1、案例概述

1.1背景

根據(jù)國家“雙碳”能源轉型戰(zhàn)略的部署和深入推進，電網(wǎng)作為連接電源和用戶負荷的重要渠道和樞紐，將加強對光伏、風能等分布式清潔能源的消納。為了適應這一發(fā)展趨勢，國家電網(wǎng)公司適時提出了構建電力源、網(wǎng)、荷、儲一體化和多能互補協(xié)同發(fā)展的“能源互聯(lián)網(wǎng)”轉型戰(zhàn)略。

圖1 電力業(yè)務系統(tǒng)及能源轉型示意圖

國家電網(wǎng)積極探索將傳統(tǒng)工業(yè)技術與物聯(lián)網(wǎng)技術深度融合，致力于在配用電領域打造一個更加智能的配用電網(wǎng)絡。為此，他們將云計算的物聯(lián)管理平臺、邊緣計算以及IPv6短距物聯(lián)網(wǎng)技術等應用于配用電網(wǎng)絡中，推動傳統(tǒng)電網(wǎng)主站+電網(wǎng)業(yè)務終端的架構向云、邊、端協(xié)同的物聯(lián)網(wǎng)架構升級。這一舉措將有助于提高配用電網(wǎng)絡的運行效率和服務水平，為電力用戶提供更加穩(wěn)定、可靠、高效的電力供應。配用電物聯(lián)網(wǎng)架構如下圖2所示。

圖2 配用電物聯(lián)網(wǎng)架構

1.2目標及實施

配用電物聯(lián)網(wǎng)的核心是需要考慮解決如下問題：

1、營配智能終端能否自動發(fā)現(xiàn)下面的配用電設備，并做到即插即用？

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

3、營配智能終端與配用電設備之間的通信通道能否做到冗余備份？

IPv6技術作為一種為實現(xiàn)萬物互聯(lián)而誕生的先進技術，對常見的無線及有線物聯(lián)媒介具有較好的靈活適應性。中國電力科學研究院有限公司（電科院）和華為技術有限公司（華為）通過在傳統(tǒng)配用電設備側加裝IP化HPLC/RF通信單元，在L2 HPLC和微功率無線鏈路層基礎上，采用IETF IPv6短距物聯(lián)網(wǎng)絡技術（即6LoWPAN），在營配終端和配用電設備之間構建安全可靠的通信網(wǎng)絡。該協(xié)議棧利用IPv6技術進行低功耗個人局域網(wǎng)（即IPv6 over Low Power Personal Area Network）通信，使得電力設備能夠實現(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)絡可以廣泛應用于電力系統(tǒng)的各個領域，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時也為物聯(lián)網(wǎng)技術的發(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)絡協(xié)議棧

Pv6短距技術協(xié)議棧的技術優(yōu)勢如下：

• 支持智能終端對配用電設備的即插即用以及下連的配用電星型、樹形拓撲自動發(fā)現(xiàn)，提高了設備連接和管理的便利性。

• 不需要關注底層的鏈路選擇問題，因為網(wǎng)絡可以自動完成鏈路切換，使得通信更加順暢。

• 通過構建本地安全的通信通道，智能營配終端上的應用APP能夠安全地讀取配用電設備信息，實現(xiàn)了對低壓臺區(qū)電能質量參數(shù)的采集、防**分析等功能，同時也能夠對臺區(qū)下的充電樁進行有序充電控制，提升了電力設施的智能化管理水平。

IPv6短距物聯(lián)網(wǎng)絡技術較成熟，數(shù)據(jù)通信和網(wǎng)絡安全等都可以使用標準的國際協(xié)議實現(xiàn)，軟件生態(tài)、可擴展性、互聯(lián)互通性等都更好。在配用電臺區(qū)采用IPv6協(xié)議棧與非IP化方案優(yōu)勢對比如下表：

利用6LoWPAN報文壓縮技術，IPv6能夠在L2層HPLC和微功率無線網(wǎng)絡上順利運行。這使得支持IPv6技術不會產(chǎn)生明顯的開銷，使IPv6在低速網(wǎng)絡上的應用成為可能。與IPv4相比，IPv6具有更大的優(yōu)勢，特別適用于物聯(lián)網(wǎng)中大量異構終端的接入場景。IPv6和IPv4的技術對比如下表所示。

2、做法與經(jīng)驗

圖4 基于IPv6技術的能源互聯(lián)網(wǎng)架構

3、成效與亮點

2020年，基于IPv6短距物聯(lián)技術的營配智能終端已經(jīng)在國家電網(wǎng)陜西公司以及山東公司等實現(xiàn)試點規(guī)模建設,如下圖。2021年，國網(wǎng)公司已建設超過100萬臺區(qū)，累計上線IPv6智能終端400萬個。IPv6短距物聯(lián)技術正在迅速被電力市場所接受，其產(chǎn)業(yè)生態(tài)和行業(yè)實踐正以超乎想象的速度豐富起來。

圖5 營配智能終端試點情況