电力物联网建设技术构架实现方案

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摘要：在新能源快速发展和结构不断优化的前提下，坚强智能电网和泛在电力物联网建设的概念不断被提出。泛在电力物联网建设主要是将现代信息技术和先进通信技术应用于电力系统中，以实现电网运行更安全、能源利用更高效的目的。在此基础上，对泛在电力物联网的基本概念进行介绍，针对泛在电力物联网建设的关键技术，初步提出泛在电力物联网建设技术构架；然后结合其技术构架给出了泛在电力物联网建设实现方案。实验表明，所提方案为加快打造具有全球竞争力的世界一流能源互联网企业，为落实“三型两网、世界一流”战略目标提供一个全新的思路。

关键词：泛在电力物联网；新能源；智能电网；信息技术；通信技术；三型两网

引言

在通信技术和互联网技术高速发展和国家大力支持新能源产业和清洁能源的发展背景下，必将推动新一轮的能源改革。目前，电网企业面临着三重挑战：随着社会经济的飞速发展，各行各业对电力供应的需求越来越大，电网架设规模也不断扩大所带来的电网形态复杂化挑战；在电力市场逐步向民营企业开放的形势下，电力市场化倒逼电网企业做出新的改革挑战；数字化经济打造多边市场的挑战[1-3]。为应对各种挑战，提出了泛在电力物联网建设。建设泛在电力物联网，是推进“三型两网”建设的重要内容和关键环节。本文在泛在电力物联网建设的目标和要求的基础上，提出泛在电力物联网建设的技术构架及实现方案，为电网企业的下一步改革提供参考与借鉴。

1泛在电力物联网建设的技术构架

泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息交换和通信。泛在电力物联网是泛在物联网在电力行业的具体体现和应用落地。泛在电力物联网，就是利用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。泛在电力物联网建设的技术构架包含信息感知层、边缘计算层、网络传输层、平台应用层四个不同的层次。

1.1信息感知层

对于电力物联网中的信息感知层，是利用智能传感设备对电网末端运行设备进行实时数据采集、监测和感知。电网运行的数据流贯穿发电、变电、输电、配电及用电全过程。对于电力系统一次设备信息，一部分属于设备基础数据，另一部分是设备实时运行状态数据。实时数据需要相对应的智能监测设备对其监测和感知，例如：红外测温仪、监测摄像头、巡检机器人及无人机等。电力系统二次设备，例如：继电保护装置和电能监测设备具备对电网运行数据的采集功能。用电侧设备包括智能电表、智能家电、电动车充电桩等。一方面，它们能将系统运行数据和用户电量消耗数据进行采集；另一方面，也能将设备运行数据、电力系统运行数据、用户耗能及电力能源交易数据传输至系统平台。

1.2边缘计算层

边缘计算是指在数据源附近进行计算、初步分析、存储和应用的开放式平台。电力物联网边缘计算层由电力终端设备、智能设备、边缘节点处设备构成，对系统终端层上传的数据进行简单计算和初步处理，同时将处理结果上送至云中心[4-5]。边缘计算层将终端层与网络层进行更全面、更细化的连接，经过其简单的计算分析，可大大缓解了云中心处理数据的压力。随着电网的逐步发展，电网架设安装的设备越来越多，大量的数据需要传输和计算。可以在边缘节点处灵活部署设备，更接近终端设备、用户设备，能准确及时对电力系统运行和用户用电情况进行反馈，从而能更好的进行电力能源的调度。

1.3网络传输层

传统的电力网络传输包括工业以太网、电力载波通信和光纤通信。泛在电力物联网网络层传输层在已有的网络传输基础上着力发展电力无线专网和终端通信建设，增强带宽，以实现深度全覆盖，满足新兴业务发展的需要。网络传输层是在感知层与平台应用层建立通信连接，对所采集到的数据、信息进行高效、安全的传输[6-7]。网络传输除了网络架构的搭建问题，最重要的是传输安全性及传输数据的速度。泛在电力物联网的数据来源是多元化的，数据的格式是多样的，因此需要网络的融合性和数据兼容性更强。同时，多源的数据会给网络带来更大安全风险。为了解决数据在各个环节所产生的安全风险，最优的信息保密技术亟待研究和应用。随着国内5G技术的快速发展，电5G通信也应用于电力物联网领域。5G通信具有无线覆盖面广、传输时延短、系统安全性高、传输速率高等特点，能较好应用泛电力物联网的网络建设中。

1.4平台应用层

平台应用层是将电网各类数据统一管理、统一处理和应用开发平台，其包括企业统一数据管理中心、物联管控中心、企业中台。平台应用层充分应用“大、云、物、移、智”等现代信息技术，以实现各类采集数据精细分析和综合处理，并更精准服务于企业业务的需要[8-12]。大量的数据和信息汇集至平台，需要对数据和信息进行筛选、匹配，以达到一种良好的供需目的，并提高数据的利用效率和发挥数据的最大潜力。平台建设的重点是加强设备监控、电网互动、账户管理、客户服务等共性能力，最大限度的扩大为电网企业潜能。在应用方面，打造核心业务智慧化运营，全面服务能源互联网生态，促进管理提升和业务转型。泛在电力物联网建设的技术架构如图1所示。

