物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用

王 治

九江學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江西九江 332005

1 概述

物聯(lián)網(wǎng)意指所有物品依靠射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)的連接，進(jìn)行智能化的識(shí)別或管理等。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是一種思維的革命，打破了傳統(tǒng)思路中物理基礎(chǔ)設(shè)施與IT基礎(chǔ)設(shè)施相互分離的狀況。老式思路中一方面是公路、建筑物、機(jī)場等，另一方面是個(gè)人電腦、寬帶、信息數(shù)據(jù)中心等，兩方面相互分開。

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中，由鋼筋混凝土與電纜打造的建筑或設(shè)施與電子芯片、寬帶網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一的現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施。這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施猶如一座新式平臺(tái)，承載著生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)管理、社會(huì)生活等活動(dòng)。

如今，在電廠、變電站、供電所等區(qū)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電子信息系統(tǒng)的覆蓋，并且已經(jīng)依據(jù)不同需求創(chuàng)建了各種網(wǎng)絡(luò)，例如傳輸型網(wǎng)絡(luò)、綜合數(shù)據(jù)型網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度數(shù)據(jù)型網(wǎng)絡(luò)等，這些網(wǎng)絡(luò)相互之間也實(shí)現(xiàn)了聯(lián)通。未來的目標(biāo)是將這些網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展至生活中的各種物體及其通信之中，實(shí)現(xiàn)全面化的物聯(lián)網(wǎng)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是借助射頻自動(dòng)識(shí)別、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物品與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系以及共享，讓物品脫離人工干預(yù)，自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交流，這是一種現(xiàn)代化物品的透明式管理。

2.1 組成架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)主要由用戶層、應(yīng)用控制層、承載網(wǎng)絡(luò)、接入層、應(yīng)用采集控制層等構(gòu)成，這其中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)一并構(gòu)成了承載網(wǎng)絡(luò)。

用戶層主要是指為用戶所提供的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用界面接口，主要包含計(jì)算機(jī)、客戶端、手機(jī)、傳感器等各類用戶設(shè)備。應(yīng)用控制層是由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器所構(gòu)成，具有搜集數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等一系列作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶層的適配與實(shí)踐等觸發(fā)工作。承載網(wǎng)絡(luò)又為通信網(wǎng)絡(luò)，比如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等等，擔(dān)負(fù)著物聯(lián)網(wǎng)接入層和應(yīng)用控制層的信息通信作用。承載網(wǎng)絡(luò)主要包括端至端網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、交叉式網(wǎng)絡(luò)等，其聯(lián)網(wǎng)形式通常分為無線與有線兩種，無線聯(lián)網(wǎng)主要有集群網(wǎng)、全球微波接入互操作網(wǎng)、多載波無線信息本地環(huán)路網(wǎng)等；有線聯(lián)網(wǎng)主要有互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)線、光纖、語音通信線纜等。接入層和末梢節(jié)點(diǎn)一并組成了物聯(lián)網(wǎng)搜集信息與控制信息的系統(tǒng)，接入層包括基站節(jié)點(diǎn)與接入網(wǎng)關(guān)，而末梢節(jié)點(diǎn)包括控制模塊與多種搜集模塊，接入層擔(dān)負(fù)著借助末梢節(jié)點(diǎn)信息來搜集信息與控制組網(wǎng)的作用，并及時(shí)通過末梢節(jié)點(diǎn)往下傳送或轉(zhuǎn)發(fā)信息。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

國際電聯(lián)報(bào)告中點(diǎn)明了物聯(lián)網(wǎng)的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，即標(biāo)識(shí)事物的RFID射頻識(shí)別技術(shù)、感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、思考事物的智能技術(shù)、微縮事物的納米技術(shù)。

