物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能化

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜述

2005年，由國際電信聯(lián)盟(ITU)正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。其定義被描述為：是物與物之間連接而形成的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是利用 RFID(Radio Frequency Identification，射頻自動識別)、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，通過計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。物品能夠在無需人工干預(yù)的條件下，在網(wǎng)絡(luò)里彼此進(jìn)行“交流”，通過開放性的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換和共享，實現(xiàn)對物品的“透明”管理。

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)被公認(rèn)為有3個層次，從下到上依次是感知層、傳送層和應(yīng)用層，如圖 1 所示。其中射頻識別技術(shù)、傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于感知層，主要解決信息的感知和采集，是物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)為平臺，將射頻標(biāo)簽、傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)等具有感知功能的的信息網(wǎng)絡(luò)整合起來，實現(xiàn)信息溝通。移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及其它專網(wǎng)屬于傳輸層，主要將信息進(jìn)行可靠傳輸。應(yīng)用支撐平臺和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)屬于應(yīng)用層，主要支持信息協(xié)同、共享和互通。

物聯(lián)網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)非常多，從傳感器技術(shù)到通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從嵌入式微處理節(jié)點(diǎn)到計算機(jī)軟件系統(tǒng)，包含了自動控制、通信、計算機(jī)等不同領(lǐng)域，是跨學(xué)科的綜合應(yīng)用。

(1)感知層

物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要完成信息的采集、轉(zhuǎn)換和收集。感知層包含兩個部分：傳感器(或控制器)、短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)。

傳感器(或控制器)用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及實現(xiàn)控制，短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)將傳感器收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)或?qū)?yīng)用平臺控制指令發(fā)送到控制器。

感知層的關(guān)鍵技術(shù)主要為傳感器技術(shù)和短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如射頻標(biāo)識 (RFID) 標(biāo) 簽 與 用 來 識 別RFID 信息的掃描儀、視頻采集的攝像頭和各種傳感器中的傳感與控制技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)(包括由短距離傳輸技術(shù)組成的無線傳感網(wǎng)技術(shù))。

(2)傳送層

物聯(lián)網(wǎng)的傳送層主要完成信息傳遞和處理，傳送層包括兩個部分：接入單元、接入網(wǎng)絡(luò)。

接入單元是連接感知層的網(wǎng)橋，它匯聚從感知層獲得的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到接入網(wǎng)絡(luò)。接入網(wǎng)絡(luò)即現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，包括移動通信網(wǎng)、有線電話網(wǎng)、有線寬帶網(wǎng)等。通過接入網(wǎng)絡(luò)，人們將數(shù)據(jù)最終傳入互聯(lián)網(wǎng)。

傳送層是基于現(xiàn)有通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)建立起來的層。傳送層的關(guān)鍵技術(shù)既包含了現(xiàn)有的通信技術(shù)，如移動通信技術(shù)、有線寬帶技術(shù)、公共交換電話網(wǎng)(PSTN)技術(shù)、Wi-Fi 通信技術(shù)等，也包含了終端技術(shù)，如實現(xiàn)傳感網(wǎng)與通信網(wǎng)結(jié)合的網(wǎng)橋設(shè)備、為各種行業(yè)終端提供通信能力的通信模塊等。

(3)應(yīng)用層

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層主要完成數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)的處理，并將這些數(shù)據(jù)與各行業(yè)應(yīng)用的結(jié)合。應(yīng)用層包括兩部分：物聯(lián)網(wǎng)中間件、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序。中間件將許多可以公用的能力進(jìn)行統(tǒng)一封裝，提供給豐富多樣的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。統(tǒng)一封裝的能力包括通信的管理能力、設(shè)備的控制能力、定位能力等。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是用戶直接使用的各種應(yīng)用，種類非常多。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包括家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如家電智能控制、家庭安防等，也包括很多企業(yè)和行業(yè)應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)在配電自動化中的應(yīng)用描述：

電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)的智能化，重點(diǎn)在于提高電網(wǎng)的可觀測性和可制性，更迅速的反映故障，更可靠的電力供應(yīng)。實現(xiàn)可視化的現(xiàn)場作業(yè)管理、智能的設(shè)備管理、電力設(shè)施防護(hù)防盜預(yù)警和智能化的線路及設(shè)備巡視，傳感與量測是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。

配電自動化所覆蓋的站點(diǎn)，在市區(qū)范圍內(nèi)往往集中在人口、街道等密集區(qū)，管線情況復(fù)雜，同時配電自動化作為后續(xù)建設(shè)內(nèi)容，在一些投運(yùn)年份較長的配電終端站，存在電力管道堵塞、光纜敷設(shè)困難等情況;同時，對于一些重要區(qū)域的配電自動化端站，不便于進(jìn)行大規(guī)模的光纜敷設(shè)等施工。在這種情況下，將主要采用中壓載波和無線通信技術(shù)實現(xiàn)信息的傳輸。

