信IB 与电IE
China Computer & Communication
後件卄发与龛用
2021年第3期
基于边缘计算的电力智慧物联系统设计分析
李伟铭1林枫2王瑜彳斯捷2耿小伟2
(1.温州墨爛微电子有限公司，浙江温州325000; 2.浙江图盛输变电工程有限公司，浙江温
州325000; 3.国网浙江省电力有限公司(温州供电公司)，浙江温州325000 )
摘 要：随着电力物联网的逐步推进，适应电网特征的边缘计算框架逐渐成为其中的关键技术.目前，国家电网有 限公司各专业信息系统存在感知信息无法实现共享、未实现一次采集、智能管控难等问题，迫切需要应用互联网思维和 高效能边缘计算等技术手段建设智慧物联体系.本文结合智慧能源网关联动控制、策略控制、数据预处理等需求，设计 一个基于边缘计算的电力智慧物联系统，能够减少网络上传带宽与流量成本，实现设备运行维护成本的进一步优化.
关键词：边缘计算；边缘网关；智慧能源网关
中图分类号：TP391.44； TN929.5； TM73 文献标识码：A 文章编号：1003-9767 (2021) 03-118-03
Design and Analysis of Power Intelligent IoT System Based on Edge Computing
LI Weiming 1, LIN Feng 2, WANG Yu 3, SI Jie 2, GENG Xiaowei 2
(1. Wenzhou Mo Shang Microelectronics Co., Ltd., Wenzhou Zhejiang 325000, China; 2. Zhejiang Tusheng Power Transmission Co., Ltd., Wenzhou Zhejiang 325000, China;
3. Zhejiang Electric Power Corporation(Wenzhou Power Supply Company), Wenzhou Zhejiang 325000, China)
Abstract ： With the gradual advancement of the power Internet of Things, an edge computing framework adapted to the characteristics of the power grid has gradually become a key technology. At present, various professional information systems of the State Grid Corporation of China have problems such as the inability to share perception information, the failure to achieve one-time
collection, and the difficulty of intelligent management and control. There is an urgent need to apply Internet thinking and high-
performance edge computing to build a smart IoT system. This article combines the requirements of smart energy network related dynamic control, policy control, data preprocessing, etc., to design a power smart IoT system based on edge computing, which can
reduce network upload bandwidth and traffic costs, and achieve further optimization of equipment operation and maintenance costs.
Keywords ： edge calculation; edge gateway; smart energy gateway
0引言
本文针对现阶段智慧能源网关相关文献中强调控制而在
边缘计算能力上存在明显欠缺的问题，着眼于信息流这一独
特视角，以某商业楼宇为对象，围绕智慧能源网关的信息通
微服务网关作用
信技术展开探讨，以促进感知设备计算水平与标准化水平的 有效提升，实现设备运行维护成本的进一步优化，并依靠实
地监测验证所采取策略的有效性与正确性。
1边缘计算和智慧网关
1.1边缘计算
边缘计算多聚焦于实时、短周期的大数据分析，能更好 地支撑本地业务实现智能化处理，多适用于专用系统和设备。
目前，关于边缘计算关键技术的探讨主要集中在以下几个方
面。第一，性能提升。面对不同的负载情况，需要将分配优
