物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能變電站的應(yīng)用

許強(qiáng)

摘要：物聯(lián)網(wǎng)作為信息產(chǎn)業(yè)的一股新浪潮，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)。隨著安全髙效的電力供應(yīng)、清潔能源需求的增長，能源短缺和可持續(xù)發(fā)展問題的凸顯，智能電網(wǎng)已成為全球電力行業(yè)發(fā)展的核心動力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能變電站 傳感器 智能監(jiān)測 輔助控制

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）02-0050-02

智能變電站輔助監(jiān)測系統(tǒng)是變電站智能輔助控制系統(tǒng)的重要組成部分，本文基于變電站智能輔助控制系統(tǒng)的實(shí)際需求，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站輔助監(jiān)測系統(tǒng)。在智能變電站輔助監(jiān)測系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依靠物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的數(shù)量龐大的感知終端設(shè)備釆集各類數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給上層應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化分析和管理，提升變電站智能化水平。

1 變電站智能輔助控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

自2009年8月，國家電網(wǎng)公司確定了第一批智能變電站建設(shè)試點(diǎn)工程以來，我國已完成了多個智能變電站的新建及改造工程，并計(jì)劃在“十二五”期間新建5100座智能變電站。2011年，國家電網(wǎng)公司印發(fā)的文件指出智能變電站中宜配置一套智能輔助控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、消防、照明、采暖通風(fēng)、環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)的智能聯(lián)動控制，簡化系統(tǒng)配置。因此，目前針對智能變電站建設(shè)及改造工程中，將開發(fā)變電站智能輔助控制系統(tǒng)作為一個必不可少的組成部分。目前，已建的傳統(tǒng)變電站及部分智能變電站配置的圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報(bào)警、消防、排水、釆暖通風(fēng)等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)都是獨(dú)立設(shè)置的，距離智能變電站的智能化要求還有較大差距。在設(shè)備巡視方面，電力設(shè)備的巡視仍以人工巡視為主，巡視的質(zhì)量人為因素較大，由于人員的素質(zhì)不同造成巡視質(zhì)量參差不齊。人員需對巡視的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能確定處理辦法，而現(xiàn)場運(yùn)行人員通常又不具備這樣的能力。在現(xiàn)場檢修方面，維護(hù)工作中的停電、供電等操作依然由人來判斷所要操作的間隔是否正確，由于設(shè)備都是基本相同，容易造成誤操作現(xiàn)象的發(fā)生，沒有好的手段進(jìn)行可靠的防范。

當(dāng)前，部分新建的智能變電站則根據(jù)國家電網(wǎng)印發(fā)的文件，配置了相應(yīng)的變電站智能輔助控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站的智能監(jiān)測、輔助控制等功能，提高變電站的智能化水平，減少人力的需求。由于變電站智能輔助控制系統(tǒng)的建設(shè)還處于試點(diǎn)階段，國家電網(wǎng)出臺的相關(guān)指導(dǎo)文件很大程度上還比較宏觀，對于一些具體的細(xì)節(jié)通常會缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要經(jīng)過不斷總結(jié)分析才能從中獲取有用的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提升系統(tǒng)的水平。

2 變電站智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)組成及功能

江蘇目前正在建設(shè)的某220kV智能變電站，其智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)方集控站管理主機(jī)、站內(nèi)控制主機(jī)及智能傳感器網(wǎng)組成的變電站各輔助生產(chǎn)子系統(tǒng)3部分組成，輔助生產(chǎn)子系統(tǒng)集成了目前變電站應(yīng)用的各類輔助系統(tǒng)，包括視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、防入侵子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及消防子系統(tǒng)、采暖通風(fēng)子系統(tǒng)、給排水子系統(tǒng)、GIS室SF6泄漏在線監(jiān)測子系統(tǒng)、智能巡視維護(hù)認(rèn)證子系統(tǒng)、高壓設(shè)備運(yùn)行溫度在線監(jiān)測子系統(tǒng)及主變紅外熱成像診斷子系統(tǒng)。變電站智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)主要完成以下功能：

（1）站內(nèi)輔助生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行環(huán)境全景信息收集與建模。通過對不同數(shù)據(jù)類型和來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一建模、標(biāo)準(zhǔn)訪問和數(shù)據(jù)服務(wù)，為輔助生產(chǎn)設(shè)備及運(yùn)行環(huán)境提供完備的全景信息庫。

（2）智能化協(xié)調(diào)感知。對影響變電站運(yùn)行的因素進(jìn)行全方位、多手段的實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，自動評估變電站運(yùn)行狀態(tài)。

（3）智能信息處理。根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，自動評估變電站的運(yùn)行狀態(tài)，自動判出各類異常情況，生成處理方案，形成判斷結(jié)果。

