物聯網技術在電力系統通信中的應用

王 治

九江學院信息科學與技術學院，江西九江 332005

1 概述

物聯網意指所有物品依靠射頻識別等信息傳感設備實現和互聯網的連接，進行智能化的識別或管理等。物聯網的出現是一種思維的革命，打破了傳統思路中物理基礎設施與IT基礎設施相互分離的狀況。老式思路中一方面是公路、建筑物、機場等，另一方面是個人電腦、寬帶、信息數據中心等，兩方面相互分開。

在物聯網時代中，由鋼筋混凝土與電纜打造的建筑或設施與電子芯片、寬帶網絡等進行整合，形成統一的現代化基礎設施。這個基礎設施猶如一座新式平臺，承載著生產運行、經濟管理、社會生活等活動。

如今，在電廠、變電站、供電所等區域已經實現了電子信息系統的覆蓋，并且已經依據不同需求創建了各種網絡，例如傳輸型網絡、綜合數據型網絡、調度數據型網絡等，這些網絡相互之間也實現了聯通。未來的目標是將這些網絡擴展至生活中的各種物體及其通信之中，實現全面化的物聯網。

2 物聯網技術

物聯網技術的實質就是借助射頻自動識別、無線數據通信等技術，通過計算機網絡技術實現物品與網絡的聯系以及共享，讓物品脫離人工干預，自動進行網絡交流，這是一種現代化物品的透明式管理。

2.1 組成架構

物聯網的網絡主要由用戶層、應用控制層、承載網絡、接入層、應用采集控制層等構成，這其中計算機網絡與通信網絡一并構成了承載網絡。

用戶層主要是指為用戶所提供的物聯網應用界面接口，主要包含計算機、客戶端、手機、傳感器等各類用戶設備。應用控制層是由數據庫服務器與應用服務器所構成，具有搜集數據、轉換數據、分析數據等一系列作用，同時實現用戶層的適配與實踐等觸發工作。承載網絡又為通信網絡，比如移動通信網絡、互聯網絡等等，擔負著物聯網接入層和應用控制層的信息通信作用。承載網絡主要包括端至端網絡、樹狀網絡、環形網絡、交叉式網絡等，其聯網形式通常分為無線與有線兩種，無線聯網主要有集群網、全球微波接入互操作網、多載波無線信息本地環路網等；有線聯網主要有互聯網數據線、光纖、語音通信線纜等。接入層和末梢節點一并組成了物聯網搜集信息與控制信息的系統，接入層包括基站節點與接入網關，而末梢節點包括控制模塊與多種搜集模塊，接入層擔負著借助末梢節點信息來搜集信息與控制組網的作用，并及時通過末梢節點往下傳送或轉發信息。

2.2 關鍵技術

國際電聯報告中點明了物聯網的四項關鍵技術，即標識事物的RFID射頻識別技術、感知事物的傳感網絡技術、思考事物的智能技術、微縮事物的納米技術。

REID借助射頻信號可以自動來識別并搜集信息，是一種在惡劣環境下的非接觸式自動識別技術，其主要有三方面構成，即標識，讀寫器、天線。標識是由芯片和耦合元件制成，具有著唯一性電子編碼，附著在物體上來識別目標；讀寫器是一種讀取或寫入的標識信息型儀器；天線負責傳遞標識與讀寫器之間的射頻信號。RFID技術通常涉及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。

無線傳感器網絡是包括搜集信息、傳送信息、處理信息的一體化網絡信息系統，其具有功耗很低、適宜移動、便于鋪設等很多優勢。傳感器網絡技術主要研究各類測試技術，尤其是網絡化測控技術，此外，還研究智能化傳感器的網絡節點、組織結構、底層協議等。傳感器網絡技術正不斷改善自我檢測及控制技術，日益安全可靠。

智能技術意指在物體中植入智能系統，賦予物體一定的智能性，并借助智能系統來分析物體的各種狀況，及時進行有關處理工作。智能技術主要研究計算機的智能化理論、人工智能、智能化控制系統與技術、智能信號的處理等一系列工作。納米技術是一種研究0.1nm至100nm材料性質與應用的新興技術，具體包括納米化學、納米電子學、納米生物學、納米力學等眾多科目。

3 物聯網技術在電力系統通信中的應用

根據物聯網的技術特征，同時結合電力系統通信的特征，物聯網主要運用在電子系統通信中的應急通信、配網自動化、智能電網等方面，物聯網為電網實現智能化提供了很好的技術保障。

