張曉瑞，紀(jì)陵，范仲鳴

（南京國電南自自動化有限公司，南京 211153）

0 引言

近些年，國家明確提出傳統(tǒng)能源體系要向低碳、清潔轉(zhuǎn)變［1］。電網(wǎng)在這一轉(zhuǎn)變中需要完成的使命是開發(fā)新一代或新型電力系統(tǒng)，同時從傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展為能源互聯(lián)網(wǎng)［2］。目前的配電物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)變成能源生產(chǎn)和消費(fèi)的重要節(jié)點(diǎn)，既承擔(dān)能源生產(chǎn)，也承擔(dān)能源消費(fèi)，承載著能量的雙向流動；同時，它直接面向客戶，影響客戶體驗(yàn)。新時期的配電網(wǎng)不僅要具備傳統(tǒng)配電網(wǎng)的可靠性要求，而且還要適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)帶來的一系列沖擊。

我國配電網(wǎng)發(fā)展速度較快、設(shè)備廠家較多、技術(shù)規(guī)范不統(tǒng)一、人力資源不足、設(shè)備老化嚴(yán)重、運(yùn)維成本加大，傳統(tǒng)的配電運(yùn)維主站顯得力不從心，如何針對當(dāng)前的配電網(wǎng)進(jìn)行信息化、精益化管理，是新時期的特殊挑戰(zhàn)［3-4］?；谖覈潆娋W(wǎng)的現(xiàn)狀和能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，為構(gòu)建新一代配電物聯(lián)網(wǎng)提供配電設(shè)備運(yùn)維能力、保障用電可靠性是一個值得研究的課題。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，云平臺、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能計(jì)算等技術(shù)的普及與應(yīng)用成為我國配電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個契機(jī)。國家電網(wǎng)公司現(xiàn)有約220萬座變配電所、約600 萬個配電臺區(qū)及無數(shù)低壓側(cè)設(shè)備正在數(shù)字智能化改造［5］，大量傳感器、高清智能攝像頭、機(jī)器人等設(shè)備已經(jīng)得到應(yīng)用，智能告警、環(huán)境監(jiān)測、消防安防、態(tài)勢感知、三維仿真、自動巡視、圖像異常分析、設(shè)備狀態(tài)評估與研判等高級應(yīng)用都將陸續(xù)展開［6-7］。針對需要技術(shù)手段來應(yīng)對人力資源不足、配電網(wǎng)可靠性得不到保障、能源互聯(lián)網(wǎng)對配電網(wǎng)的沖擊等問題，本文提出一種云邊融合、邊緣自治的新型配電物聯(lián)運(yùn)維體系架構(gòu)方案，采用“云端集中決策+邊緣智能計(jì)算+云邊統(tǒng)一運(yùn)維”的云邊融合體系架構(gòu)，具有靈活、高效、開放、智能、彈性的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)概述

1.1 設(shè)計(jì)思路

配電物聯(lián)運(yùn)維平臺為滿足邊緣端多種設(shè)備的接入并適應(yīng)各種物理連接的復(fù)雜性、滿足多能采集系統(tǒng)的通信要求，需要在滿足性能要求后，簡化設(shè)計(jì)流程。

多種能源類型設(shè)備采集數(shù)據(jù)、云端海量實(shí)時數(shù)據(jù)的接入已經(jīng)成為配電物聯(lián)運(yùn)維平臺面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)［8］，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到集中式云平臺進(jìn)行計(jì)算和存儲會導(dǎo)致數(shù)據(jù)擁塞、高延時和服務(wù)質(zhì)量降低，針對這一問題，多能系統(tǒng)邊緣端數(shù)據(jù)計(jì)算成為目前的主要選擇［9-10］。為緩解數(shù)據(jù)中心處理壓力、消除計(jì)算與通信的瓶頸、提升系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，基于“將計(jì)算交付到數(shù)據(jù)感知源，就近提供智能服務(wù)”的設(shè)計(jì)思想［11-12］提出配電物聯(lián)云邊融合體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示，圖中VPN為虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。