先级与权重放在首要位置，以支持系统在分配策略方面做出 最优选择IT 。第二，安全性。面对资源有限的边缘设备，需
要以数据安全的现有保护方法为依据，并结合实际情况进行 完善，且需要加以强调的是，应充分重视网格边缘环境。第
三，互操作性。设备商通过制定相应的协作协议和标准规范,
使系统和异构边缘设备间的互操作性得以实现。
1.2智慧能源网关
从功能层面对智慧能源网关进行分析，主要包括以下几 个方面：第一，在采集电能参数时可以对时间间隔进行预设；
第二，在传输能源的过程中，不仅可以变换电压、隔离电气,
作者简介：李伟铭(1983-)，男，福建泉州人，本科，工程师。研究方向：电力网系统。
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且实现了可控的能量流向；第三，借助边缘网关处理数据有 利于进一步提升电能质量，使电网获得更强的自愈能力；第 四，信息流对能量流发挥控制效用，能量流对信息流发挥制
约作用。
2基于边缘计算的智慧能源网关架构
为了充分发挥智慧能源网关的作用，本文以边缘计算的
概念为基础，与智慧能源网关的特点相结合提出相应的架构
模型。与感知层相对应的是传感器、智能终端、控制设备和 监测设备等，该层的所有设备均依靠一定的通信方式，如无
线局域网、电力光纤等来连接边缘计算层或与计算层中的服
务器"I 。硬件层主要由主控芯片、储存单元、安全芯片、通 信模块等组成，且通信模块又有本地通信与远程通信之分。 软件层主要由系统内核、驱动程序组成。软件是边缘计算框
架的核心，支持边缘节点管理，而边缘节点又赋予边缘计算 一系列功能，包括可感知、可交互、可计算、可延展等。边 缘计算核心板如图1所示。
图1边缘计算核心板
►
Mqtt Broker
华为网络
OS
User Appl User App2
A Y
i Linux
| DIO
RS-485
共享内存作为软件系统的核心，依靠内容交互对一系列
的信息进行储存，包括实时数据、极值、操作命令等。相关
研究涉及的重要问题如下。第一，面向边缘节点的数据分配 包括数据属性与数据类型两个方面，且利用边缘节点和数据
可以建立相应的信息模型。第二，在利用可再生资源方面， 依靠多能源的互补优化来提升效率，在智慧能源网关中对边
缘计算进行部署。第三，在电力信息数据规模较大的情况下, 应借助边缘终端清理数据。第四，对用户侧的一系列信息进 行检测。
3基于边缘计算的边缘网关的应用
3.1边缘网关实际应用构建
有研究指出在通信网络与电力系统的联合仿真中，因信 息流分析方法在能量留模型上的欠缺和能量流分析方法在信
息流模型上的欠缺，导致无法反映其中的耦合作用及机理，
故需要结合现场实际情况进行验证。
本文在现场布置上采用的是“云” “管” “边” “端”
的架构，所构建的综合数字化平台囊括了边缘计算、数据感 知等方面。①设备感知层。依靠“网随电通”赋予采集终端 较高水平的可靠性、经济性和高效性，借助一系列的通信方
式采集客户侧能源设备的基础信息。②边缘计算层。借助人
工智能、边缘计算等技术使智能网关设备在分析与处理上体 现智能化特征，且以边缘计算框架为基础，依照要求对不同
的APP 应用进行加载，以获得标准化功能。③通信网络层。 借助远程通信技术，物联管理平台能够与边缘计算网关之间 形成交互，而后者则借助本地通信技术建立与采集终端之间
的通信。④平台应用层。就云管理框架而言，其通过应用相 关技术，如大数据、云计算、人工智能等来支持实现一系列
效果，包括主站的微服务化与全面云化。
3.2智慧能源控制应用工程示范
本文面向某楼宇能源控制系统进行了针对智慧能源网关
的实地测试，测试参数如表1所示。
表1测试参数
参数数据
额定电压AC220V/DC12V
频率
50 Hz 启动电流1级
功耗
< 20 W
接口RS-485
协议
DL/T645-07, DL/T645-97, ModBus-RTU
测试过程包括通信、数据采集与处理、遥控触发等环节。 在检查相关功能未发现问题的情况下，对客户端ID 与网关
连接地址进行配置。现场测试流程如图2所示。能源监测设
备的统计结果如图3所示。
1100
图3能源监测设备的统计结果
边缘计算测试如图4所示，其中，“U ”对应的是测试电压,
“F'对应的是测试频率，“td ”对应的是信号上升沿时间,
“tr ”对应的是信号输入与输出的延迟时间，“T ”对应的是
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测试时间。基于此能够得出结论：与之前相比，在引入边缘 计算后消耗的能源明显减少，并在一定程度上缩短了整合与
迁移数据的时间。
图4边缴计算測试
4结语
本文以边缘计算为基础，针对智慧能源网关提出了相应 的架构模型，并结合应用实践针对“边缘网关”建立了相应 的物理结构模型，实现了应用场景下智慧能源网关的运行优
化与实时联动。实践表明，以边缘计算为基础的智慧能源网 关能够有效提升数据计算能力O
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