配电物联网设计与应用

杨延军

国网内蒙古东部电力有限公司喀喇沁旗供电分公司

内蒙古赤峰市 024400

摘要：国家电网正式提出“打造全业务泛在电力物联网”的战略目标，其实质在于综合应用先进物联网技术、人工智能技术、大数据存储与分析技术等新兴技术，实现从能源生产、输送、调配、消费各环节中人与人乃至人与物、物与物的信息互联共享，全面提升电力系统优化运行水平，促进电力系统由原先单一电能供应商向智慧综合能源服务提供商角色转变。对于配电网而言，泛在电力物联网建设将极大程度提升配网运行状态的全面感知能力，保障分布式能源的友好接入，提高对新型负荷的弹性承载力，满足用户多样性用能需求，促进电网运营部门向枢纽型、平台型、共享型企业转型。 当前对于泛在电力物联网建设、发展以及其与电网的融合研究仍处于探索阶段，存在诸多亟待解决的问题。

关键词：智能电网；物联网技术；应用

配电网是社会发展和国民经济的重要公共基础设施，低压配电网位于电网的末端，担负着连接输电网及直接面向用户供电的重要职责，是保证供电质量的关键环节。配电网与用户直接相连，对客户的影响最直接，客户的服务体验感受也最强烈，另一方面，配电网电压等级较低，建设工期短、单个设备影响范围小，比较适于新技术、新设备的试点与快速推广。因此，配电网是泛在电力物联网建设中，极为关键且能够快速见效的重要组成。泛在电力物联网与智能电网在配电领域深度融合的产物—配电物联网，将是能源革命和数字革命融合发展趋势的积极响应。

一、配电物联网

配电物联网是泛在电力物联网的重要组成部分，是配电技术与物联网技术深度融合产生的一种新型配电网络形态。通过对配电网中低压设备的全域识别及设备间广泛互联，实现配电网的全面感知、数据融合和智能应用，进而推动配电侧能源流、业务流、数据流的“三流合一”，建设配电物联网以配用电领域应用需求为导向，以价值创造为核心，将“大云物移智”等先进信息通信技术融入到配电侧的各个环节，实现配电网的数字化、信息化和智能化，为规划建设、生产运行、电力营销、企业管理、供电服务提供平台化支撑，有效提升配电网在电力与客户之间供电服务的枢纽能力，实现公司与客户及其他主体间的信息互动、数据共享与价值共享，支撑“三型两网”建设在配电领域的全面落地。配电物联网对内为规划建设、生产运行、电力营销、企业管理、供电服务提供数据支撑和平台化服务，对外为电力客户、分布式能源、电动汽车、政府及社会提供数据共享和增值服务。以建设配电物联网感知层、网络层、平台层、应用层为核心，通过智能配电网与配电物联网的深度融合，提升供电服务能力、企业精益管理能力、配电网源网荷储人协同发展能力、新业务发展支撑能力，构建枢纽型、平台型、共享型的配电物联网生态体系。

二、电力物联网体系架构与功能

作为物联网技术、大数据技术、优化运行调控技术深度融合的复杂大系统，泛在电力物联网呈现出能量流、信息流与业务流交互耦合的特征，将深刻影响未来电网的运营模式。

1、感知层。感知层是泛在电力物联网的“神经末梢”。其重要功能在于，采用多种类型的传感器深入设备，实现全面感知。感知层设备包括电网一次系统的电压电流互感器和二次系统的电能表、集中器等各类终端，以及用户侧多种多样的智能电器。通过泛在感知所获取的海量数据使控制决策单元能够以前所未有的广度和深度获知电网各个环节运行状态，使电网在面对诸如间歇性新能源并网、随机负荷投切、电动汽车时空集群效应时，能够实时掌握系统状态，及时发现故障隐患，评估安全运行风险; 同时，通过灵活调整电网拓扑，实时控制电源出力，优化用户用能模式，从而提高电网对高比例分布式新能源与新型负荷的接纳能力，强化电网应对突发故障的容灾性。