REID借助射頻信號(hào)可以自動(dòng)來識(shí)別并搜集信息，是一種在惡劣環(huán)境下的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其主要有三方面構(gòu)成，即標(biāo)識(shí)，讀寫器、天線。標(biāo)識(shí)是由芯片和耦合元件制成，具有著唯一性電子編碼，附著在物體上來識(shí)別目標(biāo)；讀寫器是一種讀取或?qū)懭氲臉?biāo)識(shí)信息型儀器；天線負(fù)責(zé)傳遞標(biāo)識(shí)與讀寫器之間的射頻信號(hào)。RFID技術(shù)通常涉及RFID反碰撞防沖突、RFID天線、適宜的工作頻率、隱私安全等研究工作。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是包括搜集信息、傳送信息、處理信息的一體化網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，其具有功耗很低、適宜移動(dòng)、便于鋪設(shè)等很多優(yōu)勢。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要研究各類測試技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)，此外，還研究智能化傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、組織結(jié)構(gòu)、底層協(xié)議等。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正不斷改善自我檢測及控制技術(shù)，日益安全可靠。

智能技術(shù)意指在物體中植入智能系統(tǒng)，賦予物體一定的智能性，并借助智能系統(tǒng)來分析物體的各種狀況，及時(shí)進(jìn)行有關(guān)處理工作。智能技術(shù)主要研究計(jì)算機(jī)的智能化理論、人工智能、智能化控制系統(tǒng)與技術(shù)、智能信號(hào)的處理等一系列工作。納米技術(shù)是一種研究0.1nm至100nm材料性質(zhì)與應(yīng)用的新興技術(shù)，具體包括納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米生物學(xué)、納米力學(xué)等眾多科目。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征，同時(shí)結(jié)合電力系統(tǒng)通信的特征，物聯(lián)網(wǎng)主要運(yùn)用在電子系統(tǒng)通信中的應(yīng)急通信、配網(wǎng)自動(dòng)化、智能電網(wǎng)等方面，物聯(lián)網(wǎng)為電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化提供了很好的技術(shù)保障。

3.1 應(yīng)急通信

應(yīng)急通信是隨機(jī)出現(xiàn)的，在地點(diǎn)與時(shí)間方面具有不確定性，因此增大了指揮中心與事故地點(diǎn)聯(lián)系的難度。通常要搶險(xiǎn)人員趕赴現(xiàn)場后，檢查并搜集現(xiàn)場信息，然后要借助視頻或音頻等向指揮中心傳回現(xiàn)場報(bào)告，如此會(huì)增加搶險(xiǎn)的耗時(shí)。

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)與應(yīng)用，為指揮中心或調(diào)度中心開展工作時(shí)提供了很大的便捷度，通過物聯(lián)網(wǎng)可以對電網(wǎng)狀態(tài)信息或各類設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行智能化檢測，一旦發(fā)生緊急狀況時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)可以及時(shí)為指揮中心傳送準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確定位事故現(xiàn)場，同時(shí)查明了現(xiàn)場的事故狀況，有利于應(yīng)急人員提前備好所需設(shè)備到現(xiàn)場即刻展開修理或是更換零件等工作，進(jìn)而提高了處理事故的效率與能力。

3.2 配網(wǎng)通信

配網(wǎng)是相對于高壓輸變電網(wǎng)而言的，尤其是在10kV等級(jí)之下的電壓網(wǎng)絡(luò)具有配電設(shè)備量較多、電壓等級(jí)較多、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、支線較多、分布較廣、變動(dòng)頻繁等特性。按照配網(wǎng)的自動(dòng)化等級(jí)可以分為通信子站、配網(wǎng)主站、區(qū)調(diào)分站共三層。

通信子站層意指配網(wǎng)FTU、TTU、DTU等終端與通信子站層的通信，通信子站一般配置220kV或是110kV的變電站。

配網(wǎng)主站層意指通信子站和配電主站兩者之間的通信層，依據(jù)電力監(jiān)控協(xié)會(huì)第二次關(guān)于安全防護(hù)的有關(guān)規(guī)定，此層數(shù)據(jù)承載著調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)之中。

區(qū)調(diào)分站層意指區(qū)調(diào)分站和配電主站兩者間的通信層面，此層數(shù)據(jù)量比較多，承載著調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)之中。

分析配網(wǎng)通信的特性得知，當(dāng)前配網(wǎng)主要通過載波通信、光纖通信、無線寬帶技術(shù)與租用無線公網(wǎng)等來運(yùn)行的。這其中的載波通信與無線公網(wǎng)的安全性較低，光纖專網(wǎng)主要是覆蓋110kV變電站，因?yàn)榕渚W(wǎng)經(jīng)常變動(dòng)，不適于光纖網(wǎng)絡(luò)。光纖的施工難度較高，難于靈活變動(dòng)，會(huì)增加施工成本。無線寬帶技術(shù)可以能夠配電網(wǎng)的補(bǔ)充成分，然而一些無線網(wǎng)絡(luò)會(huì)受到天氣或是路徑的反射干擾，在使用中也有一定的局限性。