2泛在电力物联网建设实现方案

目前公司在智能变电站建设方面有一定基础，同时打造了坚强电网架构。为了建设枢纽型、平台型、共享型企业，在坚强智能电网基础上建设泛在电力物联网，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。在现有电网发展水平的基础上，泛在电力物联网建设实现方案包括加强基础设备建设、网络通信建设、推动“平台+生态”建设三个方面。

2.1加强基础设备建设

加强基础设备建设贯穿了发电、变电、输电、配电及用电全过程。发电包含多能源发电厂和发电设备的的建设，充分利用多种能源发电并建设新型发电站，同时重点安装更高效更智能发电设备。全面利用设备的信息化建设虚拟电厂，从而提高分布式新能源的友好并网水平和电网可调控容量占比，促进清洁能源的利用。在常规站到智能变电站建设趋势下，达到站内设备智能化、微机化、信息化的目的，同时继续加强对站内一次设备的智能监控和二次设备的改造升级。确保对全站设备的全方位监控管理，全面感知设备的运行状态。在输电线路上，除了做架设坚强输电线路网架建设，同时应着重实现线路和铁塔智能在线监测全覆盖发展。配电和用电设备多而杂，需要对这些设备进行智能化改造，包括配网高压线路、配变、开关，智能电表，及移动充电桩的建设，以逐步提高配电设备的智能化水平。

2.2网络通信建设

电力网络通信系统在电网智能化发展过程中占很重要地位，不仅仅是解决电力数据的传输问题，更重要的是使得电网系统更加通畅。目前，电力通信传输网络的通信方式主要包括有线通信和无线通信。有线通信技术包括同步数字体系（SynchronousDigitalHierarchy,SDH）技术、电力线载波通信（PowerLineCommunication,PLC）技术、以太网无源光网络（EthernetPassiveOpticalNetwork,EPON）技术。电力无线通信技术主要有ZigBee、蜂窝通信技术、通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService,GPRS）技术[13-14]。电力物联网的建设则着重发展电力无线通信，相比于有线通信，电力无线专网具备安全性更高、接入更灵活、传输延时低、容量大等特点。目前，在建设电力无线专网时，可以设计多套无线核心网设备，将TD-LTE基站均分别接入这些核心网。各级网络则对特定区域数据进行管理，且各核心网之间互为备用，以确保数据不会因网络出现故障而中断。

2.3“平台+生态”建设

“平台+生态”建设是要打造出共治共享的能源互联网生态圈，以达到能源生产、传输、消费的最优分配。同时利用已有资源建设智慧能源综合服务平台，为各类新兴业务主体提供更优质、更便捷的服务。它具体实现方式是多样的，例如，利用泛电力物联网的建设收集行业内丰富的业务数据，通过对各类数据的分析处理，统一对接总部级企业能效服务共享平台，从而能更科学的，更经济的、更有效的进行业务来往。再者通过大量的智能终端采集的数据，将各种设备、电网运行数据、负荷消耗等各类数据发送至系统平台，可对设备进行集中监控，对设备故障的反应更智能。建设电力互联网生态圈，利用公司强大的资源网，把电网企业、发电企业、设备制造厂家、金融机构、政府及用户融合至一个良好的电力生产、服务、消费互联网生态圈。电力企业使用最先进的智能设备，同时在客户端也存在大量智能设备，例如，充电桩、电动汽车、智能家居家电等。平台能将电力生产与消费者消费特征相结合，做出最好的服务策略。电力能源调度统一平需要借助双绞线、电缆、光纤等传输介质，传输必须要媒介才可以。相较于传统的CAN通信电路，本系统采用了DT3000与DT4000的数据采集通信模块，主要负责将发电机组控制器连接到互联网，模块支持2G网络、4G网络以及无线GPRS网络。

2.3Web管理模块

Web管理模块包括服务端和Web端两部分，其主要是为用户提供设备添加、设备删除、设备控制和设备运行状态的可视化管理界面。服务端通过onMessage（）方法将数据库的数据转发给前端页面和接受前端页面发来的控制命令。Web端设计的开发环境利用Linux+Apache+PHP+MySQL搭建，并通过WebSocket协议与服务端进行双向通信。

2.4远程监控模块

远程监控模块负责将控制器检测到的数据，采用JSON格式的网络数据通信协议与压缩算法，通过RS485、RS232或者Link通信接口把数据信息经过云猫，利用GPRS、4G、有线或无线（WiFi）网络传送到云服务器以供用户查看。

3结语

本文设计了一种以云平台为核心的发电机组控制系统。实验表明，该系统可实现发电机组远程监控和在线控制的功能，具有智能、实时、节能的特点，很大大程度上满足了“中国制造2025”的背景下发电机组行业的要求。

参考文献

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作者：黄立 单位：广东电网有限责任公司