編者按：

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創(chuàng )新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統解決方案應用水平，現由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng )新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì )主辦，控制網(wǎng)（ fcfhome.com）＆《自動(dòng)化博覽》承辦的2020智慧系統解決方案征集活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開(kāi)征集智慧系統解決方案。本刊特開(kāi)設智慧系統解決方案專(zhuān)欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

1 方案概述

隨著(zhù)國家堅強智能電網(wǎng)的建設，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應用于智能電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用及調度等各環(huán)節，有效為電網(wǎng)中發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節提供重要技術(shù)支撐。近年來(lái)，隨著(zhù)國家《能源生產(chǎn)和消費革命戰略2016-2030》的推進(jìn)，售電側放開(kāi)、智能用電業(yè)務(wù)的推廣，需求側大量終端設備及多元用戶(hù)接入電網(wǎng)并參與互動(dòng)，“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的概念快速發(fā)展，大量智能信息終端引入到電力行業(yè)。呈現出：多元用戶(hù)供需互動(dòng)用電、安全邊界模糊、邊緣計算涌現等特點(diǎn)。

在此背景下，電氣設備與控制中心之間、電網(wǎng)企業(yè)與電力用戶(hù)之間產(chǎn)生數據流不斷攀升，對電力系統智能化、自動(dòng)化提出了新的需求；而且隨著(zhù)電氣設備應用范圍的增加，電氣設備使用的時(shí)空分布相比于傳統也會(huì )更加分散，這使數據的采集和分析面臨著(zhù)巨大的考驗。在安全方面，多元電力終端用戶(hù)供需互動(dòng)用電，帶來(lái)了便利的同時(shí)也帶來(lái)了嚴重的安全保密問(wèn)題。在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信中，各類(lèi)無(wú)線(xiàn)電力終端通過(guò)無(wú)信道傳輸的數據，在傳輸過(guò)程中易受到監聽(tīng)、竊取等攻擊。因此，電力終端安全防護受到空前挑戰。

近幾年來(lái)，“物聯(lián)網(wǎng)”、“云計算”得以廣泛應用。但是在實(shí)際應用過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)和云計算都存在一定的短板，具體表現在：

（1）物聯(lián)網(wǎng)感知層的數據量大而且非常復雜，在實(shí)時(shí)性要求較高情況下，對海量數據的過(guò)濾、處理、傳輸和應用等問(wèn)題是一個(gè)巨大的挑戰。

（2）云服務(wù)是聚合度很高的服務(wù)計算，其依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )服務(wù)中斷、網(wǎng)絡(luò )延遲等問(wèn)題，以及網(wǎng)絡(luò )響應速度慢，帶寬不足、流量成本高的問(wèn)題都制約著(zhù)云計算在實(shí)時(shí)和可靠控制中的應用和發(fā)展。

（3）安全：物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大量的隱私信息會(huì )被傳感器捕獲，終端設備的激增也使得新興的攻擊矢量不斷涌現。邊緣計算能夠使得安全部件更接近于攻擊源，啟動(dòng)更高效的安全應用并增加分層數量以抵御針對核心的侵犯和風(fēng)險。

2 方案目標

國內產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界聯(lián)動(dòng)，已提出了邊緣計算體系架構，在邊緣計算的應用、安全保護方面有了初步的探討，但是針對電網(wǎng)的邊緣計算構架、邊緣計算安全保護構架和具體機制都還缺乏深入的研究。

本項目將在海量電力數據的邊緣計算智能處理、海量電力數據的實(shí)時(shí)可靠傳輸、電力邊緣計算下的智能用電技術(shù)研究、電力邊緣計算下的智能電力監控系統研究。最后進(jìn)行能源計量系統、電力監控系統下的電力通信模組和電力邊緣計算應用系統研究與試點(diǎn)，搭建研究與應用的橋梁。

圖1 系統總體架構

3 方案設計

3.1 海量電力數據的邊緣計算智能處理

電力物聯(lián)網(wǎng)感知層的數據量大而且非常復雜，海量數據間存在著(zhù)頻繁的沖突與合作，具有很強的冗余性、互補性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)又是多源異構型數據。在實(shí)時(shí)性要求較高情況下，對海量數據的過(guò)濾、處理、傳輸和應用等問(wèn)題是一個(gè)巨大的挑戰。通過(guò)邊緣計算的可配置特性和強的資源能力對海量電力進(jìn)行智能化處理，為智能電網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)提供數據支撐。主要研究?jì)热萑缦拢?/p>

