物聯網技術在智能電網監測中的應用分析

于洋 孫笑一 翟京

摘 要：在智能電網中引進物聯網技術，可以進一步提高電網的信息化、自動化、智能化和互動化管理，提高供電質量。本文以通州區的智能電網監測為例，針對通州區當前的物聯網應用現狀，根據北京城市副中心的電網需求，設計了一套基于物聯網的智能電網監測系統，可以完成對輸電線路運行狀態的實時監視和控制，為故障的及時發現和搶修爭取更多的時間。

關鍵詞：物聯網；智能電網；實時監測

首都北京的快速發展使通州區逐漸承擔起北京城市副中心的重要職能，目前已進入全面建設階段，大量的人口聚焦和大規模的工業分布都對電力供應提出了更大的需求。盡管“十三五”以來通州區在電網投資上不斷增加，但電網容量仍無法完全滿足區域經濟發展需求[1]。電網負荷的高速增長也給供電可靠率的保證提出了更大的挑戰，各類故障現象時有發生，尤其是近年通州區逐步推廣智能電網以來，故障類型呈現多樣化特點，檢修和排查難度進一步增加，嚴重影響了供電質量和搶修速度[2]。因此對通州電網進行自動化監測顯得十分迫切。物聯網技術的發展為這一問題的解決提供了良好的條件。

1物聯網在通州電網的應用現狀

統計數據表明，通州區近年發生了多次嚴重的輸電線路大面積停電事故，例如，2018年3月18日，北京迎來年初首場大雪，通州區張家灣220KV輸電線路開發區段出現嚴重的覆冰現象，導致輸電線路斷線；2017年8月13日，受北京連續高溫天氣影響，用電量劇增，通州梨園線110KV輸電線某處并溝線夾持續發熱導致線路起弧燒斷；實際上，上述事故在引起斷線停電前都是可以通過監測手段提前發現的。

理論上講，物聯網技術在智能電網中的應用，可以實現將所有用電設備互相聯系起來，組成一個龐大的數據網，實現電網的信息化、自動化、智能化和互動化管理，提高供電質量[3]。隨著通州區電網壓力的逐步增加，通過物聯網技術進一步提高電網的可靠性已成為不可扭轉的趨勢。

2基于物聯網的智能電網監測系統設計

2.1總體結構設計

綜合考慮應用需求、成本控制、性能指標等因素，本文采用了ZigBee技術進行無線組網，通過樹形網絡結構進行數據上傳，充分發揮了ZigBee低功耗、低成本、安全可靠等優勢。在傳感器布點上，分別在三相電路中安裝無線傳感器，以保證數據采集的準確性。本系統可以滿足多參數實時采集需求，包括溫度、電壓、電流、冰凍和張力等。沿輸電線路的走向，每隔100米布置一個匯聚節點，實現數據的收集和統一上傳。在上位機軟件中設計人機交互界面，方便值班人員查詢和控制。

本文設計的智能電網物聯網監測系統主要由采集終端、路由器、協調器、GPRS模塊、監控中心和用戶終端等節點組成，終端節點在ZigBee的控制下按照預定的頻率采集各物理量數據，然后通過路由器向協調節點匯聚，由GPRS模塊統一發送至遠端監控中心，用戶通過PC機或手機等移動終端就可以實時監控電網運動狀態。

2.2 系統硬件設計

本系統整體上可以分為三個層次：感知層、傳輸層和應用層。物聯網技術在智能電網中的應用最關鍵體現在感知層上，因為感知層由各種不同的傳感器構成，并且通過無線組網實現信息的共享，即實現了物物相聯。傳感器終端硬件采用了TI公司研發的成熟芯片CC2530，并且構成無線組網的ZigBee模塊，滿足了低成本條件下對大量節點進行控制的需求。ZigBee模塊是整個硬件系統的重要組成部分，它控制著所有傳感器進行有規律的信息傳輸，并且通過無線網絡將各節點聯系起來，能夠對各節點上傳的數據進行存儲和運算。協調器采用了超低功耗MSP430F149單片機作為微控制器，由于負責對所有硬件節點進行調度控制，因而成為整個系統的核心模塊，所有數據的發送、接收、存儲、計算等行為均由單片機完成。各硬件之間通過網狀網絡形成無線局域網，采用這種網絡形式的原因是看重其可靠性高和自愈能力強等優點，即使網絡中的某一條或幾條路徑出現故障，也不會影響到其它路徑的正常工作，整個網絡仍然具備完整的功能和性能。

2.3 系統軟件設計

系統軟件由下位機和上位機組成，因而軟件設計也分為兩部分進行。其中下位機由協調器、終端和路由組成，協調器可以根據實際情況自動選出一個可用的信道和網絡ID，從而實現了電網采集現場和遠程監控中心之間的互聯，為數據的傳遞提供通道。終端設備負責采集現場數據，同時接受協調器指令的控制。協調器會定期對終端進行問詢，如長時間無響應，則判定為終端離線，將立即通過GPRS以短信的形式將故障信息發送到相關人員的手機上，為工作人員可以快速組織搶修。上位機軟件采用的是C#語言開發，可以完成數據實時顯示、數據庫資料查詢、網絡系統安全保障、遠程監控系統等功能。

3 結語

本系統在通州區電網某線路進行了部署試運行，結果表明，本系統進一步提高了輸電線路的可靠性和穩定性，可以及時了解線路運行情況，提高故障排查和搶修速度，使通州區電網基本實現了對輸電線路中的絕緣子污穢、導線溫度過高、避雷器受損、覆冰雪等常見問題的在線檢測，成為了通州區智能電網應用的重要成果，取得了良好的應用成效，具有較大的推廣應用價值。

參考文獻

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[3] 高帆，王玉軍，楊露霞. 基于物聯網和運行大數據的設備狀態監測診斷[J]. 自動化儀表，2018，v.39；No.442（06）：8-11.

[4] 高春雨，趙麗娟. 基于物聯網技術的高壓線路監測研究[J]. 自動化與儀器儀表，2017（3）：151-153.