圖1 配電物聯(lián)云邊融合體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Power distribution IoT cloud-edge collaborative system structure

由圖1可見，以配電臺區(qū)為中心部署智能網(wǎng)關(guān)，并在智能網(wǎng)關(guān)中引入邊緣計(jì)算側(cè)，輻射附近開閉所、臺架變壓器。智能網(wǎng)關(guān)間通過交換機(jī)互聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力互補(bǔ)。智能網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)器端接受云化主站的通信連接請求，建立連接后主動向云化主站注冊，并提供本地模型文件供云化主站調(diào)用。

云邊融合注重“云邊一體”設(shè)計(jì)，基于適用多種場景的通信鏈路和協(xié)議，實(shí)現(xiàn)云邊間的協(xié)同、泛接入、彈性定制和就地決策，滿足海量接入和邊端區(qū)域自治計(jì)算的需求［13］。依賴云平臺的全局、多維特性，實(shí)現(xiàn)邊緣節(jié)點(diǎn)的策略協(xié)同、運(yùn)維管控、能力增強(qiáng)等，滿足業(yè)務(wù)高效實(shí)時的就地決策，優(yōu)化上傳數(shù)據(jù)，提高本地智能，保障接入安全［14］。發(fā)揮邊緣節(jié)點(diǎn)的適配作用，對下推動設(shè)備即插即用，通過自發(fā)現(xiàn)自注冊方式實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備到智能網(wǎng)關(guān)的自注冊功能。

配電物聯(lián)網(wǎng)體系的建設(shè)不能一蹴而就，需要優(yōu)先進(jìn)行云端平臺與邊端智能網(wǎng)關(guān)的建設(shè)，通過一定的規(guī)范或檢測推進(jìn)端側(cè)協(xié)議及模型規(guī)范的定義［15］。

配電物聯(lián)網(wǎng)是能源革命下傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所產(chǎn)生的一種新型電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行形態(tài)?；谥悄茈娋W(wǎng)分布式智能體系的理念，將以自動化為代表的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系和以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息體系進(jìn)行融合，通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)中的深度應(yīng)用，構(gòu)建以全面感知為基礎(chǔ)、以軟件定義為手段的高度靈活與智能的配電系統(tǒng)運(yùn)管體系架構(gòu)［16］，從本質(zhì)上支撐配電網(wǎng)在精益管理、科學(xué)決策等方面的發(fā)展需求，同時兼容以市場為主體的綜合能源快速發(fā)展，通過政策和技術(shù)帶動配電網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型。

1.2 配電物聯(lián)運(yùn)維平臺體系架構(gòu)

邊緣節(jié)點(diǎn)以配電臺區(qū)為中心，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)與計(jì)算能力部署智能網(wǎng)關(guān)，充分利用區(qū)域配電網(wǎng)彈性和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打通邊緣節(jié)點(diǎn)智能網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)構(gòu)建分布式區(qū)域能源邊緣計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源邊端自治，為用戶提供準(zhǔn)確的發(fā)電、儲能、用電等一體化服務(wù)。智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)部采用容器化技術(shù)，由數(shù)據(jù)總線、計(jì)算中心、數(shù)據(jù)中心和綜合應(yīng)用APP 組成。以APP為單位方便云端對邊端的管理及服務(wù)調(diào)用。端側(cè)設(shè)備自動向智能網(wǎng)關(guān)注冊，實(shí)現(xiàn)即插即用，電氣信號在有條件的情況下進(jìn)行有線直連，在邊緣網(wǎng)關(guān)側(cè)完成模型統(tǒng)一與協(xié)議轉(zhuǎn)化工作，統(tǒng)一對上提供數(shù)據(jù)服務(wù)和接收云端下發(fā)的命令信息。

