配电物联网设计与应用

王永臣

【摘  要】随着社会经济的发展，我国的电力行业有了很大进展，配电网建设越来越多。在新一轮能源革命背景下，国家电网有限公司提出“三型两网、世界一流”的战略目标，建设泛在电力物联网（IoT）为电网运行更安全、管理更精益、投资更精准、服务更优质开辟了一条新路。配电物联网（PD-IoT）是泛在电力物联网在配电领域中的应用体现，是传统电力工业技术与物联网技术深度融合产生的一种新型电力网络运行形态。在此背景下，阐述了配电物联网的建设理念、实现特征和整体架构，探讨了配电物联网“云管边端”各层中所涉及的关键技术。随后，对配电物联网在不同业务方面将会带来的应用成效进行了分析，并对配电物联网下一步的建设发展进行了总结和展望。

【关键词】泛在电力物联网;配电网;物联网;配电物联网;关键技术

引言

国家电网公司在2019年“两会”上提出建设状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网，配电物联网正是泛在电力物联网在配电领域应用体现，成为重塑配电台区运行维护方式的关键要素?以基于物联网边缘计算理念的新一代智能配变终端为台区数据中心，构建一套集中计算与分布式智能分析协同决策的配电台区一体化管控体系，助推管理模式由“生产主导型”向“服务主导型”转变，将配电台区打造成为低压配电网智能自平衡、自优化和自动化运维的边缘智能决策者。

1配电物联网概述

配电物联网是泛在电力物联网在配电领域中的应用体现，是传统电力工业技术与物联网技术深度融合产生的一种新型电力网络运行形态，通过赋予配电网设备灵敏准确的感知能力及设备间互联、互通、互操作功能，构建基于软件定义的高度灵活和分布式智能协作的配电网络体系，实现对配电网的全面感知、数据融合和智能应用，满足配电网精益化管理需求，支撑能源互联网快速发展，是新一代电力系统中的配电网的运行形式和体现。配电物联网整体架构可分为“云–管–边–端”4个层面，通过配电物联网的建设，将会在配电网的标准化、数据化等方面起到显著作用。

2关键技术

（1）“云”关键技术。“云”层应用云计算技术、微服务架构技术、海量终端接入技术、大数据分析技术、人工智能分析技术等，实现业务与数据解耦、资源高效配置，在满足数据可靠性、数据安全性和决策高效性的同时，实现业务数据对多业务系统的共享。（2）“管”层关键技术。“管”层应用IEC61850、IECCIM模型和物联网信息模型融合扩展技术、边云和边端通信网络管理技术、5G网络在配电物联网应用技术、IP化宽带电力线载波和微功率无线技术等，实现终端的快速接入，数据的高效传输。（3）“边”层关键技术。“边”层应用多核、多容器的终端通用软件平台技术、多源数据处理与融合技术、应用程序（APP）信息交互技术、人工智能技术，实现边缘数据的就地化决策、通过软件定义“边”的业务功能。（4）“端”关键技术。“端”层应用设备自描述、自发现、自注册技术，通过与“边”和“云”的配合，实现设备即插即用、配网全息感知，满足配电网精益化运维的需求，同时提供可靠、友好的客户服务。

3配电物联网典型应用

3.1配電网运行状态在线监测与风险评估

高比例间歇性能源与新型负荷的快速增长对配电网供电可靠性与供电质量的要求越来越高。泛在电力物联网技术的应用，能够使配网系统实时感知电力设备的运行状态，评估配电网运行风险，从而及时排除故障隐患，主要表现在：（1）在线监测手段进一步丰富。依托于健壮的通信系统，使得原先仅能通过电气量甚至人工现场判定的故障类型能够通过多种方式辨识。（2）安全风险评估。对配电网历史运行数据进行聚类分析和挖掘，并利用机器学习等人工智能方法开展配电网运行状态实时风险评估，及时发现系统薄弱环节，提高供电可靠性。

3.2故障快速处置与精准主动抢修

发挥“边”与“端”的就地化计算和执行功能，快速处理区域内故障，同时通过“边”与“云”协同实时跟踪分析，判断故障处理是否执行成功，提升配电网智能处置和自愈能力。“云”端结合电网拓扑模型和地理信息，开展故障停电分析，展示故障点和停电地理分布，综合考虑人员技能约束、物料可用约束，通过智能优化算法，制定抢修计划，变被动抢修为主动服务，提高故障抢修效率与优质服务水平。

3.3基于物联网技术的低压设备即插即用

（1）低压设备对智能配变终端即插即用实现流程如下：1）物联网通讯单元实现本地通信网自组网，设备发现APP通过轮询方式等获取低压设备信息;2）低压设备即插即用服务将设备信息上报给智能配变终端的即插即用服务;3）智能配变终端的即插即用服务发布低压设备上线信息，业务APP接收后建立与端设备的通信;4）同时将发现的设备信息上报给云主站，完成端设备在云主站的注册;5）云主站将发现的设备信息通知给云主站应用?（2）智能配变终端对云主站即插即用。智能配变终端按照配电物联网信息标准化建模规则，建立设备信息服务模型并实现设备自描述，向云主站发起注册，上送自身身份、配置等信息;云主站将生成唯一身份信息下发给智能配变终端?（3）配电物联网云主站微服务即插即用。基于标准化配电物联网模型，云主站PaSS层开放API接口，将应用和数据解耦，实现主站应用微服务的即插即用?

3.4共享配用电数据服务

基于配电物联网平台，提出包括数据服务、咨询服务在内的信息服务，规范提供数据采集、数据存储、数据处理、数据分析、数据可视化等一系列大数据技术，让更多用户无需注意底层数据问题，专心挖掘数据价值，为政策制定、企业决策、个人生活提供服务;根据海量数据分析结果，为用户提供能源管理、电费诊断管理、用能咨询、企业生产经营状况评估等咨询服务，拓展理财投资服务、能源保险服务、信贷服务等电力金融业务。

3.5用户个性化用能服务

（1）安装屋顶光伏电站、小型风机，具有V2G功能电动汽车的用户在一定程度上成为电能供应方。更广义地，用户侧热水器甚至用户室内空气等都可视为蓄能设备参与配电网运行。（2）电力用户的智能终端，如智能空调、电热水器、电动汽车等蕴含丰富的用电行为信息，使得用户成为泛在电力物联网的信息提供方。为更好地服务于用户，引导用户合理用能并提升用户参与配电网运行深度和广度，形成优化配电网运行的技术闭环，泛在电力物联网与配电系统深度融合，通过制定个性化用能服务调动电力用户参与配网优化运行的积极性。

结束语

综上所述，随着配电物联网产业化、规模化，将初步形成配电物联网建设发展标准体系，并通过积极参与国际标准制定及国际专利申请，主导国际话语权，提升企业核心竞争力。通过配电物联网技术的积极探索和深入实践，适应分布式能源、储能、电动汽车等交互式用能设施大规模并网接入，发挥“枢纽型、开放型、共享型”配电物联网的平台价值，为政府政策制定、企业决策、增量配电网规划运行、新能源管理、电力市场交易、电动汽车运行服务等提供数据资源支撑和平台支撑，更好地满足人民群众美好生活的用能需求。

参考文献：

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（作者单位：国网焦作供电公司）