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淺談泛在電力物聯網建設的挑戰與應用
日期：2024-12-23 19:52
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摘要：深刻認識泛在電力物聯網網絡穩定的重要性、網絡穩定面臨的主要挑戰，以及應在現有防護體系基礎上開展哪些工作，對泛在電力物聯網建設具有重要意義。
張娟
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：深刻認識泛在電力物聯網網絡穩定的重要性、網絡穩定面臨的主要挑戰，以及應在現有防護體系基礎上開展哪些工作，對泛在電力物聯網建設具有重要意義。
關鍵詞：泛在物聯網；挑戰；應用
0引言
今年，國家電網有限公司提出要全力打造“三型兩網”企業，加快推進世界能源互聯網企業建設。建設運營好堅強智能電網和泛在電力物聯網，是建設世界能源互聯網企業的重要物質基礎；“兩網”相輔相成、融合發展，將對推動能源生產和消費革ming， 構建清潔低碳、穩定的能源體系產生深遠影響。
其中，基于信息通信技術構建的泛在電力物聯網，是能源互聯網實現信息互聯的“神經脈絡”，運用新興通信技術建設可靠的“神經脈絡”，構筑穩定智能電網，是我們面臨的新挑戰。
1泛在電力物聯網具有電力關鍵信息基礎設施屬性
關鍵信息基礎設施是指一旦發生網絡穩定事故，會影響到能源、通信、金融、交通等重要行業的正常運行，給國家政治、經濟、科技、社會、文化、國防、環境以及人民生命財產造成嚴重損失的信息系統或工業控制系統。泛在電力物聯網既是對電力能源用戶信息和數據穩定有重要影響的信息系統，又是對電網穩定穩定有重要影響的工業控制系統，作為電力系統與互聯網跨界融合的基礎設施，泛在電力物聯網一端連接著電力能源，一端連接著金融、交通等重要行業領域，它的能源樞紐作用使其天然具有關鍵信息基礎設施屬性，對經濟社會的正常運行有重要影響。
以新能源汽車為例，據保守估計，到 2025 年，我國新能源汽車保有量將達到 7000 萬輛。公共充電基礎設施對新能源汽車遠距離行駛意義重大，一旦充電樁運營平臺遭到大規模網絡攻擊，或網絡通信系統及充電樁、能源路由器等節點設備遭到大規模蠕蟲、木馬攻擊，公共充電基礎設施很可能大面積癱瘓，大量新能源汽車將無法正常充電行駛。特別是在重大節假日期間，針對公共充電基礎設施的大規模網絡攻擊，有可能演變為影響正常社會秩序的重大事件。
此外，泛在電力物聯網實現了電力系統各環節萬物互聯、人機交互，不僅支持新能源大規模開發利用，還支持分布式能源、微電網、儲能等交互式用戶設施大量接入，這些分布式、交互式業務對電網資源配置、供電保障能力提出了挑戰；多站融合、綜合能源服務、區域能源自治、車聯網等泛在電力物聯網新業務的推廣應用，也將促使海量用戶信息、業務數據將被采集、存儲、應用，這些數據的價值也凸顯出泛在電力物聯網的重要性。
目前，泛在電力物聯網的建設剛起步，相關的業務系統、網絡和終端設備數量、覆蓋面還較少，社會與經濟價值也還未完全凸顯，網絡穩定問題還不足以造成重大影響。但是量變終將引發質變，隨著泛在電力物聯網建設的深化與發展，相關業務的經濟與社會價值將呈指數型增長，泛在電力物聯網網絡穩定的重要性也會日益顯著。
2 泛在電力物聯網面臨的網絡穩定挑戰
近年來，對物聯網進行的網絡攻擊，以及利用物聯網開展的網絡攻擊事件頻頻爆出，烏克蘭停電事件、美國 IoT 網絡攻擊事件以及委內瑞拉大停電，都在告訴我們，網絡空間穩定形勢嚴峻，電力與能源領域網絡穩定不容輕視。泛在電力物聯網的電力關鍵信息基礎設施屬性，及其今后對經濟與社會的重要影響，使其必然成為黑客組織、敵對勢力網絡攻擊或實施網絡戰的目標。
泛在電力物聯網的“泛在”、互聯互通性強等特點，降低了網絡攻擊難度，提高了網絡穩定管控難度，從三個方面構成了對網絡穩定工作的挑戰。
一是網絡穩定的暴露面較大。海量終端及網絡接口，將會被部署到用戶側和各級系統節點，惡意攻擊者從物理上可接觸的點非常多，并且這些點很難被及時地進行監控。二是可攻擊的路徑較多。無線專網、衛星網絡、5G、NB-IoT、近場通信等網絡通信技術將被大量應用，雖然對終端接入成本降低和便利性提高有利，但也使得惡意攻擊者進行攻擊的網絡路徑增多。三是智能終端網絡穩定漏洞較多。智能終端采用的操作系統、嵌入式設備、芯片等各異，通信協議、規約和接口實現方式也不同，出現穩定漏洞的幾率大增，修復漏洞的難度也較大，容易被惡意攻擊者用來攻擊滲透。
