基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王學(xué)良

（廣州供電局有限公司輸電管理一所，廣東廣州，510000）

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 概念

“物聯(lián)網(wǎng)”這一詞最先是出自麻省理工學(xué)院，該詞是指使用射頻識(shí)別等設(shè)備、傳感系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所包含的物品的識(shí)別和管理技術(shù)。

在麻省理工提出物聯(lián)網(wǎng)這一解釋之前，我們同通常理解為：通過(guò)使用各項(xiàng)物體身上的標(biāo)簽、傳感設(shè)備、二維碼等將接口與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)而使該物體只能化，通過(guò)此方法可以完成人與物體的交流，也可以完成物體與物體之間的交互，我們把這樣的一個(gè)過(guò)程理解為“物聯(lián)網(wǎng)”。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的特征

1.2.1 可感知性

可感知性指的是物聯(lián)網(wǎng)能夠搜集物體上的信息，也就是通過(guò)射頻識(shí)別等方式進(jìn)而感知物體，采集信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的認(rèn)識(shí)。物聯(lián)網(wǎng)的引進(jìn)和使用很好的體現(xiàn)了可知性的特征，能夠更好的采集信息和感知物體。

1.2.2 可互通性

可互通性是指在特定的情境下，只要把物體接入到信息網(wǎng)絡(luò)中，就能實(shí)現(xiàn)信息的交互、信息的識(shí)別和互通。

1.2.3 智能化

智能化是物聯(lián)網(wǎng)所具有的較為高端獨(dú)特的特點(diǎn)，通過(guò)使用各類(lèi)先進(jìn)智能設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)就能解析出很多相關(guān)信息，這在一定程度上減少了信息處理的時(shí)間，進(jìn)而提高了設(shè)備的智能化水平。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電線路中應(yīng)用的必要性

在過(guò)去的十年內(nèi)，我國(guó)各地區(qū)發(fā)生過(guò)多起電網(wǎng)大面積斷電事件，比如，2008年、2011年、2012年南方地區(qū)電網(wǎng)的主要干線發(fā)生的嚴(yán)重的大面積冰雪覆蓋事件，這使得電網(wǎng)大面積坍塌，這一事件給當(dāng)時(shí)的人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的困擾和危害。

為保障輸電線路的正常使用運(yùn)行，這就需要人們充分掌握電路在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障并且及時(shí)掌握線路的實(shí)時(shí)狀況，因此建立起一套完善的電路監(jiān)控系統(tǒng)是十分重要的，至今為止，我國(guó)已經(jīng)深入探究的在線監(jiān)測(cè)電路系統(tǒng)有：覆蓋冰雪實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、防盜實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)等。

所以，為了極大的減少電網(wǎng)事故的出現(xiàn)，解決由于惡劣環(huán)境導(dǎo)致的大面積電網(wǎng)停電問(wèn)題，技術(shù)是其最重要的支撐，在輸電過(guò)程中，輸電線路的運(yùn)行質(zhì)量是最重要的一項(xiàng)，實(shí)時(shí)的監(jiān)控輸電線路的情況更是其重中之重。在現(xiàn)階段科技發(fā)達(dá)的時(shí)代下，電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)是主導(dǎo)電網(wǎng)系統(tǒng)走向自動(dòng)化的關(guān)鍵，也是提升電網(wǎng)安全的一項(xiàng)重要舉措和關(guān)鍵技術(shù)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 感知層

感知層是指在實(shí)際搜集電網(wǎng)信息過(guò)程中用以感知搜集實(shí)時(shí)信息的一個(gè)重要部分，通過(guò)特定的信息模塊把所采集到的信息傳輸?shù)絽R聚控制器、采集地線等設(shè)備上，同時(shí)再把監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚控制器中。感知層包含眾多傳感設(shè)備，其中包含安裝控制地線、過(guò)程導(dǎo)線、絕緣子和電線桿和設(shè)備塔上的實(shí)施監(jiān)測(cè)傳感器，通過(guò)使用無(wú)線通信接口和匯聚控制設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)互通、智能傳感器部件通過(guò)使用一致的信息實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)測(cè)、信息采集，把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚控制器中，通過(guò)GPRS/GSM/CDMA等信息處理系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳至電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是把傳感器所感知到的數(shù)據(jù)傳遞到電力系統(tǒng)中，使用一定的通信設(shè)備把所搜集到的實(shí)時(shí)信息準(zhǔn)確無(wú)誤的傳輸?shù)诫娏?nèi)網(wǎng)中，以提供給各項(xiàng)設(shè)備調(diào)度使用，網(wǎng)絡(luò)層則是通過(guò)各種不同的信息傳遞方式但是使用統(tǒng)一的信息傳遞規(guī)約把感知到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸送至電路系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理，將所有的有效信息集中到匯聚控制器中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行集中處理，實(shí)現(xiàn)個(gè)電網(wǎng)中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)傳遞集中。在這一過(guò)程中控制器是能夠統(tǒng)一處理各智能傳感器數(shù)據(jù)的設(shè)備，集成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及GPRS/GSM/CDMA等無(wú)線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)把所搜集的信息傳遞到電網(wǎng)內(nèi)部，同時(shí)匯聚控制器可以對(duì)現(xiàn)階段的信息進(jìn)行下一步的加工再處理，通過(guò)初步處理，最后將信息傳遞至應(yīng)用層內(nèi)。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層的最重要的功能是把來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的信息進(jìn)行預(yù)加工，統(tǒng)一編碼存儲(chǔ)，最后針對(duì)這些信息判斷線路中是否存在故障。應(yīng)用層是對(duì)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的信息進(jìn)行加工處理，其處理方式主要通過(guò)對(duì)大量的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，把得到的數(shù)據(jù)應(yīng)用至正常運(yùn)行的線路中，通過(guò)對(duì)所存在變量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對(duì)比正常運(yùn)行時(shí)的變量數(shù)值，通過(guò)對(duì)比推測(cè)實(shí)際運(yùn)行的線路是否存在問(wèn)題，保證在第一時(shí)間監(jiān)測(cè)到線路存在的問(wèn)題，為之后的故障維修提供重要信息。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)證分析

