技术
图1 分布式的智能电网智能体系结构Fig. 1 Architecture of distributed smart grid
5）软件定义。
软件定义是在物理资源虚拟化的基础上,通过管理任务可编程实现灵活、多样和定制的系统功能,从而实现软件对物理硬件设施与系统的赋值、赋能和赋智。目前,软件定义已经延伸出了多种概念和技术,包括软件定义网络、存储、计算、环境、数据中心等,为人、机、物融合下的各种资源全方位互联互通提供了坚实的理论技术基础[44]。
6）信息物理融合建模。
信息物理系统(cyber physical system,CPS)是实现计算、通信以及控制技术深度融合的下一代工程系统,更强调全面的信息获取和利用,因而融合建模是其研究重点。通过对应用领域信息模型与服务的抽象与规范,以及通信服务的映射,支持端到端的发布与定义机制,满足不同应用服务需求[45]。
上述技术和应用均是互联网根据不同的应用需求发展而成的具有不同侧重的产业和技术形态。配电物联网将其应用于电力、能源领域,充分吸收物联网的泛在感知和IP通信的特点、工业互联网的泛在计算技术(平台+APP),并融合分布式智能体系把智能代理分布于电网不同层点的设想,引入云计算和边缘计算相结合的分布式智能协同工作的理念,借鉴软件定义构想和信息融合建模,实现对配电网络和资产的全面感知和监管,形成了自己独特的内涵：
配电物联网是传统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。
2 应用特征
在应用层面上,配电物联网具备以下特征：
1）状态全面感知。
在配变、分支箱、户表、充电桩、分布式能源等关键节点应用低成本的智能识别和感知技术,对配电网设备及线路进行数据采集和监控管理;同时建立统一的信息模型和映射机制,促进各类设备与应用在IP网络的无缝对接,即插即用,通过广泛互联,实现端到端及端到云的互联互通互操作,为构建安全、标准、兼容、可靠的支持多种业务融合的新型配电网运营系统提供数据通信基础。
2）分布式智能部署。
在云主站部署基于机器学习和深度学习框架的集中式数据计算,同时赋予终端设备部署快速、算法简便的边缘计算和就地管控能力,促使二者在网络、业务、应用和智能方面进行深度协同,使配电网具备分布式智能以及各级智能自治/协同的能力。通过云-端协同,实现系统的快速决策和响应。
3）软件定义系统。
将软件定义与数据科学、人工智能技术深度融合,形成包括软件定义主站、软件定义网络、软件定义终端在内的产业链,通过软硬解耦,实现业务快速迭代,打破原有封闭、隔离、固化的管理模式,构建扁平、灵活、高效的新型业务系统形态。
4）应用模式升级。
通过建设包括资源管理、数据建模及分析、应用开发等功能在内的核心和共性技术,实现配电技术的模型化,提高应用服务开发效率,促进现有配电业务的增量型和进化型改进,并创造出更多基于物联网理念的应用,促成新的产品和服务模式,拓展新的发展方向。
5）业务快速迭代。
针对业务需求,基于配电终端硬件平台化的基础,以软件定义的方式,在配电终端及主站实现业务服务的快速灵活部署,满足配电网形态多样和快速变化的业务需求。
6）资源高效利用。
基于云-端协同的分布式智能架构,实现系统计算、网络、存储等资源的统一管控、弹性分配,提高数据、通信、计算等各方面资源的整体配置效率。
3 体系架构
按照配电物联网的构想,依据软件定义的原则和可靠性、经济性、扩展性、标准化、智能化等方面的需求,本文提出了配电物联网的整体架构,如图2所示。区别于传统物联网感知层、网络层和应用层的3层架构,配电物联网架构整体上可划分为“云、管、边、端”4个部分。
3.1 端
“端”是配电物联网架构中的状态感知和执行控制主体终端单元,其利用传感技术、芯片化技术,实现对配电设备运行环境、设备状态、电气量信息等基础数据的监测、采集、感知,突破了低压配电网不可观测的限制,也扩大了中压配电网的量测覆
盖范围,是实现配电物联网的基础;同时,“端”也是配电网保护、控制操作的末端执行单元,支撑配电网可靠运行操作动作的执行。不同于传统终端软硬件绑定的设计思路,“端”层设备采用通用的硬件资源平台,通过APP以软件定义方式实现业务功能,基于面向对象的设计方法,提高程序开发效率和可扩展性,降低维护难度及各APP之间的耦合性,便于业务快速部署和扩展。“端”层示意图如图3所示。