考慮到電力系統當前防護體系的實際情況，網絡穩定保障工作還面臨三方面挑戰。一是傳統電力業務與互聯網的深度融合，對現有信息內外網及互聯網的防護格局造成沖擊，網絡結構已無法滿足業務部署及防護要求。二是感知造成的終端泛在化，對現有終端接入防護策略形成沖擊，當前邊界防護結構與防護設備的性能將無法完全滿足要求。三是多專業、多業務基于泛在電力物聯網的數據共享、業務協同，在提高運營成效的同時，對現有的網絡穩定管理體系也形成較大沖擊。網絡穩定責任、數據穩定責任、運行穩定責任等需要重新梳理界定，網絡穩定事件的響應、溯源、取證，以及重大活動穩定保障等現有管理措施也將面臨泛在電力物聯網業務帶來的新挑戰。
應該說，泛在電力物聯網業務，特別是與能源運管服務有關的業務，其防護要求接近于電力監控系統，而其運行環境又遠遠復雜于電力監控系統，現有防護體系既不適應又難以有效覆蓋新業務、新業態的發展情況，這些都對泛在電力物聯網網絡穩定帶來了很大的挑戰。
3 對泛在電力物聯網網絡穩定防護的思考
泛在電力物聯網是對現有電網業務的提升、完善和**拓展，相應的網絡穩定防護也應基于現有防護體系進一步優化、加強和發展，以滿足泛在電力物聯網新的防護需求。
3.1優化提升，適應泛在電力物聯網建設。
網絡穩定管理體系方面，應逐步優化完善管理機制、制度、機構、隊伍，適應泛在電力物聯網網絡穩定管理需求。對業務、數據、運行等方面的穩定管理責任進行重新梳理，明確責任的范圍、崗位、人員等內容，探索專業化機構進行網絡穩定運營與保障的模式，實現網絡穩定管理的**發展。
基礎網絡防護架構方面，要對信息內外網及互聯網側的邊界、區域劃分、部署要求進行調整，優化相關的穩定防護策略，以適應泛在電力物聯網業務防護要求。要推動電力專用裝備升級完善，提高設備的性能，加強設備集群化部署應用能力，實現專用裝備資源池化、云化能力，滿足泛在電力物聯網防護需求。
3.2**發展，滿足泛在電力物聯網穩定需求。
從末端加強泛在電力物聯網的網絡穩定，在終端、邊緣計算等領域，加強穩定芯片、穩定 OS 和中間件等技術措施的應用，研究采用可信計算、區塊鏈等技術，實現終端與邊緣設備的數據穩定、本體穩定。加強穩定可控技術應用，在智能終端、感知設備方面，加強穩定可控軟硬件產品應用，在基礎軟件方面采用穩定可靠的操作系統、數據庫系統，在信息基礎資源方面采用北斗授時、定位產品及穩定可控的地理信息系統，同時加強在業務應用方面的自主**，在網絡通信設施方面，為基礎、關鍵性業務構建專用、可控的通信網絡，確保核心業務、關鍵業務的鏈路穩定可靠，采用 IPv6 協議進行終端接入網的組網，加強設備的網絡準入控制。
3.3強基固本，加強基礎支撐性設施建設應用。
認證與授權基礎設施是物聯網防護的基礎，泛在電力物聯網也是物聯網，加強密碼與認證基礎設施的建設，滿足終端、網絡等各層面輕、重量級的認證需求，是保障泛在電力物聯網網絡穩定的關鍵措施。
在此基礎上，加強仿真測試、上線測試、出廠測試、方案審核等“三同步”有關過程管控，對智能終端、軟硬件組件供應鏈加強管理，從全生命周期對泛在電力物聯網網絡穩定提出要求；做好數據穩定的基礎工作，明確數據穩定的責任主體、識別數據穩定等級，對業務數據訪問、后臺數據運維、網絡數據訪問加強穩定管控，打好數據穩定防護的基礎；加快泛在電力物聯網網絡穩定有關規范、標準的制定，為泛在電力物聯網長期的發展建設提供指導。
4安科瑞為國家電網2021泛在電力物聯網建設提供解決方案
安科瑞電氣深耕用戶側能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯網云平臺到終端傳感器的生態體系，在“源（電源）-網（電網）-荷（負荷）-儲（儲能）”各個環節加大研發投入，已經形成“云（云平臺）-管（有線/無線物聯）-邊（邊緣計算）-端（終端設備）”的生態系統，參與泛在電力物聯網建設，為國家電網建設“三型兩網”提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現信息連接和交互，產生共享數據，從而為電網、發電、供應商、用戶服務。