（4）執(zhí)行判斷結(jié)果，實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)聯(lián)動，消除異常情況造成的影響。形成異常情況處理過程報(bào)告，及時(shí)將結(jié)果上報(bào)遠(yuǎn)方集控中心，執(zhí)行遠(yuǎn)方集控站的各項(xiàng)命令。

（5）智能驗(yàn)證站內(nèi)人員的操作運(yùn)行維護(hù)、檢修等的物理操作位置與工作票要求的邏輯位置的符合正確性，與站內(nèi)人員行為實(shí)現(xiàn)互動，保證操作人員的安全，避免事故發(fā)生。

（6）進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)評價(jià)，為智能調(diào)度功能擴(kuò)展提供設(shè)備狀態(tài)參考依據(jù)。

3 智能輔助監(jiān)測系統(tǒng)的WSN技術(shù)選型

變電站智能輔助監(jiān)測系統(tǒng)的感知層有種類和數(shù)量眾多的感知終端，需要通過一定的組網(wǎng)和通信方式將其匯聚起來并向上傳輸數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正是解決該問題的有效方法。目前，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，使用較為廣泛的近距離無線通信技術(shù)主要有Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)和物理層無線射頻技術(shù)等。

3.1 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi技術(shù)是一種無線局域網(wǎng)技術(shù)，主要用于短程的無線通信，能夠接受數(shù)百英尺內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。Wi-Fi設(shè)備工作于全球通用2.4GHz頻段。其主要特點(diǎn)有：無線電波覆蓋范圍廣，Wi-Fi技術(shù)的無線電波覆蓋范圍大，穿透力強(qiáng)，能夠在較大范圍內(nèi)接受到該信號；傳輸速率快，相比于其它無線通信技術(shù)，Wi-Fi的速率高達(dá)300Mbps，是其它技術(shù)無法達(dá)到的。

3.2 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備間短距離通信的無線電技術(shù)，是無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的短距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定的或移動的終端設(shè)備提供接入服務(wù)。藍(lán)牙設(shè)備工作在全球通用的2.4GHz頻段，設(shè)備間以跳頻技術(shù)進(jìn)行通信。藍(lán)牙技術(shù)的主要特點(diǎn)有：安全性高，由于藍(lán)牙設(shè)備間通信采用高速跳頻技術(shù)（Frequency Hopping），其工作的頻率是不斷變化的，設(shè)備間的通信數(shù)據(jù)很難被捕獲到；傳輸速率較高，藍(lán)牙的傳輸速率達(dá)1Mbps，通過時(shí)分多址（TDMA）的方式實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸；使用方便。藍(lán)牙技術(shù)是一項(xiàng)即時(shí)技術(shù)，不僅能用于固定設(shè)備，也可用于移動的設(shè)備，且其已于安裝和設(shè)置；傳輸距離非常短。通常的傳輸距離不超過10m，僅能用于近距離的通信中。

3.3 ZigBee技術(shù)

ZigBee是基于IEEE 802.15.4的短距離數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，它使用2.4GHz波段，采用調(diào)頻技術(shù)。其主要特點(diǎn)為：模塊功耗低，通信速率低。模塊具有較小的發(fā)送接收電流，支持多種睡眠模式，因而其使用壽命較長。ZigBee通訊速度最高可達(dá)250Kbps，適合用于設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊，不太適合用于聲音、圖像的傳送；自動組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)容量大。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可容納65000個節(jié)點(diǎn)，即每個ZigBee設(shè)備都可以與另外254個設(shè)備相連。網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)之間都可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，且網(wǎng)絡(luò)具有自動修復(fù)能力；可靠性好，安全性高。ZigBee具有發(fā)送接收握羊機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。且Zigbee采用AES128位密銀，能夠保證數(shù)據(jù)發(fā)送的安全性；成本低廉。ZigBee協(xié)議簡單，且采用全球免費(fèi)波段2.4GHz。

3.4 物理層無線射頻技術(shù)

針對物理層的無線射頻技術(shù)采用單芯片技術(shù)，在一塊芯片上集成了信號調(diào)制解調(diào)、射頻發(fā)射、信號接收和電平轉(zhuǎn)換等功能。其主要特點(diǎn)如下：功耗低、體積小，無線射頻芯片通常與單片機(jī)或DSP芯片結(jié)合使用，或者用于嵌入式系統(tǒng)，因此，對體積和能耗的要求較高；自主開發(fā)靈活。無線射頻芯片可根據(jù)實(shí)際需求，任意制定或修改硬件及通訊協(xié)議，且開發(fā)簡單；抗干擾能力強(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)這一重大舉措是信息通信技術(shù)（ICT）發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，將能有效整合通信基礎(chǔ)設(shè)施資源和電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源，使信息通.信基礎(chǔ)設(shè)施資源服務(wù)于電力系統(tǒng)運(yùn)行，從而提高電力系統(tǒng)的信息化水平，改善現(xiàn)有電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率，實(shí)現(xiàn)智能化分析和管理，提升變電站智能化水平。

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