电力物联网技术应用与研究

吕 华，曹 秘

（国网四川雅安电力（集团）股份有限公司，四川 雅安 625000）

1 电力物联网

电力物联网是围绕电力生产各环节，充分利用当前射频识别技术（Radio Frequency IDentification，RFID）、全球定位及传感器等技术，实现电力系统各个环节万物互联和人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理及应用便捷灵活特征的智能化电力系统[1]。目前，电力物联网已基本完成物管平台、技术中台等关键基础设施建设，包括电能计量、光伏发电、低压配网以及森林防火等众多物联网终端设备建设，实现电网监测、汇总分析及告警功能，但大多不具备远程控制、远程升级、数据下发等功能，继续采取人工调度、检修及运行方式切换等传统模式进行运行和管理，会影响电网发展。因此，文章分析电力物联网现状和应用存在的问题，并给出一些解决方法。

2 电力物联网技术架构

电力物联网技术架构图1 所示主要包括“云、管、边、端”4 层。第一层“云”指部署在云端的物联管理平台、企业中台及各专业数字化应用；第二层“管”指各类远程通信网络，主要包含电力光纤、无线专网、无线公网及因特网；第三层“边”指部署在区域现场具备边缘计算能力的智能设备，按照企业级共建共享共用的理念，在同一区域现场，各专业共用一套边缘物联代理设备；第四层“端”指采集终端，通常部署在采集监控对象本体内部或附近，采集量测设备或对象的状态量、电气量及环境量等信息[2]。

图1 电力物联网架构图

3 电力物联网发展现状

3.1 网络建设

随着信息化技术不断发展和建设，国家电网有限公司（以下简称公司）数据通信网已覆盖各办公区、变电站、直属发电厂以及电力网点等生产经营场所，并在其内部建立物联专网传输通道，主要负责采集终端、监测终端等感知层物联网设备接入，基本实现全网贯通连接[3]。

3.2 平台建设

根据公司数字化发展总体规划和战略部署，公司已陆续建设数据中台、物管平台技术底座，并对各专业数据进行规范化归集和处理，满足各类生产和经营业务的数据接入与提取。

3.3 服务应用建设

随着公司数字化转型发展，基本完成人资、财务、运检、营销及电力调度等各类专业化应用系统和监控软件建设，基本实现全网监测、控制及数据一键提取等专业化应用。

4 目前电力物联网应用存在的问题

4.1 网络覆盖不足

电力物联网承载于数据通信网，主要采用有线方式搭建网络架构，覆盖各单位办公区、变电站及供电所，但输电线路均位于户外，数据通信网未能全面覆盖，也无法建立物联网专用传输通道；低压配电网分布较广，数量较多，并且大部分线缆和配电网设备位于城市沟道等隐蔽区域，未配套建设光纤传输资源和数据通信网络设备，难以建立电力物联网传输通道；由于电站分布特性，部分用户电站位于偏远山区，大多未自建或使用第三方运营商的光纤传输通道，也无4G 网络信号，存在物联网建设盲区。

4.2 建设成本高

大多采集和监测终端需要部署于偏远山区的高压线路和杆塔，设备分散，运行环境较差，取电困难，对物联网设备可靠性要求较高，而且物联网设备部署期间需要停运高压线路，会影响电网运行，因此难以安装和建设。

4.3 感知设备智能化程度不高

近年来，物联网和人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术发展较快，感知设备本体不具备采集、传输及告警等功能，主要依靠附加物联网感知终端。同时，目前大多物联网终端智能化程度不高，大多采用RS-232 老旧传统通信模式，也不具备远程控制、自我识别、数据下发等功能，基本依靠后台软件开发水平和开发能力，难以实现智能化和AI 技术应用。

4.4 台账基础信息不够准确和完善

经多年发展，电网资产规模较大，设备数量多，品牌复杂多样，部分设备与现场实物差异较大，台账信息不够准确，难以全面监控和管理。此外，早期建设的部分设备和线缆大多在野外偏远山区，难以核查和补充完善，也难以进行远程控制和管理。