云端系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)中心、大數(shù)據(jù)智能分析中心、業(yè)務(wù)微服務(wù)中心組成，如圖2 所示。圖中GateWay 為微服務(wù)網(wǎng)關(guān)，DEMS 為專用配置管理軟件，SSO 為單點(diǎn)登錄。由圖2 可見，物聯(lián)網(wǎng)中心負(fù)責(zé)配電設(shè)備接入模型管理、基礎(chǔ)組件管理、網(wǎng)關(guān)管理與協(xié)議組件管理、規(guī)則引擎管理、遠(yuǎn)程調(diào)用接口服務(wù)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口服務(wù)；大數(shù)據(jù)智能分析中心包含3 個模塊，負(fù)責(zé)以設(shè)備為中心的數(shù)字孿生模型管理模塊（包括元模型建模、設(shè)備模型動態(tài)建模、場景模型建模和3D 可視化模型配置），數(shù)據(jù)融合與清洗模塊負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲、清洗、批流計(jì)算和面向業(yè)務(wù)主題的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲，人工智能模塊負(fù)責(zé)設(shè)備的畫像、圖像異常挖掘分析、設(shè)備運(yùn)維輔助決策、用戶用能評估與優(yōu)化調(diào)度潛力分析等；業(yè)務(wù)微服務(wù)中心負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)微應(yīng)用的統(tǒng)一管理與安全鑒權(quán)，保障應(yīng)用系統(tǒng)的安全性，并輔助系統(tǒng)廠商快速集成部署。

圖2 配電物聯(lián)運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Operation and maintenance of the power distribution IoT system

1.3 配電物聯(lián)運(yùn)維系統(tǒng)安全防護(hù)

配電物聯(lián)運(yùn)維系統(tǒng)總體遵循電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的有關(guān)規(guī)定，遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的基本原則。對有實(shí)時控制類需求或與調(diào)度交互的業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署安全Ⅰ區(qū)，對于有輔助設(shè)備控制類業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署安全Ⅱ區(qū)，對于只有監(jiān)測或運(yùn)維管理類的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可部署在安全Ⅲ區(qū)或Ⅳ區(qū)。

目前，配電物聯(lián)運(yùn)維系統(tǒng)部署安全問題主要集中在以下2個方面。

（1）邊端安全。邊端智能網(wǎng)關(guān)對下滿足配電臺區(qū)內(nèi)安全規(guī)范及互聯(lián)網(wǎng)無線接入安全規(guī)范要求，同時網(wǎng)關(guān)裝置具備網(wǎng)口及VPN 撥號上網(wǎng)能力，通過三大運(yùn)營商構(gòu)建基于虛擬撥號專用網(wǎng)絡(luò)/專用網(wǎng)絡(luò)接入（VPDN/APN）的專用電力通信網(wǎng)絡(luò)，端對端加密采用國密算法保障縱向認(rèn)證能力。

（2）云端安全。云端安全一直是安全防護(hù)中的重點(diǎn)，隨著云安全技術(shù)的發(fā)展和公共基礎(chǔ)云設(shè)施的完善，國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司都在建設(shè)自己的私有云平臺。在新能源領(lǐng)域，大型集團(tuán)及工業(yè)園區(qū)用戶陸續(xù)也采用公用云模式。

通常云端安全可分為以下4個方面。

（1）邊界安全。云端出入口采用云防火墻（云web 防火墻）及加密認(rèn)證機(jī)制，并檢測防御入侵、流量入侵、分布式拒絕服務(wù)攻擊（dDoS）等風(fēng)險，保障數(shù)據(jù)的安全傳輸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邊界安全。

