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編者按：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、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(nóng)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(shì)。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應(yīng)用，還需要系統(tǒng)化的集成創(chuàng)新。智慧系統(tǒng)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(tǒng)解決方案應(yīng)用水平，現(xiàn)由中國(guó)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(tǒng)信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，控制網(wǎng)（ www.ecwang.cn）＆《自動(dòng)化博覽》承辦的2020智慧系統(tǒng)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(tǒng)解決方案。本刊特開(kāi)設(shè)智慧系統(tǒng)解決方案專欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

1 方案概述

隨著國(guó)家堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用及調(diào)度等各環(huán)節(jié)，有效為電網(wǎng)中發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)提供重要技術(shù)支撐。近年來(lái)，隨著國(guó)家《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略2016-2030》的推進(jìn)，售電側(cè)放開(kāi)、智能用電業(yè)務(wù)的推廣，需求側(cè)大量終端設(shè)備及多元用戶接入電網(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(xiàn)出：多元用戶供需互動(dòng)用電、安全邊界模糊、邊緣計(jì)算涌現(xiàn)等特點(diǎn)。

在此背景下，電氣設(shè)備與控制中心之間、電網(wǎng)企業(yè)與電力用戶之間產(chǎn)生數(shù)據(jù)流不斷攀升，對(duì)電力系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化提出了新的需求；而且隨著電氣設(shè)備應(yīng)用范圍的增加，電氣設(shè)備使用的時(shí)空分布相比于傳統(tǒng)也會(huì)更加分散，這使數(shù)據(jù)的采集和分析面臨著巨大的考驗(yàn)。在安全方面，多元電力終端用戶供需互動(dòng)用電，帶來(lái)了便利的同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的安全保密問(wèn)題。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中，各類無(wú)線電力終端通過(guò)無(wú)信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在傳輸過(guò)程中易受到監(jiān)聽(tīng)、竊取等攻擊。因此，電力終端安全防護(hù)受到空前挑戰(zhàn)。

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

（1）物聯(lián)網(wǎng)感知層的數(shù)據(jù)量大而且非常復(fù)雜，在實(shí)時(shí)性要求較高情況下，對(duì)海量數(shù)據(jù)的過(guò)濾、處理、傳輸和應(yīng)用等問(wèn)題是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

（2）云服務(wù)是聚合度很高的服務(wù)計(jì)算，其依賴于網(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(yīng)速度慢，帶寬不足、流量成本高的問(wèn)題都制約著云計(jì)算在實(shí)時(shí)和可靠控制中的應(yīng)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(shè)備的激增也使得新興的攻擊矢量不斷涌現(xiàn)。邊緣計(jì)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(yīng)用并增加分層數(shù)量以抵御針對(duì)核心的侵犯和風(fēng)險(xiǎn)。

2 方案目標(biāo)

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界聯(lián)動(dòng)，已提出了邊緣計(jì)算體系架構(gòu)，在邊緣計(jì)算的應(yīng)用、安全保護(hù)方面有了初步的探討，但是針對(duì)電網(wǎng)的邊緣計(jì)算構(gòu)架、邊緣計(jì)算安全保護(hù)構(gòu)架和具體機(jī)制都還缺乏深入的研究。

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

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 海量電力數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算智能處理

電力物聯(lián)網(wǎng)感知層的數(shù)據(jù)量大而且非常復(fù)雜，海量數(shù)據(jù)間存在著頻繁的沖突與合作，具有很強(qiáng)的冗余性、互補(bǔ)性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)又是多源異構(gòu)型數(shù)據(jù)。在實(shí)時(shí)性要求較高情況下，對(duì)海量數(shù)據(jù)的過(guò)濾、處理、傳輸和應(yīng)用等問(wèn)題是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。通過(guò)邊緣計(jì)算的可配置特性和強(qiáng)的資源能力對(duì)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(shù)據(jù)支撐。主要研究?jī)?nèi)容如下：

（1）研究適合電力特點(diǎn)的可配置邊緣計(jì)算平臺(tái)

邊緣計(jì)算平臺(tái)需要適合電力系統(tǒng)多種應(yīng)用需求，適合電力分區(qū)分級(jí)的安全保障體系，設(shè)計(jì)具有多種性能可選，多種可配置系統(tǒng)、可配置安全措施的邊緣計(jì)算平臺(tái)構(gòu)架，為海量電力數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算智能處理提供平臺(tái)支撐。

（2）針對(duì)性的智能學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)

針對(duì)特定的應(yīng)用場(chǎng)景、數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)與研究，研究適合電力應(yīng)用場(chǎng)景的智能算法，分析不同電力數(shù)據(jù)類型、冗余特性、互補(bǔ)特性和實(shí)時(shí)性下，對(duì)智能算法的要求，制定學(xué)習(xí)方法的用戶實(shí)現(xiàn)有效的分析，通過(guò)合理地人工智能方法選擇、學(xué)習(xí)策略制定，滿足業(yè)務(wù)需求的海量電力數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能邊緣技術(shù)處理。

（3）海量數(shù)據(jù)的協(xié)同智能處理通過(guò)采集邊緣設(shè)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(biāo)，開(kāi)展邊緣計(jì)算與眾多連接終端的協(xié)同智能處理，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)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(yù)警等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理響應(yīng)需求。

3.2 電力邊緣計(jì)算下的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)研究

（1）研究電力監(jiān)控系統(tǒng)下海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的整理、存儲(chǔ)和顯示。

（2）研究適合電力邊緣計(jì)算下的電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析智能算法，建立適合于電力邊緣計(jì)算下的智能電力全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）在研究電力監(jiān)控系統(tǒng)下海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的整理、存儲(chǔ)和電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)智能分析算法基礎(chǔ)下，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的電網(wǎng)事件捕捉方案。在電網(wǎng)事件模型的基礎(chǔ)上，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行中事故異常等事件進(jìn)行快速捕捉和準(zhǔn)確分析，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行準(zhǔn)確結(jié)果分析，提出事件驅(qū)動(dòng)與規(guī)則觸發(fā)的告警機(jī)制，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了進(jìn)一步的保障，所實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足大型地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控的實(shí)際應(yīng)用需求。

3.3 能源計(jì)量系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)下的電力通信模組和電力邊緣計(jì)算應(yīng)用系統(tǒng)研究與試點(diǎn)示范

通過(guò)搭建演示驗(yàn)證系統(tǒng)，到集成的現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)示范，在能源計(jì)量系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)下建立基于電力邊緣計(jì)算的計(jì)量系統(tǒng)負(fù)載均衡、實(shí)時(shí)電力定價(jià)，電力監(jiān)控系統(tǒng)的全智能學(xué)習(xí)的自動(dòng)化監(jiān)控等應(yīng)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(jì)算方案。實(shí)現(xiàn)了多種終端采集數(shù)據(jù)、圖像在邊緣的計(jì)算處理，有效緩解了數(shù)據(jù)傳輸通道壓力和云端數(shù)據(jù)計(jì)算瓶頸，對(duì)能源區(qū)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(yàn)證系統(tǒng)，到集成的現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)示范，在能源計(jì)量系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)下建立基于電力邊緣計(jì)算的計(jì)量系統(tǒng)負(fù)載均衡、實(shí)時(shí)電力定價(jià)，電力監(jiān)控系統(tǒng)的全智能學(xué)習(xí)的自動(dòng)化監(jiān)控等應(yīng)用。

（3）價(jià)值性

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

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年6月刊