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使用IPv6物联网技术的智能营配终端是国家电网推动能源互联网建设的关键工具之一

发布日期:2023-12-04     180 次

1、案例概述

1.1背景

根据国家“双碳”能源转型战略的部署和深入推进,电网作为连接电源和用户负荷的重要渠道和枢纽,将加强对光伏、风能等分布式清洁能源的消纳。为了适应这一发展趋势,国家电网公司适时提出了构建电力源、网、荷、储一体化和多能互补协同发展的“能源互联网”转型战略。

图1 电力业务系统及能源转型示意图

国家电网积极探索将传统工业技术与物联网技术深度融合,致力于在配用电领域打造一个更加智能的配用电网络。为此,他们将云计算的物联管理平台、边缘计算以及IPv6短距物联网技术等应用于配用电网络中,推动传统电网主站+电网业务终端的架构向云、边、端协同的物联网架构升级。这一举措将有助于提高配用电网络的运行效率和服务水平,为电力用户提供更加稳定、可靠、高效的电力供应。配用电物联网架构如下图2所示。

图2 配用电物联网架构

1.2目标及实施

配用电物联网的核心是需要考虑解决如下问题:

1、营配智能终端能否自动发现下面的配用电设备,并做到即插即用?

2、营配智能终端与配用电设备之间能否建立安全的数据访问通道,防止恶意攻击及数据窃听?

3、营配智能终端与配用电设备之间的通信通道能否做到冗余备份?

IPv6技术作为一种为实现万物互联而诞生的先进技术,对常见的无线及有线物联媒介具有较好的灵活适应性。中国电力科学研究院有限公司(电科院)和华为技术有限公司(华为)通过在传统配用电设备侧加装IP化HPLC/RF通信单元,在L2 HPLC和微功率无线链路层基础上,采用IETF IPv6短距物联网络技术(即6LoWPAN),在营配终端和配用电设备之间构建安全可靠的通信网络。该协议栈利用IPv6技术进行低功耗个人局域网(即IPv6 over Low Power Personal Area Network)通信,使得电力设备能够实现更加高效、可靠的互联互通。如下图3所示,这种通信网络可以广泛应用于电力系统的各个领域,提高电力系统的稳定性和可靠性,同时也为物联网技术的发展提供了更多的可能性。

图3 配用电物联网本地通信网络协议栈

Pv6短距技术协议栈的技术优势如下:

  • 支持智能终端对配用电设备的即插即用以及下连的配用电星型、树形拓扑自动发现,提高了设备连接和管理的便利性。

  • 不需要关注底层的链路选择问题,因为网络可以自动完成链路切换,使得通信更加顺畅。

  • 通过构建本地安全的通信通道,智能营配终端上的应用APP能够安全地读取配用电设备信息,实现了对低压台区电能质量参数的采集、防**分析等功能,同时也能够对台区下的充电桩进行有序充电控制,提升了电力设施的智能化管理水平。

IPv6短距物联网络技术较成熟,数据通信和网络安全等都可以使用标准的国际协议实现,软件生态、可扩展性、互联互通性等都更好。在配用电台区采用IPv6协议栈与非IP化方案优势对比如下表:

利用6LoWPAN报文压缩技术,IPv6能够在L2层HPLC和微功率无线网络上顺利运行。这使得支持IPv6技术不会产生明显的开销,使IPv6在低速网络上的应用成为可能。与IPv4相比,IPv6具有更大的优势,特别适用于物联网中大量异构终端的接入场景。IPv6和IPv4的技术对比如下表所示。

2、做法与经验

在物联网的L3层引入IPv6协议栈,将能够充分满足电力配用电物联网对云-端、以及云-边-端等多种通信模式的需求。电科院和华为通过采用基于IPv6的短距物联通信技术,制定出台区营配智能终端的企业标准,该标准对配用电台区智能终端的远距离及本地短距离通信接口进行了规范,从而推动了传统电网边缘设备向智能化和IPv6数据化的趋势发展,并解决了电网最后一公里的数据采集问题。

同时,通过在端侧设备引入IPv6技术,实现了电网业务流量真正由IPv6承载,这将推动电网有线数据网、无线网络及云化主站业务系统全面向IPv6进行升级改造。基于IPv6原生技术和协议构建的云、管及边端的“能源互联网”架构,将进一步提升电网运行效率和管理水平。

图4 基于IPv6技术的能源互联网架构

3、成效与亮点

2020年,基于IPv6短距物联技术的营配智能终端已经在国家电网陕西公司以及山东公司等实现试点规模建设,如下图。2021年,国网公司已建设超过100万台区,累计上线IPv6智能终端400万个。IPv6短距物联技术正在迅速被电力市场所接受,其产业生态和行业实践正以超乎想象的速度丰富起来。

图5 营配智能终端试点情况


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