基于RFID技術的智能電網遠程信息管理系統的構建

曹文霞，劉 暢

（石家莊信息工程職業學院，河北石家莊050035）

隨著能源供應的日趨緊張，世界各國對能源的有效使用予以了更多的關注，特別是經濟高速發展的國家，都認識到了全面提高資源利用能力和優化各種資源配置的重要性。因此，建立安全、可靠的智能化電力系統成為大勢所趨。

智能電網的提出起源于美國，并在很短的時間內得到了世界各國的認同。雖然各國因為國情的不同，對智能電網的研究和使用略有不同，但是，大家對智能電網的定義在本質上并沒有太大的差異。所謂的智能電網就是以先進的傳感、測量、控制、信息、通信、新型儲能和輸電等高新技術為依托，具有數字化、智能化、網絡化、雙向互動的運行特征，具備全要素、全方位、全過程的測量、監測、診斷、決策以及自愈等能力，允許多種可再生能源以電能形式接入，從而提高整個電力系統產生、輸送、供應、耗用、調配電能的效率，實現整個電力系統安全、經濟、優質、高效運行，推進電力市場運營的有序性，促進節能減排和低碳經濟發展[1]。

綜上所述，可知實現智能電網有效管理的基礎，是依托現有電力資源基礎，利用相關技術，建立起電力系統各個環節的信息管理系統，形成電力資源的優化和應用整合，提供一體化解決方案，構建縱向管理體系，為智能電網的綜合利用提供有力的支撐。

1 RFID技術分析

智能電網信息管理系統的基礎是電力系統中各種設備運行參數的準確采集，而要實現這些功能，就需要實現電力系統運行過程的智能化測量、數字化傳感、自動化診斷等技術的應用，而RFID技術就是應用較為廣泛的信息采集技術之一。

RFID(radio frequency identification，射頻識別)是利用射頻信號通過空間融合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到自動識別目的技術。典型的RFID系統由標簽(tag)、讀寫器(reader)、中間件(middleware)和控制計算機及軟件等四部分組成，具體結構如圖1所示。其中電子標簽是RFID系統中數據的載體，存儲了被識別物體的信息，它主要通過標簽的形式附著在需要被識別的物體上，起到采集信息和向外傳送信息的功能。讀寫器是用來進行信息的讀/寫或者讀設備，主要用來讀取電子標簽中的信息，并且將識別的信息通過中間件上傳至控制系統的軟件系統中，軟件系統中內置數據庫，以便對上傳數據進行有效地存儲。一般的閱讀器主要由高頻模塊即頻率的發送器和接收器，和應答單元相連接的耦合元件即線圈和微波天線以及控制單元組成。其工作的頻率可以分為低頻、高頻、超高頻和微波等四個頻段，每個頻段具有不同的特點，適用于不同的工作場合。

圖1 RFID結構

射頻識別卡的優點就在于它的非接觸性，因此可以實現在識別工作時無須人工干預的功能，適于自動化程度高、工作環境可靠性要求低，范圍廣的工作場合。RFID技術是一個嶄新的技術應用領域，它涵蓋了射頻技術、密碼學、通信技術和半導體集成電路技術，是一個多學科綜合的新興學科。近年來，在零售業、圖書館服務、供應鏈管理等領域得到廣泛使用。目前，RFID技術也逐步應用于電力系統中，用以構筑智慧電網的數據采集層，對提高智能電網的數據處理具有重要意義。

2 基于RFID技術的智能電網遠程信息管理系統的構建

智能電網主要由三大部分構成，整體結構如圖2所示，分別為數據感知層、通信層、信息處理及應用層。數據感知層的主要功能是采集設備的運行參數，主要由數據采集模塊來構成；通信層由公共通信網絡來構成，根據實現的需要可以選擇Internet、GSM、GPRS、3G等網絡組成；起到遠程通信的作用；信息處理及應用層內置數據庫，內設設備標準參數表、運行參數表、故障信息表、維護信息表等，以便對運行數據進行有效地分析，實現運行狀態的有效控制。

監控系統的數據采集層包括數據采集、信號近距離傳輸、故障點定位等功能。因此，在底層數據采集過程中，需要利用RFID技術進行數據采集，利用ZIGBEE技術進行信號的近距離傳輸。如圖2所示，數據采集層由5個部分組成，包括網關、數據融合中心、基站、電子標簽、參考節點。網關負責與通信網的接口功能，起到發送和接收信息管理層的數據及命令、開啟網絡、等待其他類型的節點入網的作用，網關通過RS232與數據融合中心相連接；底層數據融合中心是底層數據的初步處理，以便實現數據模式的統一、故障點的及時確定等功能；基站主要由ZIGBEE模塊和RFID讀寫器組成，具體功能是在接收數據的過程中，以調制的方式形成射頻信號，通過天線不斷地向外發送射頻信號，以便數據的無線傳輸，基站內的ZIGBEE模塊和RFID讀寫器之間通過RX/TX（接收/傳送）進行數據的傳輸；電子檢簽是由ZIGBEE模塊盲節點和RFID標簽組成，它們通過SPI接口連接起來，其功能是接收基站發送過來的射頻信號，經過解調和解碼后，將數據通過SPI方式傳送給ZIGBEE模塊；基站與電子標簽內的ZIGBEE模塊將自身的位置信息通過無線的方式發送給ZIGBEE參考節點，以便準確地確定數據采集點的位置，從而確定出故障點位置。

圖2 系紡整體結構圖

3 結束語

智能電網的主要思想是以信息技術來改造現有的能源利用體系，最大限度地提高電力能源利用效率。因此，通過電力電子技術、通信技術、控制技術來實現一個數字化信息網絡體系，可以有效地提高電力系統的能源轉換效率、電能利用率，從而提高供電的質量和可靠性，是實現電網智能化的前提和保證[2]。

本文采用RFID技術構建了無線射頻數據采集層，實現了精確采集運行環境和設備狀態信息，代替了人工觀測，提高了數據的精確度。同時又采用ZIGBEE網絡實現了信息的短距離無線傳輸，構建了以RFID和ZIGBEE為主體的故障點快速定位體系，便于設備故障的早期診斷和預警，從而有效地提高了智能電網的信息管理能力和故障預防能力。

[1]趙偉，姚鈧，黃松嶺，等.對智能電網框架下先進測量體系構建的思考[J].電測與儀表，2010（5）：1-3.

[2]郭獻崇，康俊霞，謝芳.基于RFID技術的智能電網MIS的構建[J].電源技術，2012（6）：832-833.