物聯(lián)網(wǎng)可以合理解決配電網(wǎng)中的終端與通信問題，僅需將配電網(wǎng)中的設(shè)備及其附件聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)，便可以完成配網(wǎng)的通信工作，并且可以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的遙信、遙測、遙控等自動(dòng)化技術(shù)。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)可以很好的處理配電終端較多且經(jīng)常變動(dòng)的問題。

3.3 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)作為一種安全度較高、可靠靈活的新型電網(wǎng)，滿足了當(dāng)今社會(huì)的低碳發(fā)展需求。智能電網(wǎng)中的通訊技術(shù)、傳感測量技術(shù)、信息技術(shù)、決策支持技術(shù)、控制技術(shù)等可以與電網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)安全且高效的運(yùn)行。智能電網(wǎng)的應(yīng)用符合當(dāng)今社會(huì)關(guān)于低碳發(fā)展的要求，是值得大力推廣的新型技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于智能電網(wǎng)中，可以補(bǔ)充或增強(qiáng)其測量技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、節(jié)能控制、遠(yuǎn)程抄表技術(shù)、監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)能控制技術(shù)、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)、相關(guān)事故精確定位跟蹤、溫度監(jiān)測技術(shù)、覆冰監(jiān)測技術(shù)、輸電線路桿塔等一系列技術(shù)手段。比如，電網(wǎng)底層的數(shù)據(jù)含有電纜溝信息、配電房開關(guān)等，這些數(shù)據(jù)難于通過通信方式被有效搜集，然而，借助物聯(lián)網(wǎng)可以將各類底層信息實(shí)時(shí)搜集并整合，提高了管理效率與應(yīng)急的靈敏度，實(shí)現(xiàn)了電力事故的有效事后處理或是事前預(yù)防。

3.4 社會(huì)服務(wù)與社會(huì)管理

除了上述幾方面之外，物聯(lián)網(wǎng)還可以被運(yùn)用于工業(yè)監(jiān)管、市政設(shè)施管理、智能化交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理、環(huán)境保護(hù)治理、數(shù)字化家庭等眾多有關(guān)社會(huì)服務(wù)與社會(huì)管理的領(lǐng)域，全面的豐富了我們的生活。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)的不足

物聯(lián)網(wǎng)還處于發(fā)展完善階段，因此還需要一段長期的研發(fā)與改善，尤其是要做好上述的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，除此之外，還要以全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、微型行為系統(tǒng)等作為補(bǔ)充。物聯(lián)網(wǎng)需要有合理的規(guī)范來指導(dǎo)，標(biāo)準(zhǔn)的流程來運(yùn)作，所以統(tǒng)一物品編碼與提高信息安全也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要解決的兩大難題。

4 應(yīng)用展望

物聯(lián)網(wǎng)被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，不僅能夠改善輸電通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，提高其輸電通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可靠度，而且其作為配電網(wǎng)絡(luò)的重要通信途徑，能夠補(bǔ)充當(dāng)今公網(wǎng)與無線網(wǎng)絡(luò)一些難以實(shí)現(xiàn)的功能，與此同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)能夠抵御惡劣氣候時(shí)電力應(yīng)急狀況，增強(qiáng)抗災(zāi)抗險(xiǎn)的通信體系，物聯(lián)網(wǎng)可以說是未來信息技術(shù)發(fā)展的重要手段。

目前，物聯(lián)網(wǎng)正處于起步階段，技術(shù)當(dāng)中還有很多不完備的地方，比如開發(fā)與運(yùn)行成本較高、管理與規(guī)劃工作不夠完善、相關(guān)資源安排欠缺合理性等，這些都是制約物聯(lián)網(wǎng)普及與進(jìn)步的阻礙，因此需要多方面的協(xié)同努力，一并做好物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)與推廣工作，相信未來的物聯(lián)網(wǎng)會(huì)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。

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