（2）云上安全。利用隔離技術(shù)，根據(jù)業(yè)務(wù)功能及安全級別構(gòu)建隔離區(qū)，引入隔離區(qū)（Demilitarized Zone，DMZ）、數(shù)據(jù)安全接入?yún)^(qū)、生產(chǎn)控制區(qū)及安全運(yùn)營區(qū)等進(jìn)行分區(qū)管理，可通過網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)。云服務(wù)器（Elastic Compute Service，ECS）主機(jī)根據(jù)安全級別劃分不同的虛擬私有云（Virtual Private Cloud，VPC）網(wǎng)絡(luò)，VPC 網(wǎng)絡(luò)之間通過嚴(yán)格的安全組規(guī)則進(jìn)行控制，并通過監(jiān)測組件實(shí)時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量保障云上本體安全性。如果采用運(yùn)營商云，需充分調(diào)研是否滿足云上安全防護(hù)要求。

（3）備用安全?？刹捎迷贫嗷罴夹g(shù)、云上跨區(qū)節(jié)點(diǎn)部署系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通道智能切換功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)異域互備。

（4）本質(zhì)安全。系統(tǒng)本身具備一定安全能力，包括容錯、自恢復(fù)、應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）級訪問控制、統(tǒng)一身份認(rèn)證、審計(jì)管理、實(shí)時告警及防滲透過濾等。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 云邊協(xié)同與邊緣自治

云計(jì)算與邊緣計(jì)算各有所長，前者擅長全局性、非實(shí)時、長周期的大數(shù)據(jù)處理與分析，能夠在長周期維護(hù)、業(yè)務(wù)決策支撐等領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢［17］；而后者更適用局部性、實(shí)時性、短周期數(shù)據(jù)的處理與分析，能更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時智能化決策與執(zhí)行［18-20］。因此，邊緣計(jì)算與云計(jì)算之間不是替代關(guān)系，而是互補(bǔ)協(xié)同關(guān)系。

新形勢下配電網(wǎng)變得更龐大復(fù)雜，新增設(shè)備數(shù)量呈現(xiàn)快速增長趨勢，傳統(tǒng)的配電運(yùn)維主站變得力不從心。新型智能化設(shè)備的加入打破了傳統(tǒng)運(yùn)維模式，在智能化替代人工的大潮下需要打破傳統(tǒng)觀念采用新的運(yùn)維方式［11］。如圖3 所示，邊端人工智能要充分發(fā)揮感知、思考、決策的能力，利用云邊融合，配合云端算法訓(xùn)練共同完成自主巡航任務(wù)［21］。

圖3 配電物聯(lián)運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)與數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)Fig.3 Architecture and data flow of the power distribution IoT operation and maintenance system

把海量的設(shè)備對象通過區(qū)域自治的方式管理起來，把原先只能在主站側(cè)完成的感知與動作轉(zhuǎn)變?yōu)樵谶吘墏?cè)和主站側(cè)共同完成，主站側(cè)只負(fù)責(zé)指揮決策，以便減輕主站側(cè)壓力并降低主子站通信流量。自管理的核心放在邊緣網(wǎng)關(guān)側(cè)。云邊協(xié)同技術(shù)，既能通過邊緣智能網(wǎng)關(guān)減輕海量終端直接接入云端的負(fù)擔(dān)，又能通過就地自治決策及時響應(yīng)終端的需求，非常適用于海量分布式資源接入電網(wǎng)的應(yīng)用場景，同時符合配電網(wǎng)支撐海量新能源智能設(shè)備接入的理念［22］。

2.2 數(shù)據(jù)采集與即插即用

設(shè)備數(shù)量多、類型雜、生產(chǎn)廠家多、協(xié)議多導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集、匯總及上送變得困難。隨著配電網(wǎng)末端新能源設(shè)備的不斷接入，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)給運(yùn)維人員帶來了很大的壓力。運(yùn)維的核心變成了解決人力不足問題，在當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)越來越消耗人力的情況下就需要轉(zhuǎn)變系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，采用少配置、少維護(hù)的方式降低系統(tǒng)對人力的依賴。在統(tǒng)一模型、統(tǒng)一規(guī)約、統(tǒng)一數(shù)據(jù)上送格式的基礎(chǔ)上，還要滿足統(tǒng)一管理，統(tǒng)一通過自動化技術(shù)達(dá)到一種即插即用的效果。

