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        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電臺(tái)區(qū)中的應(yīng)用與思考

        2020-10-21 15:31:37梁繼珍周康
        名城繪 2020年1期
        關(guān)鍵詞:邊緣計(jì)算智能終端物聯(lián)網(wǎng)

        梁繼珍 周康

        摘要:配電臺(tái)區(qū)管理存在設(shè)備多、通信基礎(chǔ)薄弱等困難,且業(yè)務(wù)的更新、擴(kuò)展、遷移重度依賴于廠家和設(shè)備。借助物聯(lián)網(wǎng)帶來的技術(shù)與理念,提出一種新型配電臺(tái)區(qū)應(yīng)用實(shí)踐方式,以更標(biāo)準(zhǔn)開放的架構(gòu),促進(jìn)配電管理者需求的自由、靈活、快速落地。

        關(guān)鍵詞:配電臺(tái)區(qū);物聯(lián)網(wǎng);智能終端;邊緣計(jì)算;軟件定義;即插即用

        一直以來,由于低壓配電網(wǎng)點(diǎn)多、面廣、量大、單點(diǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的特點(diǎn),以及電網(wǎng)公司投資成本、人力資源及技術(shù)水平等多方限制,配電網(wǎng)改造的重點(diǎn)主要放在10kV及以上網(wǎng)絡(luò),作為“最后一公里”的低壓配電網(wǎng)長期處于監(jiān)測盲區(qū)?在經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)配電網(wǎng)供電服務(wù)需求不斷提高的新形勢下,低壓配電網(wǎng)通常以配電變壓器供電范圍為單位的片區(qū)(配電臺(tái)區(qū))進(jìn)行管理,可對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主綜合監(jiān)控、管理與雙向互動(dòng),有效提升供電可靠性和供電質(zhì)量,因此已成為低壓配電網(wǎng)精益化管控的重要推廣技術(shù)手段。近年來,電網(wǎng)公司逐步開展老舊臺(tái)區(qū)自動(dòng)化信息化改造,探索臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測分析、拓?fù)渥R(shí)別、線損分析、故障定位保護(hù)等應(yīng)用,試點(diǎn)了營配調(diào)融合的管理模式,提出了智能配電臺(tái)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化、成套化建設(shè)理念,發(fā)布并推廣了配變終端、智能配電單元等臺(tái)區(qū)內(nèi)設(shè)備的功能規(guī)范。

        1配電臺(tái)區(qū)設(shè)計(jì)理念

        1.1低壓配網(wǎng)全面感知

        通過在臺(tái)變側(cè)、線路側(cè)、用戶側(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)接入、改造或部署智能一次設(shè)備、二次裝置、智能傳感及視頻監(jiān)控等設(shè)備實(shí)現(xiàn)低壓配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)以及其他輔助信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集。同時(shí)基于寬帶載波IP化和微功率無線通信,組建低壓臺(tái)區(qū)“零接線”網(wǎng)絡(luò)層,統(tǒng)一通信接口和交互模型,解決低壓智能設(shè)備類型與數(shù)量多、安裝位置分散、布線困難和施工停電等問題,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的泛在互聯(lián)。

        1.2數(shù)據(jù)/應(yīng)用就地化管控

        首先,臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)總量控制需要就地化管控,隨著配電臺(tái)區(qū)設(shè)備信息化水平的提高,配電臺(tái)區(qū)產(chǎn)生的數(shù)量類型及數(shù)據(jù)總量將持續(xù)增長,僅國網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)智能電表單日采集數(shù)據(jù)已達(dá)到6TB以上,若所有監(jiān)測數(shù)據(jù)全部上傳主站,將消耗大量通信資源和主站資源,且由于電網(wǎng)異常較少出現(xiàn),故大量正常運(yùn)行數(shù)據(jù)無需傳至主站,若臺(tái)區(qū)能夠自治,則至少50%的數(shù)據(jù)將無需上傳至主站;其次,臺(tái)區(qū)快速分析決策需要就地化管控。部分業(yè)務(wù)控制、執(zhí)行的實(shí)時(shí)性要求高,如配電變壓器保護(hù)、故障研判等,數(shù)據(jù)分析和控制邏輯按照傳統(tǒng)自動(dòng)化終端采集、主站的架構(gòu)實(shí)現(xiàn),難以滿足業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性要求。對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)上,臺(tái)區(qū)側(cè)需要引入新型的計(jì)算架構(gòu),使配電臺(tái)區(qū)本體及所轄所有低壓配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行本地化在線監(jiān)測、智能分析與決策控制,緩解全覆蓋高頻數(shù)據(jù)采集對(duì)通信、存儲(chǔ)和計(jì)算帶來的巨大壓力,提升臺(tái)區(qū)運(yùn)維服務(wù)速度和質(zhì)量。對(duì)外業(yè)務(wù)上通過臺(tái)區(qū)云主站和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間資源協(xié)同和智能協(xié)同向企業(yè)、電力客戶、可研機(jī)構(gòu)、政府及其他主體提供數(shù)據(jù)共享及服務(wù)。

        2關(guān)鍵技術(shù)