4.5 物联网技术认识不足

近年来，随着信息化技术不断发展，市场上不断涌现出万物互联、智慧物联网等新概念和新事物，但大多用于建立系统和采集终端等。公司运维检修、营销等部门均已建设各类采集和应用系统，但大多系统只具备数据采集、数据监测、汇总分析以及掉线告警等简易功能，未实现远程控制、自动判断、告警分析及数据预测等智慧功能，导致数据无实际应用和使用价值。另外，大多数公司人员认为万物互联、智慧物联网、AI 人工智能等为信息通信新技术，与本职工作关联不大，应由信息和通信专业人员承建，导致物联网技术推进难度较大[4]。

5 电力物联网建设思考和问题解决方法

5.1 建立和完善物联网建设标准体系

电力物联网建设涵盖调度、运检及营销等专业，接入数量庞大，各类接入设备和采集终端复杂多样，并且各地区或专业管理差异较大，导致部分设备和终端接入困难，甚至无法加入，达不到建设效果，因此急需建立和完善物联网建设标准体系和技术架构[5]。主要思路如下：一是建立标准物联管理平台，制定统一数据格式和统一接口，保障各类设备和采集终端正常接入；二是建立统一虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）通道和传输协议，确保全网数据纵向贯通、横向连通，实现数据共享共用；三是建立应用服务平台标准，采用统一技术路线和架构开发各类应用服务，确保各地区和应用服务平台兼容提取和传输数据，实现全网数据一键提取和汇总分析；四是建立终端设备接入标准，明确各类终端功能特点、支持协议及传输端口等关键信息，保障各类终端设备可接入，确保上传数据完整有效；五是建立安全防护体系标准，近年物联网终端接入过多，终端自身基本无安全防护能力，电力网络架构复杂，急需建立统一安全防护基线和标准，增强电力物联网安全防护能力，保障数据安全。

5.2 拓展和延伸终端物联网架构

电力物联网主干网络承载于数据通信网，大多仅覆盖至各办公区、变电站等骨干区域和重点生产场所，覆盖范围不足，且数据通信网设备老旧，带宽窄，难以支撑庞大物联网接入和传输需求，急需升级数据通信网，延伸终端物联网架构[6]。一是加大数据通信网骨干网络建设，将地市级骨干网络带宽提升至10 Gb/s，同时建立物联网传输通道，以支撑大容量物联网数据传输；二是加强配网通信网络传输通道建设，以满足物联网终端接入；三是加强与运营商协作，丰富偏远电站和农配网等户外光传输资源，延伸物联网架构，以达到万物互联的接入需求。

5.3 推进物联网终端智能化

目前大多设备本体智能化程度较低，主要采取外挂物联网监测终端，用于数据监测、日志分析和告警，难以远程控制和管理，也无法智慧运行和智慧管理，严重制约电力生产和发展，因此急需推进物联网终端智能化[7]。主要思路如下：一是新建或全站改造设备，按新型智能电网发展思路，推进新建智能化设备或变电站设备的全面智能化改造，实现无人值班和智慧运行；二是新建物联网终端智能化，推行物联网终端具备自动计算、数据采集、数据存储、数据上传、数据下发、远程控制、自动告警以及日志分析等高度智能的一体化终端，为后台服务开发应用智能化、智慧化奠定基础。

5.4 推进平台应用智能化和智慧化

公司已建立电力调度、SG186 营销、企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）、协同办公、经济法律以及E 物资等众多管理信息系统，基本包括数据采集、汇总分析及流程审批等功能，但大多采取独立运行和数据自行管理模式，数据共享能力较弱。随着大数据、云平台、AI 技术以及万物互联等新概念的出现，新型智能电网和双一流电网发展规划的提出，升级或改造老旧平台，升级完善数据监测、日志分析、运行管理、故障和缺陷排查、运行控制、自动告警以及数据一键生成提取等功能，推行公司各业务智能化、智慧化及管理现代化。

6 结 论

随着电力物联网技术不断发展和应用，数据通信网逐渐演变为骨干传输网络，电力物联网成为电力系统万物互联和所有终端接入的关键基础设施和网络架构，从而推动电力系统大数据、云平台及AI 等技术高速发展，最终成功实现智能识别、定位、跟踪、监测、控制及管理，实现公司生产和经营管理高度智能化。文章结合智能电网发展趋势和物联网建设情况，针对当前物联网建设和应用存在的问题和难点，提出后续物联网建设思考，快速推进电力系统智能型和智慧型发展，为构建新型智能电力系统和现代双一流企业贡献智慧和力量。