物联网技术在配电网络中的应用研究

摘 要：配用电监测管理系统中，对物理设备数据的采集方案已经比较成熟，但在设备之间数据利用环节与网络层传输环节还存在诸多不足。利用物联网技术在各种电气设备之间实现信息获取、传递、存储、融合、使用，将会为变电站管理、配用电设备监测、状态检修提供高效、便捷、高速的数据支撑，从而有利于电力管理水平和服务水平的提高。

关键词：配电设备 物联网 中压电力线载波

中图分类号：TP205 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0063-02

我国物联网应用总体上还处于发展初期，在许多领域上积极开展了物联网的应用探索与试点，但在应用水平上与发达国家仍有一定差距。目前已开展了一系列的试点和示范项目，在电网、交通、物流、智能家居、节能环保、工业自动控制、医疗卫生、精细农牧业、金融服务业、公共安全等领域取得了初步进展。在电网领域上，2009年国家电网公布了智能电网发展计划、智能变电站、配网自动化、智能用电、智能调度、风光储等示范工程先后启动。

1 物联网技术在电力行业的应用现状

目前，物联网中的射频识别、无线传感器网络、全球定位技术等技术在电力系统生产、管理等各个环节都有所应用，协助实现有效的电网感知，提高了电力规范化管理能力。在发电环节，物联网技术已应用于环境监测、设备状态监测、水情监测等场景；在输电环节，物联网技术已应用于线路状态监测、线路环境监测、雷电定位、智能巡检等场景；在变电环节，物联网技术已应用于变电环境监测、设备状态监测、变电站安全防护等场景；在配电环节，物联网技术已应用于线路状态监测、设备状态监测、线路故障定位及报警等场景；在用电环节，物联网技术已应用于用电信息采集、智能家居/小区、智能楼宇/园区等场景。

2 应用技术

2.1 物联网感知层技术

物联网感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分，其关键技术主要包括：无线传感器网络技术（WSN）、RFID技术、二维码技术、蓝牙（Blueteeth）技术等。

2.1.1 自组织组网技术

在物联网感知层中应用到了自组织组网技术，自组织组网技术的起源可追溯到1968年的ALOHA网络和1973年美国国防部高级研究计划署（DARPA）资助研究的“无线分组数据网（PRNET）”。主要的特点是网络拓扑结构动态变化，分布式控制方式，自组织性，多跳通信，节点的处理能力和能源受限，信道质量较差。在物联网中主要是应用在一些企业中，它通过自组织组网技术，组织、创建了公司内部的网络，在与外界进行信息交换，特别是在物联网的应用中需要了解这样的组网技术，以便于其公司信息的采集。

2.1.2 无线传感器网络技g

（1）无线温度传感器：实现温度、温升和相间温差的高可靠实时在线监测，实现设备运行温度的自动管理，为设备的安全运行提供数据支持。

（2）无线水浸传感器：实时在线监测传感器安装位置（场所）是否浸（积）水，并实时地将水浸信息通过数据传输基站上传到控制主机，以达到监控告警的目的。

（3）无线杆塔倾斜传感器：可以在线监测杆塔倾斜状态，当倾斜角度达到阀值时，向监控主机发送告警信号。

（4）无线故障电流传感器：主要实现现场的电流取样及分析，判断出当前的电流是否为故障电流，并采集周边其他无线传感器发送的数据，通过无线传感网把电流、谐波等数据传输出去。后台软件结合GIS进行故障点的定位，从而通知检修人员到现场进行故障排除。

（5）无线门磁传感器：安装在柜门上，与永磁铁或电磁线圈等器件配合使用，能够实时在线监测柜门的开、关状态以及开关次数。不影响柜门的正常使用。

（6）无线温湿度传感器：实时、准确地测量环境温度和环境相对湿度。可以实现现场环境远程数据采集和监测。

（7）配变综测骨干节点：采用无线组网协议来实现节点之间的通信，同时具有线路电流、电压、谐波等线路参数的在线测量功能，支持有线485通信和以太网通信，同时内部集成标准101和104通信协议。

