基于智慧物联体系的配电台区建设

于 凯，郭成光，杨学静，康 伟

（国网山东省电力公司章丘区供电公司，山东 章丘250200）

随着电力创新发展进入新常态，智慧物联体系建设在公司建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业战略思想中越来越重要。配电平台的物联管理平台运行方面，目前已实现模型管理、连接管理、设备管理、规则引擎、服务开放和应用管理等功能，平台运行稳定，物联管理平台及接入设备运行稳定，对下已实现接入各专业、各类型边缘物联代理、感知终端等设备的统一接入和物联管理，对上为业务系统提供数据接口服务，但终端通信协议支持、数据类型兼容性方面有待提高。按各类采集（控制）终端全面配置进行设计，规范配电台区侧公司产权的各类设备物联感知配置；考虑投资规模、可靠性及运维便利性，存量台区应主要利用已有感知单元的数据应用，新建或改造台区则应推进低压配网一二次融合的新型智能设备应用，降低生产人员劳动强度和设备安装运维成本，促进设备制造智能化水平和配电运检自动化水平提升，智慧物联体系对配电台区的建设升级和智能化融合提供了强有力支撑。

1 配电台区建设现状

目前配电台区涉及的采集测控主站有，面向中压配电网的配电自动化主站和面向低压配电网的配电自动化主站，按照是否在地市级部署分情况分为“1+1”“N+1”和“N+N”3种建设模式。自2019年对大四区进行云化改造试点，构建配电云主站系统，主要部署在省公司管理信息大区，物联管理平台主要支撑配电云主站建设。配电云主站主要包括物联网服务、公共服务、数据存储与分析等功能，为上层应用提供基础能力。

2 智慧物联体系下的配电台区建设

2.1 目标架构

遵循国网智慧物联体系总体设计，同时充分考虑现有存量终端设备管理、以及数据接入，兼顾各专业业务系统持续稳定应用需求，由物联管理平台来实现台区融合终端的统一接入、管控和应用，实现所有下连智能终端设备和传感设备的统一管理。电网资源业务中台与物联管理平台进行协作，完成边和端的配置、管理，云端和边端分析能力的协同，电网感知数据通过边端汇聚层（前置机等）以分布式消息的方式推送量测数据和实时事件，电网资源业务中台通过消息机制接入、存储量测数据和实时事件，结合电网拓扑信息，支撑实时故障智能研判等服务能力。电网资源业务中台以数据交换的方式定期同步数据至数据中台，业务中台仅保留近期数据。数据中台按分析模型进行清洗、存储、管理，对外提供数据多维分析、挖掘分析等服务能力。配电台区智慧物联体系目标架构图如图1所示。

图1 配电台区智慧物联体系目标架构

2.1.1 感知层

包括边缘汇聚层、及末端传感层。“边缘汇聚层”主要为智能融合终端、能源控制器等设备（以下统称“台区融合终端”）组成，根据具体业务应用场景，汇聚层利用HPLC、微功率无线等通信网络，将传感器层采集的数据统一汇聚至台区融合终端内，满足传感层和节点设备单点接入、链式分布多态组网需求。同时，利用台区融合终端边缘计算框架，实现一定范围内传感器数据的汇聚、边缘计算及回传、区域自治，满足数据实时采集、即时处理、就地分析。“末端传感层”主要由微功率/低功耗无线传感器、常规无线传感器、有线传感器等监测装置组成，主要对电网设备的运行状态、环境数据、可视化信息、作业信息进行采集，实现设备状态全方位感知与需求快速响应。

2.1.2 网络层

由无线网（公网APN和电力专网）、有线电力光纤网和相关网络设备组成。通过扩大电力无线专网试点及业务应用、进一步优化骨干传输网和数据网，满足设备管理专业业务处理实时性和带宽需求，为设备侧电力物联网提供高可靠、高安全、高带宽的数据传输通道。