如圖4 所示，邊緣智能網(wǎng)關(guān)機(jī)在對上和對下2個方向均采用即插即用技術(shù)，提高邊緣智能網(wǎng)關(guān)和海量終端的接入效率，降低運(yùn)維的難度和對人力的消耗。一方面，邊緣智能網(wǎng)關(guān)上線后自動連接網(wǎng)絡(luò)，主動向主站上報注冊信息，云端主站自動發(fā)現(xiàn)、識別、鑒權(quán)受理、協(xié)議適配、指令下裝，實(shí)現(xiàn)邊緣智能網(wǎng)關(guān)在主站側(cè)的即插即用。另一方面，低壓末端海量異構(gòu)終端可安全無縫接入邊緣智能網(wǎng)關(guān)機(jī)，自動接入，根據(jù)接入端口及服務(wù)標(biāo)識識別，通過相應(yīng)的通信協(xié)議APP 自動進(jìn)行協(xié)議適配，實(shí)現(xiàn)終端在邊緣智能網(wǎng)關(guān)側(cè)的即插即用。

圖4 即插即用架構(gòu)Fig 4 Plug and play architecture

邊緣智能網(wǎng)關(guān)部署即插即用服務(wù)，和云端的即插即用服務(wù)配合，當(dāng)邊緣網(wǎng)關(guān)上線后向云端發(fā)起注冊交互請求，云端檢查是否已注冊網(wǎng)關(guān)設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備信息是否合法，自動實(shí)現(xiàn)注冊、認(rèn)證全過程［23］。

低壓末端智能設(shè)備通過就地通信板卡用統(tǒng)一的設(shè)備發(fā)現(xiàn)協(xié)議自動向邊緣智能網(wǎng)關(guān)注冊，同時邊緣智能網(wǎng)關(guān)機(jī)設(shè)備發(fā)現(xiàn)APP 模塊也支持通過輪詢方式發(fā)現(xiàn)低壓末端智能設(shè)備。完成注冊的智能設(shè)備自動完成數(shù)據(jù)采集模型的更新，同時通知邊緣網(wǎng)關(guān)即插即用服務(wù)模塊，通過規(guī)范化的協(xié)議把設(shè)備信息發(fā)送到云端主站側(cè)。云端主站側(cè)審核設(shè)備信息，滿足入網(wǎng)條件則自動注冊到云端設(shè)備采集模型中。低壓末端智能設(shè)備完成注冊后，自動上報設(shè)備狀態(tài)及告警信息。整個過程類似智能家居入網(wǎng)過程。

低壓末端智能設(shè)備數(shù)量太多，協(xié)議不標(biāo)準(zhǔn)、廠家研發(fā)實(shí)力也參差不齊。除了通過檢測手段統(tǒng)一入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)通過容器化手段隔離設(shè)備在部署上線過程中對其他在運(yùn)行設(shè)備的影響。容器內(nèi)部的存儲、內(nèi)存使用、數(shù)據(jù)采集等功能不對容器外部資源產(chǎn)生影響。利用容器化運(yùn)行的隔離特性實(shí)現(xiàn)不同類型、不同廠家設(shè)備的接入、退出和更新管理等功能［24］。采集設(shè)備的功能和機(jī)制更加靈活可靠，可實(shí)現(xiàn)新功能的無縫更新和功能無感回退。

即插即用技術(shù)不僅提供了多源設(shè)備數(shù)據(jù)采集多樣化隔離部署手段，同時提供了高效便捷的自動化運(yùn)維方法，解決了不同類型和廠家邊緣智能設(shè)備巨量接入后的運(yùn)維問題，降低了人力資源投入。