4.1 系統(tǒng)任務(wù)

4.1.1 感知層的任務(wù)

在實(shí)際搜集電網(wǎng)信息時(shí)，該數(shù)據(jù)均按照統(tǒng)一的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)傳遞至匯聚控制器中，這是感知層的主要任務(wù)，感知層在搜集信息時(shí)通過(guò)對(duì)地線、導(dǎo)線、絕緣子和桿上的信息監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備中的變量值進(jìn)行監(jiān)控的作用。

4.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是把來(lái)自于感知層的的實(shí)時(shí)信息準(zhǔn)確無(wú)誤的傳遞至電網(wǎng)內(nèi)部，為后續(xù)的電力系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這一過(guò)程是網(wǎng)絡(luò)層來(lái)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，把所來(lái)自于感知層的信息采集傳輸是網(wǎng)絡(luò)層的重要工作，在此信息傳遞過(guò)程中，均遵循一定的通信規(guī)定。

4.2 結(jié)果分析

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上以及主元分析的電路輸送過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)各線路中的傳感器獲取所需要的數(shù)據(jù)的，本文通過(guò)分析3個(gè)輸送線路設(shè)備數(shù)據(jù)，其中包括：導(dǎo)線拉力、輸電線路高壓測(cè)溫、輸電線路中的低壓測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自感知層的實(shí)時(shí)信息傳遞，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)綉?yīng)用層，最后通過(guò)主元分析法對(duì)搜集到的信息建模，最終判斷輸電線路是否存在故障。

4.2.1 輸電線路正常工況建模

統(tǒng)計(jì)模型到的建立過(guò)程，要想對(duì)現(xiàn)有工況進(jìn)行分析首先要采集到正常運(yùn)行過(guò)程中線路的信息，使用主元分析法把現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和殘缺空間信息進(jìn)行整理分析，在這一過(guò)程中重點(diǎn)之一即是對(duì)主元空間的建立，從而得到正常運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息模型，有了這一參照依據(jù)，才能對(duì)實(shí)施信息進(jìn)行分析對(duì)比，判斷出線路的實(shí)際工作情況。

4.2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和主元分析方法的輸電線路在線監(jiān)測(cè)

在實(shí)際實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，首先要做的就是將感知層所得到的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行采集，將該信息傳遞至匯聚控制器中，其次，網(wǎng)絡(luò)層將對(duì)感知層所到的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的傳遞，到達(dá)電力內(nèi)網(wǎng)，最終應(yīng)用層將網(wǎng)絡(luò)層的信息應(yīng)用到實(shí)際正常過(guò)程中，經(jīng)過(guò)該模型的對(duì)比計(jì)算，比較該過(guò)程中的變量信息是否符合設(shè)定范圍，如果該過(guò)程中變量符合預(yù)設(shè)規(guī)定范圍則線路良好，若出現(xiàn)參數(shù)的不準(zhǔn)確，則通過(guò)該數(shù)據(jù)查找到出現(xiàn)故障的線路，進(jìn)而對(duì)故障進(jìn)行調(diào)控處理。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展及完善

隨著當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷推動(dòng)著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣和不斷完善，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，應(yīng)用也逐漸趨于成熟。但是，時(shí)代在變化，在線監(jiān)測(cè)要求也不斷提高，尤其是智能電網(wǎng)的引進(jìn)和使用，能加要求電網(wǎng)在輸電過(guò)程中要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，所以要進(jìn)一步完善和拓展進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用。

（1）隨著輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化發(fā)展要求的不斷提高，要積極拓展RFID、GSP及狀態(tài)傳感器等技術(shù)的引進(jìn)和功能使用，逐漸建立和完善輸變電設(shè)備智能監(jiān)測(cè)模型，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)全景狀態(tài)信息模型的研究。（2）在大數(shù)據(jù)到來(lái)的信息化時(shí)代，輸電線路的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、分析以及信息的交互的需求也日益提升，所以需要根據(jù)輸電線路的要求進(jìn)行一體化智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，使其具備一定的自治協(xié)同能力。（3）從上述分析可以看出，全站設(shè)備狀態(tài)信息通信技術(shù)已經(jīng)成為輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，所以基于IEC標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)通信技術(shù)和信息集成技術(shù)應(yīng)該加強(qiáng)研發(fā)，并對(duì)有線/無(wú)線通信接口進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)一。（4）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也進(jìn)一步推動(dòng)了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件的發(fā)展，目前的主要電力傳感器采用的是光纖傳感，所以目前對(duì)于傳感器的研究方向應(yīng)該加強(qiáng)電力專(zhuān)用傳感器的研發(fā)。（5）在輸變電的設(shè)別狀態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程匯中，還需要根據(jù)系統(tǒng)要求加強(qiáng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠供電問(wèn)題監(jiān)測(cè)，保證監(jiān)測(cè)信息的可靠性。（6）此外，根據(jù)目前的可視化系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)該積極引進(jìn)三維立體全景全息可視化系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)綜合信息可視化展示平臺(tái)，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作能夠可視化、直觀化。（7）要實(shí)現(xiàn)信息的互通和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)該積極引進(jìn)“云”技術(shù)，優(yōu)化基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模塊和存儲(chǔ)模塊，該技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用也將推動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全壽命周期管理。