4.1云平臺
安科瑞電氣近年來已經陸續推出變電所運維云平臺、能源管理云平臺、智慧用電云平臺、環保用電監管云平臺、充電樁（電動汽車/自行車）運營管理云平臺、預付費管理云平臺等云平臺解決方案等解決方案，并已經廣泛應用在多地國網公司用戶端業務、環保部門、安監部門、住建部門等。
4.1.1變電所運維云平臺
據統計國內高供高計的工商業用戶數量達到200多萬戶，規模巨大，但是大部分日常的運行維護工作比較傳統，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障搶修時間長、風險預防薄弱等問題。國網公司和眾多電力運維公司正在搶占這塊巨大的市場，這是一個千億級別的市場。
AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力儀表、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺可同時接入數以千計的用戶變電站數據。平臺采集的數據包括變電所電氣參數和環境數據，包括電流電壓功率、開關狀態、變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到指定人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷并做消缺處理。
4.1.2能源管理云平臺
Acrelcloud-5000能耗管理云平臺可適用于各個行業，如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫療建筑、商業綜合體等，可通過局域網、互聯網或者4G網絡采集不同區域多個建筑或單位的用能數據。
平臺采集建筑電、水、氣、冷熱量等能源消耗數據和光伏、風力、儲能等新能源數據，對用能數據進行分析，按照區域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環比分析比較和用能數據追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數據和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。
4.1.3環保用電監管云平臺
近年來我們的環境質量有了很大的改善，這都歸功于國家層面對環保的重視和環保部門的有力監察執法。安科瑞針對環保監察的痛點研發了環保用電監管系統解決方案，助力環保部門堅決打贏藍天碧水保衛戰。
Acrelcloud-3000環保用電監管平臺主要為環保監察部門和產污排污企業服務，為環保部門提供在線監管和執法依據，為生產企業提供設備運行監控和產污排污數據記錄。
平臺采集生產企業總用電量、生產用電和治污設備用電量，進行關聯分析，及時給出環保設備異常運行信號或企業異常生產信號，實現全過程防控。前端設備采用不停電免接線方案采集用電數據，經LORA無線上傳到環保數據網關，再通過4G上傳平臺服務器或縣、市、省級環保平臺。各地環保部門通過污染防治設施用電實時監控，實現對排污企業生產運行無死角、全流程監控，達到變人防為信息化技防，從事后處罰到介入式執法，扭轉傳統依靠人力、經驗進行現場核查的狀態，為環保監管開辟更加切實、有效的監管方式，形成長效機制。
4.1.4智慧用電云平臺
據應急管理部網站數據，2016~2018年期間因為電氣原因導致的火災占總數的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年國內共接報火災23.7萬起，因違反電氣安裝使用規定引發的火災占總數的百分之三十四，較大和重大火災事故中，電氣火災的比例更高。國務院、公安部消防局以及各省市自治區直轄市紛紛出臺文件推廣智慧用電，從源頭上預防電氣火災的發生，現用電管理平臺已在九小場所、三合一場所、養老福利院、醫療場所、學校、金融網點等人員密集場所廣泛開展。