2.3 數(shù)字孿生與元數(shù)據(jù)建模

運(yùn)維的核心是設(shè)備，以物理設(shè)備為中心的數(shù)字孿生體技術(shù)成為當(dāng)前最流行的技術(shù)。設(shè)備數(shù)字孿生體可以在虛擬世界中還原真實(shí)的場景，如配電室。在配電室場景中所有設(shè)備的態(tài)勢感知與邊緣自治都可以基于數(shù)字孿生體進(jìn)行展現(xiàn)，同時可以基于數(shù)字孿生體進(jìn)行一些更高級的應(yīng)用。不同設(shè)備的區(qū)域、所屬、所檢測設(shè)備、量測、基礎(chǔ)屬性、物理部件、智能算法等都不盡相同，隨著智能設(shè)備類型越來越多，已上線的系統(tǒng)很難兼容處理新增設(shè)備，并將新增設(shè)備統(tǒng)一納入邊緣自治框架中［25］。配電運(yùn)維領(lǐng)域相比物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其設(shè)備關(guān)系更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的物理模型無法解決一次電器設(shè)備數(shù)字孿生體的構(gòu)建，可以把設(shè)備模型劃分為接入模型和數(shù)字孿生體模型。接入模型主要負(fù)責(zé)量測數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)的上行和指令數(shù)據(jù)的下行［26］。通過平臺接入側(cè)即插即用服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入，經(jīng)平臺的數(shù)據(jù)處理給數(shù)字孿生體使用。數(shù)字孿生體模型是電網(wǎng)模型與業(yè)務(wù)應(yīng)用模型的融合體，接入模型是數(shù)字孿生模型的一部分。面對復(fù)雜的物理模型描述，同時考慮系統(tǒng)在構(gòu)建后新設(shè)備上線對接入模型與數(shù)字孿生體模型統(tǒng)一動態(tài)靈活構(gòu)建需求，可采用元數(shù)據(jù)設(shè)備建模方式描述設(shè)備模型，以面向?qū)ο蟮姆绞綐?gòu)建設(shè)備接入模型與數(shù)字孿生體模型，通過對象實(shí)體和屬性實(shí)體的方式構(gòu)建設(shè)備模型和面向數(shù)字孿生體的業(yè)務(wù)模型，即功能模型［27］。

所有的模型都通過元對象+元屬性對象構(gòu)建［28-29］，就像計(jì)算機(jī)世界都是由0 和1 組成的一樣。通過定義一套元數(shù)據(jù)定義規(guī)則就可以通過元數(shù)據(jù)定義出元模型和元屬性，進(jìn)而通過元模型和元屬性定義出任意設(shè)備模型和業(yè)務(wù)模型，實(shí)例化設(shè)備模型得到設(shè)備實(shí)例，業(yè)務(wù)模型變?yōu)橄⒘魍ǖ妮d體格式［30］，達(dá)到物理世界中萬物皆可建模、任何時候都可構(gòu)建的效果來壯大配電系統(tǒng)應(yīng)對新能源或萬物互聯(lián)的數(shù)字化革命沖擊。

2.4 云邊一體化運(yùn)維

智能網(wǎng)關(guān)集成控制、管理、計(jì)算和通信等功能，遵循“硬件平臺化和軟件APP 化”的設(shè)計(jì)理念［31］，將軟件與硬件解耦，以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件設(shè)計(jì)與軟件APP 方式，針對不同的應(yīng)用場景配置相應(yīng)的功能，滿足業(yè)務(wù)的靈活、快速發(fā)展需求。

云邊一體化運(yùn)維如圖5所示。部署云邊一體化運(yùn)維平臺，開發(fā)云端APP 商店，以APP 軟件功能包為單位，實(shí)現(xiàn)云端對邊緣智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中式操作、升級、配置、消缺的自動化運(yùn)維技術(shù)，解決海量邊緣智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理困難、效率低下、運(yùn)維工作量大的問題。