3.1 應急通信

應急通信是隨機出現的，在地點與時間方面具有不確定性，因此增大了指揮中心與事故地點聯系的難度。通常要搶險人員趕赴現場后，檢查并搜集現場信息，然后要借助視頻或音頻等向指揮中心傳回現場報告，如此會增加搶險的耗時。

物聯網的出現與應用，為指揮中心或調度中心開展工作時提供了很大的便捷度，通過物聯網可以對電網狀態信息或各類設備運行狀況進行智能化檢測，一旦發生緊急狀況時，物聯網可以及時為指揮中心傳送準確的數據信息，準確定位事故現場，同時查明了現場的事故狀況，有利于應急人員提前備好所需設備到現場即刻展開修理或是更換零件等工作，進而提高了處理事故的效率與能力。

3.2 配網通信

配網是相對于高壓輸變電網而言的，尤其是在10kV等級之下的電壓網絡具有配電設備量較多、電壓等級較多、結構較為復雜、支線較多、分布較廣、變動頻繁等特性。按照配網的自動化等級可以分為通信子站、配網主站、區調分站共三層。

通信子站層意指配網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。

配網主站層意指通信子站和配電主站兩者之間的通信層，依據電力監控協會第二次關于安全防護的有關規定，此層數據承載著調度數據網之中。

區調分站層意指區調分站和配電主站兩者間的通信層面，此層數據量比較多，承載著調度數據網之中。

分析配網通信的特性得知，當前配網主要通過載波通信、光纖通信、無線寬帶技術與租用無線公網等來運行的。這其中的載波通信與無線公網的安全性較低，光纖專網主要是覆蓋110kV變電站，因為配網經常變動，不適于光纖網絡。光纖的施工難度較高，難于靈活變動，會增加施工成本。無線寬帶技術可以能夠配電網的補充成分，然而一些無線網絡會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。

物聯網可以合理解決配電網中的終端與通信問題，僅需將配電網中的設備及其附件聯通互聯網，便可以完成配網的通信工作，并且可以實現配網的遙信、遙測、遙控等自動化技術。由此可見，物聯網可以很好的處理配電終端較多且經常變動的問題。

3.3 智能電網

智能電網作為一種安全度較高、可靠靈活的新型電網，滿足了當今社會的低碳發展需求。智能電網中的通訊技術、傳感測量技術、信息技術、決策支持技術、控制技術等可以與電網的有機結合，實現安全且高效的運行。智能電網的應用符合當今社會關于低碳發展的要求，是值得大力推廣的新型技術。

物聯網技術運用于智能電網中，可以補充或增強其測量技術、控制技術、通訊技術、節能控制、遠程抄表技術、監測設備狀態、電網負荷節能控制技術、電網設備狀態在線監測技術、相關事故精確定位跟蹤、溫度監測技術、覆冰監測技術、輸電線路桿塔等一系列技術手段。比如，電網底層的數據含有電纜溝信息、配電房開關等，這些數據難于通過通信方式被有效搜集，然而，借助物聯網可以將各類底層信息實時搜集并整合，提高了管理效率與應急的靈敏度，實現了電力事故的有效事后處理或是事前預防。

3.4 社會服務與社會管理

除了上述幾方面之外，物聯網還可以被運用于工業監管、市政設施管理、智能化交通、遠程醫療護理、環境保護治理、數字化家庭等眾多有關社會服務與社會管理的領域，全面的豐富了我們的生活。

3.5 物聯網的不足

物聯網還處于發展完善階段，因此還需要一段長期的研發與改善，尤其是要做好上述的四項關鍵技術，除此之外，還要以全球定位系統、地理信息系統、微型行為系統等作為補充。物聯網需要有合理的規范來指導，標準的流程來運作，所以統一物品編碼與提高信息安全也是物聯網技術需要解決的兩大難題。

4 應用展望

物聯網被應用于電力系統中，不僅能夠改善輸電通信基礎網絡，提高其輸電通信網絡的穩定性與可靠度，而且其作為配電網絡的重要通信途徑，能夠補充當今公網與無線網絡一些難以實現的功能，與此同時，物聯網能夠抵御惡劣氣候時電力應急狀況，增強抗災抗險的通信體系，物聯網可以說是未來信息技術發展的重要手段。

目前，物聯網正處于起步階段，技術當中還有很多不完備的地方，比如開發與運行成本較高、管理與規劃工作不夠完善、相關資源安排欠缺合理性等，這些都是制約物聯網普及與進步的阻礙，因此需要多方面的協同努力，一并做好物聯網的研發與推廣工作，相信未來的物聯網會成為我國經濟發展的重要推動力。

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