中壓載波通信、租用無線公眾網(wǎng)通信及無線寬帶等技術(shù)在安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面存在著缺陷。而物聯(lián)網(wǎng)能較好地解決配電終端、配電主站之間的通信，可以通過把配電網(wǎng)的所有設(shè)備及部件連上物聯(lián)網(wǎng)，輕松地完成配網(wǎng)通信任務(wù)，同時能實現(xiàn)配網(wǎng)自動化“三遙”(遙信、遙測、遙控)信息，目前采用的GPRS、載波等通信技術(shù)由于帶寬不足僅能實現(xiàn)“兩遙”(遙信、遙測)信息。而且物聯(lián)網(wǎng)能較好地解決配電終端數(shù)量多、變動頻繁等問題。

ZigBee技術(shù)作為一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種很好的短距離通信方式。它有很多優(yōu)點(diǎn)，譬如低功耗、高可靠性，以及自組網(wǎng)功能等等，使它能在短距離通信方面有著很大的發(fā)展空間。

圖2：基于ZigBee配電管理系統(tǒng)系統(tǒng)框圖

圖2為基于ZigBee配電管理系統(tǒng)系統(tǒng)框圖，整個系統(tǒng)由一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端和若干個ZigBee采集器組成。ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者(ZigBee中心節(jié)點(diǎn))，它是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起者，它還負(fù)責(zé)與配

電管理中心的數(shù)據(jù)交互，主要采用以太網(wǎng)、GPRS或CDMA等遠(yuǎn)距離通信方式。ZigBee采集器在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中起到采集數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)路由的作用。

1.在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用。

隨著電網(wǎng)運(yùn)行智能化水平的提升，及電網(wǎng)設(shè)備及線路檢修開始從停電檢修提升到狀態(tài)檢修的需要，電力系統(tǒng)廣泛開展了在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，而提高電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，實時監(jiān)測電力系統(tǒng)中每個設(shè)備的狀態(tài)，將為查找故障點(diǎn)、維護(hù)更換即將損壞的設(shè)備提供極大的便捷，為實現(xiàn)真正的設(shè)備狀態(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù)，為提高供電可靠率提供堅強(qiáng)的基礎(chǔ)。

在配電中電力一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面，單獨(dú)使用的監(jiān)測儀器、儀表或裝置已經(jīng)有很多。如: 氧化鋅避雷器泄漏電流監(jiān)測裝置、GIS氣體泄漏報警裝置、局部放電檢測儀、聲電波局部放電檢測儀、超聲波局部放電檢測儀等都已經(jīng)開發(fā)成功并投入使用。這些儀器裝置，可以有效檢測開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分接箱中的母排、斷路器、電流互感器、套管、電纜頭等局部放電情況。這些儀器裝置若能結(jié)合無線傳感網(wǎng)技術(shù)，可以很容易實現(xiàn)與其它設(shè)備或監(jiān)控中心的聯(lián)系，從而實現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，還可以避免大量電纜的鋪設(shè)。

2、在電力生產(chǎn)管理中的應(yīng)用。

因電力生產(chǎn)的管理較為復(fù)雜，電力現(xiàn)場作業(yè)管理難度相當(dāng)大，目前可以采用遠(yuǎn)程安全視頻監(jiān)測的方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程安全稽查，但依然有時不可避免存在安全防護(hù)及監(jiān)視漏洞和盲區(qū)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行身份識別、電子工作票管理、環(huán)境信息監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控等，方便地實現(xiàn)了調(diào)度指揮中心與現(xiàn)場作業(yè)人員的實時互動。

在電力巡檢管理上，利用射頻識別(RFID)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)以及無線通信網(wǎng)，對設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)識別標(biāo)簽輔助設(shè)備定位，實現(xiàn)了人員的到崗監(jiān)督，從而監(jiān)督工作人員參照標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的工作流程，進(jìn)行輔助狀態(tài)檢修和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

在電力設(shè)施保護(hù)上，隨著道路建設(shè)中的野蠻施工及偷盜等違法行為的發(fā)生，電力設(shè)施遭受破壞的事件也越來越多，尤其是配網(wǎng)設(shè)施，市區(qū)范圍一般均為地下管線，受破環(huán)的可能性越高。可以充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在主要運(yùn)行區(qū)域的管道內(nèi)地埋振動傳感器、壁掛振動傳感器、傾斜傳感器、距離傳感器、防拆螺栓等設(shè)備，并結(jié)合GPRS和3G公網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對重要運(yùn)行區(qū)域和桿塔等較好的實時監(jiān)測和防護(hù)。

結(jié)束語：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能配電網(wǎng)絡(luò)中的推廣和應(yīng)用，為配電網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸、電力設(shè)施防護(hù)提供了一種新的傳輸和實現(xiàn)模式，有利于配電網(wǎng)的智能化管理。

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