基于電力系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成及其協(xié)議融合

引言

物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT）在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用涉及多個方面,從發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、變電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、調(diào)度環(huán)節(jié)到用電環(huán)節(jié),均有不同形式的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

對于電力系統(tǒng)而言,由于系統(tǒng)規(guī)模龐大,所涉及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備種類與工作模式眾多,所應(yīng)用到的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議也因此而種類繁多,因此應(yīng)用于電力系統(tǒng)管理與監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將會面臨對不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行控制并實現(xiàn)信息傳遞,以及多種不同物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的融合問題。

1電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分析

1.1電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成

物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)可分為三個基本層次,分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。在每一個基本層次中,均有適用于不同設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議,用以提供對相應(yīng)設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)支持。應(yīng)用于電力系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),可以據(jù)圖1所示的基本結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計。

如圖所示,在系統(tǒng)的底層,將應(yīng)用到多種不同的硬件設(shè)備,每個不同的硬件設(shè)備可能涉及不同的空中接口協(xié)議和數(shù)據(jù)采集方法,如UHFRFID所使用的EPCG1oba1GEN2、電表設(shè)備所使用的NB-IoT等。

底層設(shè)備通過種類繁多的數(shù)據(jù)提取方式獲取數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層通過各種不同的接入方式與后臺進行連接,實現(xiàn)對各種應(yīng)用程序的支持。

1.2電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其工作協(xié)議

電力系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)從源頭的生產(chǎn)到終端用戶的收費,所涉及的業(yè)務(wù)流程主要包括發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度、用電等環(huán)節(jié)。

各環(huán)節(jié)所涉及的主要物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如表1所示。

電力系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可根據(jù)其工作模式及功能劃分為以下4個大類:RFID設(shè)備、各類傳感器、監(jiān)控攝像頭和遠程抄表系統(tǒng)。其中RFID設(shè)備以HF頻段和UHF頻段為主,RFID閱讀器與標簽之間使用特定的空中接口協(xié)議,如Iso15693或EPCGEN2,RFID閱讀器完成前端的RFID標簽信息采集之后,可通過有線或無線的方式將相關(guān)信息送至后臺。

典型的有線方式包括UsART串口、Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口,典型的無線方式包括wi-Fi、藍牙、4G等。

物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的特點是數(shù)量眾多、功耗低、分布分散,因此對于物聯(lián)網(wǎng)傳感器而言,多采用BLE或ZigBee的方式實現(xiàn)局部組網(wǎng),然后通過組網(wǎng)中的節(jié)點取回各傳感器的數(shù)據(jù),再集中送回后臺。

監(jiān)控攝像頭的特點是數(shù)據(jù)量大,對數(shù)據(jù)傳輸速率要求高,因此多采用有線或4G等支持大速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒▽崿F(xiàn)數(shù)據(jù)向后臺的傳送。遠程抄表系統(tǒng)是NB-IoT的典型應(yīng)用,業(yè)界已有成功的應(yīng)用案例。

1.3電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層各協(xié)議對比

針對不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場合和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)備狀況,當前廣泛采用的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議主要包括CoAP(ConstrainedApp1icationProtoco1,受限應(yīng)用協(xié)議）、MoTT(MessageoueuingTe1emetryTransport,消息隊列遙測傳輸）、DDs(DataDistributionserviceforRea1-Timesystems,面向?qū)崟r系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分布服務(wù)）、AMoP(AdvancedMessageoueuingProtoco1,先進消息隊列協(xié)議）、XMPP.