2、网络层。网络层的功能在于为泛在电力物联网的各类型业务提供确定的通信服务质量及安全的信息交互通道。网络层按安全等级与数据类型划分为内部专网和互联外网。具体的通信方式则根据实际工况、传输距离、经济成本等灵活选择，包含移动空中网、传统互联网、近距离无线传输以及近距离有线传输，其中电力线载波与 230 MHz无线通信为电力通信系统特有通信方式，而5G 技术则是泛在电力物联网新兴应用的通信方式。

三、配电物联网关键技术

配电台区遵循配电物联网“云–管–边–端”架构设计，其中配电台区的云主站、边缘计算智能终端和配电台区站端协同机制是整体配电台区管理的关键技术｡

1、配电物联网云主站｡

（1）平台即服务层(PaaS)主要实现配电物联网数据汇聚、消息传输、数据存储、计算、数据处理与分析、公共服务等功能｡针对终端单元众多、快速响应等需求，在 PaaS 层实现终端智能化管理、数据统一接入与存储处理等功能｡

（2）软件即服务层(IaaS)实现配电物联网应用服务化，提供配电台区监测、设备状态监测、资产管理、配电运维等多种面向配电物联网业务需求的微服务｡配电台区云主站还应该能够承担智能终端应用的全生命周期管理｡具备应用授权、应用门户、应用管理、协同监测、系统管理等功能，可实现 APP生态的全面支撑｡在配电台区应用中，根据每个配电台区实际应用需求，通过远程“零接触”I 点对点方式实现 APP 灵活定制化部署，降低运维成本，提高运维效率，同时基于互联网开放开源思路，发挥各单位的智慧，促进应用的快速发展｡

2、边缘计算智能终端。智能配变终端部署在配变出线侧，监控配电变压器至用户智能电表间运行数据，天然具备边缘计算节点特性，是配电台区管理架构的核心｡基于“硬件平台化、软件 APP 化”设计理念，内置边缘计算软件平台，屏蔽硬件差异，统一软件接口；支持消息交互总线，保证信息交互效率｡通过部署多个容器实现终端内运检、营销等不同专业或业务隔离，容器通过 chroot 创建虚拟的根目录文件系统，隔离其他容器的虚拟文件系统，共享位于linux 内核的底层的文件系统；通过容器在 linux 内核中的命名空间(namespace)实现应用相互隔离的独立空间；cgroups 实现对容器计算和内存资源分配和限制｡

3、配电台区管理系统协同机制。云主站与智能配变终端作为台区管理系统的关键节点，通过二者的协同互动，可实现配电台区“数据全采集、状态全感知、业务全穿透”，以 APP方式提供低压配用电设备信息精准管控、精益化运维、电能质量运行指标分析等服务｡

智能终端自主分析。智能配变终端通过开发 APP 实现特定业务功能，实现自主分析决策｡现有智能配变终端自主分析决策按照 APP 功能分为以下几种：基础管理类 APP 包括上行通信、定值管理、日志管理、智能配变终端状态管理、低压台区模型管理等｡采集监测类 APP 定义为智能配变终端与数据监测设备直接交互，进行电网设备运行数据采集监测的 APP，是智能配变终端边缘计算数据源头与标准数据规约清洗的功能载体｡具体包括：配电变压器高低压侧采样、分支线路采集监测、用户端采集监测、环境监测、自动换相负荷调节、低压拓扑动态识别、分布式能源接入、充电桩接入、无功补偿设备接入、自动换相开关接入等｡

参考文献：

[1] 董朝阳，赵俊华，福 拴. 从智能电网到能源互联网：基本概念与研究框架[J]. 电力系统自动化，2019，38(15)：1-11.

[2] 韩晓平. 智能电网—信息革命和新能源革命的整合[J]. 电力需求侧管理，2019，11(2)：5-7.

[3] 李立浧，张勇军，陈泽兴. 智能电网与能源网融合的模式及其发展前景[J]. 电力系统自动化，2018，40(11)：1-9.