（1）研究適合電力特點(diǎn)的可配置邊緣計算平臺

邊緣計算平臺需要適合電力系統多種應用需求，適合電力分區分級的安全保障體系，設計具有多種性能可選，多種可配置系統、可配置安全措施的邊緣計算平臺構架，為海量電力數據的邊緣計算智能處理提供平臺支撐。

（2）針對性的智能學(xué)習算法設計

針對特定的應用場(chǎng)景、數據范圍進(jìn)行算法的設計與研究，研究適合電力應用場(chǎng)景的智能算法，分析不同電力數據類(lèi)型、冗余特性、互補特性和實(shí)時(shí)性下，對智能算法的要求，制定學(xué)習方法的用戶(hù)實(shí)現有效的分析，通過(guò)合理地人工智能方法選擇、學(xué)習策略制定，滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求的海量電力數據實(shí)現智能邊緣技術(shù)處理。

（3）海量數據的協(xié)同智能處理通過(guò)采集邊緣設備與各個(gè)終端的位置關(guān)系、網(wǎng)絡(luò )連接特性，以時(shí)間最短為目標，開(kāi)展邊緣計算與眾多連接終端的協(xié)同智能處理，實(shí)現海量數據的高效實(shí)時(shí)處理，支持實(shí)時(shí)電價(jià)、異常用電行為預警等的實(shí)時(shí)數據處理響應需求。

3.2 電力邊緣計算下的智能電力監控系統研究

（1）研究電力監控系統下海量異構數據的整理、存儲和顯示。

（2）研究適合電力邊緣計算下的電力監控數據分析智能算法，建立適合于電力邊緣計算下的智能電力全自動(dòng)監控系統。

（3）在研究電力監控系統下海量異構數據的整理、存儲和電力監控數據智能分析算法基礎下，建立實(shí)時(shí)數據庫和關(guān)系數據庫的電網(wǎng)事件捕捉方案。在電網(wǎng)事件模型的基礎上，對電網(wǎng)運行中事故異常等事件進(jìn)行快速捕捉和準確分析，結合實(shí)時(shí)數據庫中存儲的實(shí)時(shí)數據，進(jìn)行準確結果分析，提出事件驅動(dòng)與規則觸發(fā)的告警機制，為電網(wǎng)安全穩定運行提供了進(jìn)一步的保障，所實(shí)現的各項功能運行穩定，能夠滿(mǎn)足大型地區電網(wǎng)調度監控的實(shí)際應用需求。

3.3 能源計量系統、電力監控系統下的電力通信模組和電力邊緣計算應用系統研究與試點(diǎn)示范

通過(guò)搭建演示驗證系統，到集成的現場(chǎng)試點(diǎn)示范，在能源計量系統、電力監控系統下建立基于電力邊緣計算的計量系統負載均衡、實(shí)時(shí)電力定價(jià)，電力監控系統的全智能學(xué)習的自動(dòng)化監控等應用。

4 解決方案功能

（1）創(chuàng )新性

提出了適用電力業(yè)務(wù)場(chǎng)景的邊緣計算方案。實(shí)現了多種終端采集數據、圖像在邊緣的計算處理，有效緩解了數據傳輸通道壓力和云端數據計算瓶頸，對能源區域自治等新業(yè)態(tài)場(chǎng)景形成有效支撐。

（2）成熟性

通過(guò)搭建演示驗證系統，到集成的現場(chǎng)試點(diǎn)示范，在能源計量系統、電力監控系統下建立基于電力邊緣計算的計量系統負載均衡、實(shí)時(shí)電力定價(jià)，電力監控系統的全智能學(xué)習的自動(dòng)化監控等應用。

（3）價(jià)值性

在海量電力數據的邊緣計算智能處理、海量電力數據的實(shí)時(shí)可靠傳輸、電力邊緣計算下的智能用電技術(shù)研究、電力邊緣計算下的智能電力監控系統研究。最后進(jìn)行能源計量系統、電力監控系統下的電力通信模組和電力邊緣計算應用系統研究與試點(diǎn)，搭建研究與應用的橋梁。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年6月刊