2.1.3 RFID技术

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。

2.2 物联网网络层技术

2.2.1 中压电力线载波

中压电力线通信是指综合运用多种调制解调技术、信道编码技术、网络通信技术、模拟前端技术以及耦合结合技术，实现以中压配电网为传输介质的通信。

国内外相关企业一直致力于中压配电线路的载波通信领域研究，在载波调制和组网技术研究方面进行不断的探索，在传输速率、可靠性方面已取得了较大进展。

BPLC依托电力线，可部署在变电站、环网柜直至用户建筑内，构成可靠的配用电网信息的传输网络，传输距离超过500 m。提供配电信息等宽带接入，同时兼顾原有设备低速业务（RS-232/ RS-485）数据的接入。

2.2.2 线通信技术

无线通信技术可根据使用者类型分为无线公网和无线专网。对于无线专网来说，需要自身架设整套通信网络，包括基站、终端和网管等，而无线公网仅仅租用运营商的现有网络通道，由运营商负责运维即可。

相比较光网来说，架设无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快；无线扩频能随时架设，随时增加链路，安装、扩容方便；无线通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制。缺点是采用逻辑隔离，相比有线网络的物理隔离，安全性较差；无线传输速率最高不超过几百兆每秒，相比光网络传输速率较低。

2.2.3 xPON无源光网络

以太网无源光网络是一种特殊光纤以太网组网模式，采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络，是常采用IEEE802.3以太网帧来承载业务的PON系统。PON技术经历了APON、BPON、EPON、GPON等阶段。其中的EPON技术已经比较成熟，产品已开始规模商业应用。

3 实现方案

传感器采集配电设备的运行环境数据和运行状态数据，然后通过自身的无线通信模块传输到就近的短距离无线传输骨干节点，通过多个骨干节点组成的自组织网络传输到数据传输基站，然后通过配电自动化系统配套光通信ONU将配网设备状态信息接入变电站，在变电站经数据汇聚控制器进入电力安全III区送至主站数据采集服务器。传感器和骨干节点的传输频率采用2.4 GHz，传感器网路采用了WSN（无线自组织网络）。骨干节点之间可以直接通信，采用MESH网络。

现场作业终端采集的RFID设备标识信息，采用GPRS无线公网通信方式，通过安全接入平台，访问系统主站，获取设备台账信息、监测信息和运行信息；并可将现场收集的设备状态信息、设备评价信息及时传回主站系统。

其中感知层实现各环节数据统一感知与表达，建立统一信息模型，规范感知层的数据接入，是对SG-ERP架构的补充和完善。网络层将不同的通信技术屏蔽，按照规范化的统一通信规约实现对数据的传送，则丰富了SG-ERP架构。应用层完全遵循SG-ERP的体系架构，将多种数据信息统一管理并向外提供统一数据服务，支撑各类业务应用，基于统一应用平台，开发各类电力物联网应用服务，供其他业务系统调用。

感知层主要利用各种传感识别设备实现信息的采集、识别和汇集。其重点是实现统一的信息模型，具体包括对统一标识、统一语义、统一数据表达格式等方面。

网络层主要负责由感知层获取信息的传输和承载。网络层旨在多种融合通信技术的引入，丰富通信方式。应用中传感器与汇聚节点间多通过微功率无线通信等技术互联，解决信息采集覆盖及灵活性问题，汇聚节点与接入网关之间通过光网络、PLC、无线宽带等技术互联，解决信息远距离传输及可靠性问题。

用层基于国网SG-ERP架构，研究电力物联网的统一数据模型，实现统一的数据服务并封装系统功能，为现有业务系统提供各类的统一应用服务，也可以为其他业务系统提供更高等级的服务功能。

4 结语

通过物联网技术的在智能电网建设中的应用，将会在电网建设、安全生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量应用、用户交互等方面发挥巨大作用，可以全方位地提高智能电网各个环节信息感知的深度和广度，为实现电力系统的智能化以及“信息流、业务流、电力流的高度融合”提供基础数据支持。通过针对物联网WSN（无线传感器网络）组网技术的研究，能够实现智能电网通讯网络的快速和智能组网，从而增强智能电网状态监测和数据传输的安全性、可靠性，可以方便快捷地增加网络节点和监控测点，加快智能电网建设的步伐。

参考文献

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