        2.1配電物聯(lián)網(wǎng)云主站

        配電物聯(lián)網(wǎng)云主站滿足海量設(shè)備連接,末端設(shè)備即插即用,應(yīng)用快速上線,多平臺(tái)數(shù)據(jù)有效融合,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)、邊云協(xié)同等功能,1)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)層(IaaS)實(shí)現(xiàn)云、端資源虛擬化,形成資源池,按需分配調(diào)度?根據(jù)配電的監(jiān)控對(duì)象和傳感器的接入數(shù)據(jù)量、存儲(chǔ)容量需求以及后期業(yè)務(wù)擴(kuò)展的需求,具備動(dòng)態(tài)的計(jì)算和存儲(chǔ)擴(kuò)展能力。2)平臺(tái)即服務(wù)層(PaaS)主要實(shí)現(xiàn)配電物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚、消息傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理與分析、公共服務(wù)等功能?針對(duì)終端單元眾多、快速響應(yīng)等需求,在PaaS層實(shí)現(xiàn)終端智能化管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入與存儲(chǔ)處理等功能?3)軟件即服務(wù)層(IaaS)實(shí)現(xiàn)配電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)化,提供配電臺(tái)區(qū)監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、資產(chǎn)管理、配電運(yùn)維等多種面向配電物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的微服務(wù)。配電臺(tái)區(qū)云主站還應(yīng)該能夠承擔(dān)智能終端應(yīng)用的全生命周期管理。具備應(yīng)用授權(quán)、應(yīng)用門戶、應(yīng)用管理、協(xié)同監(jiān)測、系統(tǒng)管理等功能,可實(shí)現(xiàn)APP生態(tài)的全面支撐?在配電臺(tái)區(qū)應(yīng)用中,根據(jù)每個(gè)配電臺(tái)區(qū)實(shí)際應(yīng)用需求,通過遠(yuǎn)程“零接觸”I點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)APP靈活定制化部署,降低運(yùn)維成本,提高運(yùn)維效率,同時(shí)基于互聯(lián)網(wǎng)開放開源思路,發(fā)揮各單位的智慧,促進(jìn)應(yīng)用的快速發(fā)展。

        2.2智能終端配電物聯(lián)網(wǎng)

        2.2.1硬件平臺(tái)化

        傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的終端設(shè)備數(shù)量眾多,廠家眾多,安裝后現(xiàn)場難以維護(hù);業(yè)務(wù)功能和通信功能集成,功能單一不可擴(kuò)展,造成硬件資源的浪費(fèi)更是資金的浪費(fèi)。經(jīng)過對(duì)比分析,可知這些裝置都包括遙信、遙測、遙控和主控模塊以及對(duì)外的通訊接口,功能在主控模塊中實(shí)現(xiàn),其他模塊的功能基本相同。智能終端應(yīng)采用平臺(tái)化的設(shè)計(jì)理念,將數(shù)據(jù)采集接口、通信接口和控制接口封裝,基于虛擬容器技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)硬件平臺(tái),該硬件平臺(tái)可根據(jù)具體應(yīng)用需求,對(duì)多回路交直流采集模塊、有(無)線多種通信模塊以及各類傳感器模塊實(shí)現(xiàn)自由拼裝組合與靈活擴(kuò)展,支持不同廠商產(chǎn)品之間的硬件互換,還可根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求進(jìn)行主控模塊的伸縮。

        2.2.2軟件APP化

        傳統(tǒng)終端設(shè)備普遍采用面向過程的整體化軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方案,各業(yè)務(wù)單元軟件模塊耦合性大,隨著接入智能終端的業(yè)務(wù)模塊越來越多,智能終端的軟件復(fù)雜度也呈指數(shù)級(jí)增長。新增業(yè)務(wù)功能處理復(fù)雜性高,且業(yè)務(wù)軟件的開發(fā)只能由終端硬件廠商進(jìn)行開發(fā),難以滿足業(yè)務(wù)靈活調(diào)整、快速安裝部署的需求。以APP軟件定義方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能,通過模塊化的軟件功能組合,提高功能APP之間的獨(dú)立性;建立基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)思路的APP應(yīng)用市場,發(fā)揮應(yīng)用開發(fā)商的群體智慧,開發(fā)種類繁多的功能APP,協(xié)助實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測等工作。

        2.2.3高度標(biāo)準(zhǔn)化

        配電設(shè)備分布廣泛、數(shù)量眾多,并且電壓等級(jí)越低,該特性越明確。因此配電終端本身需要低成本、易安裝、免維護(hù),這只能依靠終端的標(biāo)準(zhǔn)化來保障。隨著配電物聯(lián)網(wǎng)需求的提出,智能終端在原有低成本、易安裝、免維護(hù)的基礎(chǔ)上,還增加了端與端之間的互聯(lián)、互通、互操作的需求,這對(duì)終端標(biāo)準(zhǔn)化提出了更高的要求,在原有配電終端統(tǒng)一外觀尺寸、型式結(jié)構(gòu)、接口定義等側(cè)重硬件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上,還需要對(duì)終端的軟件管理、通信規(guī)約、信息模型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等內(nèi)容進(jìn)行徹底的標(biāo)準(zhǔn)化。

        3結(jié)語

        在用戶高水平供電服務(wù)要求、電價(jià)改革和電能替代的多重壓力下,配電網(wǎng)面臨著巨大的變革、隨著能源儲(chǔ)輸技術(shù)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等電力工業(yè)技術(shù)和新一代信息通信技術(shù)的不斷進(jìn)步,配電網(wǎng)將向著信息流。電力流、能源流高度融合的開放、智能、柔性、清潔的新型運(yùn)行模式持續(xù)發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王成山,羅鳳章,張?zhí)煊?,?城市電網(wǎng)智能化關(guān)鍵技術(shù)[J].高電壓技術(shù),2016,42(7):2017-2027.

        [2]王瑋,李睿,姜久春.面向能源互聯(lián)網(wǎng)的配電系統(tǒng)規(guī)劃關(guān)鍵問題研究綜述與展望[J].高電壓技術(shù),2016,42(7):2028-2036.

        (作者單位:國網(wǎng)鄂州供電公司)

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