圖5 云邊一體化運(yùn)維示意Fig.5 Cloud-edge collaborative operation and maintenance

系統(tǒng)廠家作為軟件系統(tǒng)研發(fā)方，把高級應(yīng)用APP提交到云端一體化運(yùn)維平臺。管理員對系統(tǒng)廠家提交的APP 進(jìn)行虛擬環(huán)境驗(yàn)證，包括版本、參數(shù)及其運(yùn)行情況，審核通過后打上版本標(biāo)簽進(jìn)行歸檔。運(yùn)維人員根據(jù)現(xiàn)場情況對云上APP 應(yīng)用與智能網(wǎng)關(guān)側(cè)APP 應(yīng)用進(jìn)行升級，升級后APP 應(yīng)用自動發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)信息上報給云端監(jiān)控。采用自動化運(yùn)維技術(shù)，在云端對邊緣智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一管理，靈活擴(kuò)展業(yè)務(wù)功能。云邊一體化運(yùn)維功能包括：（1）邊緣網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理，創(chuàng)建、修改和刪除設(shè)備等；（2）容器管理，安裝、卸載、啟用、停止和修改容器內(nèi)容等；（3）應(yīng)用管理，安裝、卸載、更新、狀態(tài)上報與查詢等；（4）操作系統(tǒng)、容器、APP軟件版本全生命周期統(tǒng)一管理等。

3 結(jié)論

本文提出了一種云邊融合、邊緣自治的新一代配電物聯(lián)運(yùn)維體系架構(gòu)，采用“云端集中決策+邊緣智能計(jì)算+云端統(tǒng)一運(yùn)維”的云邊融合體系架構(gòu)重構(gòu)靈活、高效、開放、智能、彈性、安全的新一代配電物聯(lián)運(yùn)維系統(tǒng)。

（1）通過“云邊”一體設(shè)計(jì)，基于適用于多種業(yè)務(wù)場景的通信鏈路和協(xié)議，實(shí)現(xiàn)云邊間的協(xié)同、泛接入、彈性定制和就地決策，滿足海量數(shù)據(jù)接入的需求。

（2）依賴云平臺的全局、多維等特性及本文提到的安全防護(hù)策略，實(shí)現(xiàn)邊緣節(jié)點(diǎn)的策略協(xié)同、運(yùn)維管控、能力增強(qiáng)，滿足業(yè)務(wù)高效實(shí)時的就地決策，優(yōu)化上傳數(shù)據(jù)，提高本地智能，保障接入安全。

（3）發(fā)揮邊緣節(jié)點(diǎn)的適配作用，對下推動即插即用，通過自發(fā)現(xiàn)自注冊方式實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備到智能網(wǎng)關(guān)的自注冊，減少大量繁瑣的設(shè)備接入工作。

（4）云端系統(tǒng)基于元數(shù)據(jù)建模與數(shù)據(jù)孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備統(tǒng)一建模、實(shí)體關(guān)聯(lián)關(guān)系靈活配置、3D 模型標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的目的，讓操控類、運(yùn)行監(jiān)視類、統(tǒng)合分析類、設(shè)備畫像類等高級應(yīng)用基于統(tǒng)一的平臺靈活研發(fā)，達(dá)到平臺+應(yīng)用分離的效果。

（5）部署云邊統(tǒng)一運(yùn)維平臺，開發(fā)云端APP 商店，以APP 軟件功能包為單位，實(shí)現(xiàn)云端對邊緣智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中式操作、升級、配置、消缺的自動化運(yùn)維技術(shù)，解決海量邊緣智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理困難、效率低下、運(yùn)維工作量大等問題。目前，人工智能算法方面并不太成熟，面向配電網(wǎng)領(lǐng)域的圖像分析與模型算法自學(xué)習(xí)能力較弱［30］，邊緣側(cè)、主站側(cè)的模型訓(xùn)練與協(xié)同仍需要加大研究，但這種云邊協(xié)同、邊緣自治的理念應(yīng)滲透進(jìn)整個系統(tǒng)構(gòu)建中，這才是配電運(yùn)維物聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，通過一系列技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智慧化運(yùn)作，解決在人力資源不足的情況下配電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)問題。同時，這也是新一代配電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一部分，為綜合能源基礎(chǔ)平臺的建設(shè)提供參考。