2.1.3 平台层

主要由物联管理平台、电网资源业务中台组成。将设备管理专业业务、数据、物联等共性需求沉淀封装成共享服务，支撑前端应用创新。电网资源业务中台将具有共性特征的业务沉淀，形成企业级共享服务中心，为公司核心业务处理提供共享服务，包括电网资源业务中台、用户服务中台、项目中台等。物联管理平台是连接终端和业务应用的枢纽，支撑物联管理业务的设备接入、管理、控制，负责物联感知终端的实时感知、实时控制、汇聚分发，实现源网荷储协调统一。

2.1.4 应用层

主要为各专业业务应用主站系统组成。基于物联管理平台提供设备监测、设备管理、应用管理等功能接口来实现各类智能设备的有效管理。利用电网资源业务中台和数据中台微服务共享来构建配电台区管理和运维的智能化体系。

2.2 信息安全防护

配电台区智慧物联体系信息安全防护方案应同时满足营销、设备专业的信息安全要求，同时兼容台区融合终端和早期同类产品安全接入，可覆盖物联体系的各个环节。基于业务系统目前现状，结合各专业业务和系统建设情况，以及未来发展规划，配电台区智慧物联体系总体信息安全防护方案可分为“目标”和“过渡”两种架构进行衍进。

2.2.1 目标架构

在台区融合终端内置安全芯片或软件SDK，具备统一CA证书体系，业务App通过边缘侧的安全接入组件对接安全接入网关后，接入物联管理平台，不再直接接入业务系统。物联管理平台将终端上报数据汇总分发至供配电自动化系统、用采系统业务系统。

各单位可遵照安全接入要求，部署安全接入网关用户端等必要措施，按需采用软件加密模块或硬件密码模块，经安全接入网关实现统一安全接入。业务数据无需另行加密。

2.2.2 过渡架构

由图2可得，“过渡架构”包括了两种安全方案。方案一适配已有存量不改造台区的智能配变终端信息安全接入，沿用原配电/营销专业安全防护方案。方案二适配新建台区融合终端，因为物联管理平台未完成大规模终端业务数据接入能力验证的情况下，物联管理平台暂时只接入终端管理通道信息，终端业务通道数据仍直送原有业务系统前置。

图2 配电台区信息安全防护“过渡”架构图

2.3 业务系统协同

台区融合终端是配电智慧物联网边层中的数据汇聚、边缘计算、应用集成的中心，是信息节点与物理节点的融合，具备采集、通信、计算和分析的功能，支撑着各业务系统数据交互和业务融合。各业务系统都基于电网资源业务中台统一服务来进行数据融合、及共享应用。

台区融合终端是配电台区用电信息采集、设备状态监测及通信组网、就地化分析决策、主站通信及协同计算等功能于一体的智能化终端设备。

2.4 典型通信组网

配电台区智慧物联体系建设的通信网架结构的管理平台如图3所示。

图3 通信组网架构

由此可以分析得出，配电台区智慧物联体系建设典型通信组网包括远程通信网和本地通信网两段。

远程通信：远程通信网主要满足物联管理平台与台区融合终端之间高可靠、低时延、差异化的通信需求，具有数据量大、覆盖范围广、双向可靠通信的特点。低压配电台区远程通信网以4G为主，并可根据配电台区光纤网络、电力无线专网覆盖情况来灵活切换选择等。

本地通信：本地通信网主要满足台区融合终端与低压末端感知单元之间的通信需求，因配电台区业务种类、设备类型、部署方式等不同，因此本地通信网对通信网络带宽、容量、实时性、可靠性、安全性等要求存在较大差异。低压配电台区本地通信网宜以RS485有线、HPLC为主，并结合配电台区业务的实际需求，因地制宜选取微功率无线等辅助通信方式。

4 结束语

智慧物联体系在配电台区建设中起到了重要作用。它包含了物联管理平台、边缘物联代理和各类型终端标准化接入，实现基础数据采集与规范，对下统筹输配电网及以下的用户侧和供应链等领域广泛物联和深度感知需求，实现统一物联管理和终端标准化接入，对上为企业中台和业务应用提供开放、标准的服务，形成跨专业数据共享共用的生态，为“数据一个源”提供保障。为配电台区打造“精准感知、边缘智能、统一物联、开放共享”的智慧物联体系。