至各辦公區、變電站等骨干區域和重點生產場所，覆蓋范圍不足，且數據通信網設備老舊，帶寬窄，難以支撐龐大物聯網接入和傳輸需求，急需升級數據通信網，延伸終端物聯網架構[6]。一是加大數據通信網骨干網絡建設，將地市級骨干網絡帶寬提升至10 Gb/s，同時建立物聯網傳輸通道，以支撐大容量物聯網數據傳輸；二是加強配網通信網絡傳輸通道建設，以滿足物聯網終端接入；三是加強與運營商協作，豐富偏遠電站和農配網等戶外光傳輸資源，延伸物聯網架構，以達到萬物互聯的接入需求。

5.3 推進物聯網終端智能化

目前大多設備本體智能化程度較低，主要采取外掛物聯網監測終端，用于數據監測、日志分析和告警，難以遠程控制和管理，也無法智慧運行和智慧管理，嚴重制約電力生產和發展，因此急需推進物聯網終端智能化[7]。主要思路如下：一是新建或全站改造設備，按新型智能電網發展思路，推進新建智能化設備或變電站設備的全面智能化改造，實現無人值班和智慧運行；二是新建物聯網終端智能化，推行物聯網終端具備自動計算、數據采集、數據存儲、數據上傳、數據下發、遠程控制、自動告警以及日志分析等高度智能的一體化終端，為后臺服務開發應用智能化、智慧化奠定基礎。

5.4 推進平臺應用智能化和智慧化

公司已建立電力調度、SG186 營銷、企業資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、協同辦公、經濟法律以及E 物資等眾多管理信息系統，基本包括數據采集、匯總分析及流程審批等功能，但大多采取獨立運行和數據自行管理模式，數據共享能力較弱。隨著大數據、云平臺、AI 技術以及萬物互聯等新概念的出現，新型智能電網和雙一流電網發展規劃的提出，升級或改造老舊平臺，升級完善數據監測、日志分析、運行管理、故障和缺陷排查、運行控制、自動告警以及數據一鍵生成提取等功能，推行公司各業務智能化、智慧化及管理現代化。

6 結 論

隨著電力物聯網技術不斷發展和應用，數據通信網逐漸演變為骨干傳輸網絡，電力物聯網成為電力系統萬物互聯和所有終端接入的關鍵基礎設施和網絡架構，從而推動電力系統大數據、云平臺及AI 等技術高速發展，最終成功實現智能識別、定位、跟蹤、監測、控制及管理，實現公司生產和經營管理高度智能化。文章結合智能電網發展趨勢和物聯網建設情況，針對當前物聯網建設和應用存在的問題和難點，提出后續物聯網建設思考，快速推進電力系統智能型和智慧型發展，為構建新型智能電力系統和現代雙一流企業貢獻智慧和力量。