安科瑞Acrelcloud-6000用電管理云平臺對電氣引發火災的主要因素（線纜溫度、漏電電流、負荷電流、電壓）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，通過2G/NB-IOT/4G方式采集現場數據，實時發現電氣線路和用電設備存在的隱患（如：線纜溫度異常、過載、過壓、欠壓及漏電等）并通過短信、APP推送、自動語音呼叫等方式及時預警，有效防止電氣火災的發生。系統可以顯示所有監測點位的漏電電流等電氣參數和線纜溫度，并支持巡檢記錄和派單操作，提供隱患分析報告，實時評估企業用電狀態。
4.1.5電動汽車/電瓶車充電樁運營管理云平臺
電動汽車現已成為廣泛使用的綠色能源交通工具，Acrelcloud-9000充電樁運營管理云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。
電動自行車數量越來越多，解決了老百姓短距離出行問題，但是和電動自行車相關的和火災事故新聞也屢見不鮮，有逐年增長的趨勢，給社會帶來了很大的損失，成為人民生命和財產的一個隱患。基于電動自行車火災的危害和特點，各級政府部門發文對電動自行車火災的整治都放在規范停放和充電行為上。安科瑞Acrelcloud-9500充電樁運營管理云平臺，針對電動自行車火災治理提供充電管理、資產管理和交易管理的一攬子解決方案，解決充電難、管理難和收費難的問題，可應用于商業樓宇、小區、學校、醫院等場所設置的電動自行車充電場所的運營管理。
4.1.6物業小區預付費管理云平臺
安科瑞遠程預付費系統可以針對各商業綜合體、小區、寫字樓、辦公樓、酒店式公寓等物業，學校、工廠宿舍的后勤管理部門以及連鎖超市、大型物業分布式財務操作，在線支付，總部財務扎口等。目前Acrelcloud-3000預付費管理系統已經成功在上述各場景得到廣泛的應用并已經穩定運行多年，適用于物業公司對小區、辦公和商鋪租戶的水電預付費管理，或者學校對學生宿舍的用電預付費和用電管控系統。
4.2有線/無線物聯
安科瑞根據多年來的項目經驗，結合用戶實際需求，開發了各類有線、區域無線、廣域無線通訊產品，包括網關和終端設備。支持RS485、以太網、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多種通訊方式，隨著5G建設步伐的加快，未來將會有越來越多的通訊方式融入產品，服務于泛在電力物聯網建設。
4.3邊緣計算
安科瑞針對物聯網應用開發了多款智能網關，采用嵌入式系統和邊緣計算技術，現場采集和存儲終端設備數據，并根據云平臺的需要，采用不同的協議和云平臺對接。所有數據采集、計算、異常報警觸發邏輯均在網關就地設置，網絡故障時數據存儲在本地，網絡恢復后補傳數據，斷點續傳，提高數據可靠性。
4.4終端設備
針對泛在電力物聯網的建設，安科瑞陸續推出多款物聯網儀表，應用在不同場合以滿足不同需求，2019年全年各類終端儀表出貨量超過185萬臺。
4.5安科瑞產品在泛在電力物聯網的應用
近兩年來，安科瑞已經陸續參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設，提供了包括云平臺、智能網關、終端設備等產品，各類用戶端云平臺在國內各地運行案例700多套，并且根據用戶需求不斷完善產品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯網的一部分。
“能源互聯網的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業態。”盡管針對泛在電力物聯網還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯網已經悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯網基礎建設的方方面面。
5結論
泛在電力物聯網建設正在快速推進，各種**型業務也在不斷迭代發展，全場景網絡穩定防護需要緊跟發展節奏，在技術與管理方面不斷豐富完善、**發展，只有這樣，才能實現對泛在電力物聯網的有效防護。
參考文獻
[1]許勇剛.讓泛在電力物聯網平安落地
[2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介
張娟，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明的研發與應用
