1、案例概述

1.1背景

根據(jù)國(guó)家“雙碳”能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的部署和深入推進(jìn)，電網(wǎng)作為連接電源和用戶負(fù)荷的重要渠道和樞紐，將加強(qiáng)對(duì)光伏、風(fēng)能等分布式清潔能源的消納。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)家電網(wǎng)公司適時(shí)提出了構(gòu)建電力源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)協(xié)同發(fā)展的“能源互聯(lián)網(wǎng)”轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。

圖1 電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)及能源轉(zhuǎn)型示意圖

國(guó)家電網(wǎng)積極探索將傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合，致力于在配用電領(lǐng)域打造一個(gè)更加智能的配用電網(wǎng)絡(luò)。為此，他們將云計(jì)算的物聯(lián)管理平臺(tái)、邊緣計(jì)算以及IPv6短距物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等應(yīng)用于配用電網(wǎng)絡(luò)中，推動(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)主站+電網(wǎng)業(yè)務(wù)終端的架構(gòu)向云、邊、端協(xié)同的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)升級(jí)。這一舉措將有助于提高配用電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率和服務(wù)水平，為電力用戶提供更加穩(wěn)定、可靠、高效的電力供應(yīng)。配用電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如下圖2所示。

圖2 配用電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

1.2目標(biāo)及實(shí)施

配用電物聯(lián)網(wǎng)的核心是需要考慮解決如下問(wèn)題：

1、營(yíng)配智能終端能否自動(dòng)發(fā)現(xiàn)下面的配用電設(shè)備，并做到即插即用？

2、營(yíng)配智能終端與配用電設(shè)備之間能否建立安全的數(shù)據(jù)訪問(wèn)通道，防止惡意攻擊及數(shù)據(jù)竊聽(tīng)？

3、營(yíng)配智能終端與配用電設(shè)備之間的通信通道能否做到冗余備份？

IPv6技術(shù)作為一種為實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)而誕生的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)常見(jiàn)的無(wú)線及有線物聯(lián)媒介具有較好的靈活適應(yīng)性。中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司（電科院）和華為技術(shù)有限公司（華為）通過(guò)在傳統(tǒng)配用電設(shè)備側(cè)加裝IP化HPLC/RF通信單元，在L2 HPLC和微功率無(wú)線鏈路層基礎(chǔ)上，采用IETF IPv6短距物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（即6LoWPAN），在營(yíng)配終端和配用電設(shè)備之間構(gòu)建安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。該協(xié)議棧利用IPv6技術(shù)進(jìn)行低功耗個(gè)人局域網(wǎng)（即IPv6 over Low Power Personal Area Network）通信，使得電力設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效、可靠的互聯(lián)互通。如下圖3所示，這種通信網(wǎng)絡(luò)可以廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了更多的可能性。

圖3 配用電物聯(lián)網(wǎng)本地通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

Pv6短距技術(shù)協(xié)議棧的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

• 支持智能終端對(duì)配用電設(shè)備的即插即用以及下連的配用電星型、樹(shù)形拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)，提高了設(shè)備連接和管理的便利性。

• 不需要關(guān)注底層的鏈路選擇問(wèn)題，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)完成鏈路切換，使得通信更加順暢。

• 通過(guò)構(gòu)建本地安全的通信通道，智能營(yíng)配終端上的應(yīng)用APP能夠安全地讀取配用電設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低壓臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量參數(shù)的采集、防**分析等功能，同時(shí)也能夠?qū)ε_(tái)區(qū)下的充電樁進(jìn)行有序充電控制，提升了電力設(shè)施的智能化管理水平。

IPv6短距物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較成熟，數(shù)據(jù)通信和網(wǎng)絡(luò)安全等都可以使用標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際協(xié)議實(shí)現(xiàn)，軟件生態(tài)、可擴(kuò)展性、互聯(lián)互通性等都更好。在配用電臺(tái)區(qū)采用IPv6協(xié)議棧與非IP化方案優(yōu)勢(shì)對(duì)比如下表：

利用6LoWPAN報(bào)文壓縮技術(shù)，IPv6能夠在L2層HPLC和微功率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上順利運(yùn)行。這使得支持IPv6技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生明顯的開(kāi)銷，使IPv6在低速網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用成為可能。與IPv4相比，IPv6具有更大的優(yōu)勢(shì)，特別適用于物聯(lián)網(wǎng)中大量異構(gòu)終端的接入場(chǎng)景。IPv6和IPv4的技術(shù)對(duì)比如下表所示。

2、做法與經(jīng)驗(yàn)

圖4 基于IPv6技術(shù)的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

3、成效與亮點(diǎn)

2020年，基于IPv6短距物聯(lián)技術(shù)的營(yíng)配智能終端已經(jīng)在國(guó)家電網(wǎng)陜西公司以及山東公司等實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)規(guī)模建設(shè),如下圖。2021年，國(guó)網(wǎng)公司已建設(shè)超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)區(qū)，累計(jì)上線IPv6智能終端400萬(wàn)個(gè)。IPv6短距物聯(lián)技術(shù)正在迅速被電力市場(chǎng)所接受，其產(chǎn)業(yè)生態(tài)和行業(yè)實(shí)踐正以超乎想象的速度豐富起來(lái)。

圖5 營(yíng)配智能終端試點(diǎn)情況