基于云计算技术的电网数据物联研究

金旭 黄锟 柴仁勇

摘要：数据分析与价值挖掘是电力企业处理数据信息的核心环节，是电力网、物联网、通信网的信息深度融合的目标所在。本文论述了电力物联网在业务数据中心、客户服务系统、能源交易市场等场景中的工作机制。

关键词：电力物联网;数据管理;运行机理;价值应用

1国内外研究综述

物联网（Internet of things，IOT）由Kevin Ashton提出，最初是利用互联网、数据传输网等载体，使具有独立使用功能的物品形成互联互通的网络系统[5]。早期物联网是应用射频识别技术的物流网络，随着技术革新物联网已发生巨大变化[6]。IOT网络及智能设备的安全问题愈发受到关注，研究者对IOT架构的主干网进行升级并研发出加密机制来维护其安全性[7]。移动边缘计算为IOT服务提供云计算功能，以满足智能设备接入无线网要求并提高信息吞吐量，增强IOT系统的可靠性与拓展性[8]。Wollschlaeger M回顾了物联网及网络物理系统（Cyber-physical system， CPS）对工业自动化所产生的影响，提出对多源异质物联网设备相互协调的必要性[9]。

2电力数据信息的网络传输模式

现有的电力通信网业务承载能力差、智能化、自主化的维护能力欠缺，已无法满足电力设备连接的需求[18]，所以构建基于“卫星+地面、干线+城域、有线+无线”的多维一体电力通信网势在必行。低功率广域网络（Low-power wide-area network，LPWAN） 和 5G通信技术相融合的方式成为电力信息组网的发展主流。

5G通信借助电网、光纤在未知环境下低延时进行电力数据传输，实现对TTU、RTU、PMU等终端单元及输配电网状态的实时监测，为电网设备的参数评估、故障分析、拓扑辨识提供了个性化服务。LPWAN技术按工作频谱授权类型可分为两类：已授权频谱的技术为NB-IoT、eMTC;未授权的为LoRa、SigFox、RPMA。

LPWAN与5G技术可针对设备高度分散、测量数据众多、采集环境恶劣等问题做出妥善解决方案，解决电力数据的信息传输。终端设备完成电力信息采样后封装成数据区块，借助LPWAN终端射频模块进入电力通信网进行传播，基站在通信网和配电网的交互过程中起到重要媒介作用，也是接收无线数据以及卫星信息号的重要端口。以电力载波通讯（Power line communication，PLC）为主，光纤传输、卫星通讯为辅进行数据传输，构建多维一体的电力数据传输网。

3物联感知层的数据管理机理

物联感知层是电力物联网的基础层级，由馈线终端装置（Feeder Terminal Unit，FTU）、同步相量测量装置（Phasor measurement unit，PMU）等无数个智能电力数据终端构成，借助低功耗广域网（Low-power wide-area network，LPWAN）、5G专网与电力物理信息系统（Cyber physical production systems，CPPS）、电力数据采集监控系统（Supervisory control and data acquisition，SCADA）、广域监测系统（Wide area measurement system，WAMS）、停电管理系统（Outage management system，OMS）等电力系统进行链接并提取信息，数据涵盖电力系统的多个环节，使电网末端感知节点规模更庞大、数据采集种类也更齐全。

4中台服务层的数据管理机理

中台技术是随着电力物联网向集约化平台发展衍生的产物，由基础、技术、业务三层中台构成，涵盖基础设备服务（Infrastructure as a service，IaaS）、平台服务（Platform as a service，PaaS）、数据服务（Data as a service，DaaS）、软件服务（Software as a service，SaaS）等四个子系统， IaaS和PaaS是基础数据层，收集汇总智能终端及电力系统的电力数据信息;DaaS是技术支撑层，对电力数据进行实时分析、可视化处理等流程;SaaS是管理应用层，通过智能合约对电力信息进行高质量挖掘应用，使数据相互融合以提供更多信息访问渠道。

5技术应用层的数据管理机理

电力物联网平台主要针对结构化数据与非结构化数据进行应用：结构化数据主要来自于电力物联网平台、电网资产管理平台，这类数据信息结构較为统一、变化频率较低且数据应用较为便捷;非结构化数据主要来自分布式能源系统、智慧车联网平台、能源交易中心等应用场景，此类电力数据结构不规则、没有固定模型且波动性交强，其信息价值挖掘与应用难度也会将应增加。电力物联网的应用层可根据各项电力数据判断出整个电网系统的运转状况，生成分析报告并自动对故障进行处理。

6电力物联网数据管理的建议与展望

6.1电力数据中心增强信息共享水平

在电力物联网的支持下电力业务数据中心存储了发电、输配电、营销等相关电力信息及历史数据，电力数据经过分类清洗、加密整合后应用于电网运行的信息化服务，以支持“输-变-配-用”设备的广域连接、数据采集，旨在加强数据信息共享水平、实现电网项目数字化运营。电力物联网可使电力数据中心与ID/IP化的电力设备连接交互，实时捕捉“厂-线-配-户”电力设备的运行数据。基于智能电表停复电的上传信息并结合供电服务系统的指挥功能，实现设备故障范围的自动分析研判，改善常规模式下电力设备运检状况知悉困难的窘境。当电网运行发生故障时，电力物联网可以对故障进行溯源处置并锁定发生故障的设备。

6.2线上服务系统加快电力业务创新

电力物联网将数据采集终端、客户服务系统、电力营销系统与各类智能电器连接并提取用电信息，包括用电力负荷、用电时间、缴费金额，这些数据通过整合、分类、存储等步骤处理最终形成电力用户侧大数据资源。经过用户授权后，电力物联网可通过大数据资源对用户的用电特征与行为模式进行多层次识别与结构化分析，掌握用户用电规律并为其制定精准化的用电营销策略，以达到增加客户用电粘性、提高电力服务水平的目的，加快线上客户服务系统的建设对实现电力信息的“反复查询、多次应用、多端访问”具有重要意义。图5为基于客户服务系统的用电数据分析模型。此外基于电力物联网平台的APP终端可以提升在线用户服务质量，实现智慧能源APP的远程智能服务。

6.3能源交易市场打造数据安全平台

随着分布式清洁能源与二次能源占比不断提高，能源市场逐步由卖方市场转化为买方市场，P2P交易模式也以电力消费者为市场主导而备受关注。根据中国电力改革的现阶段特征及能源交易平台的发展状况，基于电力物联网的弱中心化电能交易平台可对电力能源进行合理配置、消除电能市场壁垒以及鼓励有效交易。电网公司、供电企业及电能产消者通过电力物联网支撑的能源交易平台充当连接桥梁自主进行能源交易，“弱中心式”特征减少了平台对能源交易过程的调度干预，在维护电力市场秩序的同时实现了P2P能源交易的自主进行。平台内嵌的智能合约可记录所有交易合同、结算清单，永久存储在服务器上且不被随意篡改，这样稳定电力市场价格波动以确保电能交易公开透明。

7总结

本研究通过对电力物联网关键技术及电力数据管理机理进行了详细分析，研究者希望此成果能为电力物联网运行机理的探索提供参考。