電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)研究

劉濤 王敏 李斌

(1.寧夏信通網(wǎng)絡(luò)科技有限公司,寧夏銀川 750000;2.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司信息通信公司,寧夏銀川 750000)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是各種技術(shù)的集合系統(tǒng),其包含了通信、信息以及傳感、自動(dòng)化等技術(shù),其主要的特點(diǎn)有三個(gè):第一個(gè)為整體感知,即使得物品的狀態(tài)可以被實(shí)時(shí)的識(shí)別,利用各種傳感器可以對(duì)物品的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行采集,進(jìn)而傳輸?shù)胶笈_(tái),在管理的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)信息共享。第二個(gè)為穩(wěn)定傳輸,這主要是由于通信網(wǎng)來(lái)支撐,目前我國(guó)已經(jīng)在加大5G通信設(shè)備的鋪設(shè)數(shù)量,這使得我國(guó)的通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及傳輸速度提高了很多,對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的促進(jìn)作用是非常明顯的。第三個(gè)為智能處理,這需要有強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)作為支撐,我國(guó)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)技術(shù)目前在世界位居前列,因此這方面的技術(shù)儲(chǔ)備是足夠的,利用該系統(tǒng)可以結(jié)合警報(bào)系統(tǒng),對(duì)一些問(wèn)題可以做大快速反應(yīng)與處理,避免因?yàn)閱?wèn)題不能得到及時(shí)解決為擴(kuò)大的情況。

1 總體架構(gòu)

1.1 感知層

感知層主要是由基層的傳感器組成的,這些傳感器可以對(duì)感知對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的收集和傳輸,進(jìn)而形成一個(gè)各種基層設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)系統(tǒng),利用這個(gè)系統(tǒng)就是可以實(shí)現(xiàn)各種信息的識(shí)別以及采集處理,還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制[1]。當(dāng)然自動(dòng)控制就需要利用各種微機(jī)電系統(tǒng)傳感器,這種傳感器在電網(wǎng)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)各個(gè)環(huán)境的設(shè)備狀態(tài)的信息收集,并且還可以對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行智能設(shè)置,提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性,進(jìn)而保障電力的傳輸正常。此外,整個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)是一種嵌入式的系統(tǒng),其可以和電網(wǎng)的各種設(shè)備緊密的結(jié)合。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的構(gòu)成主要有無(wú)線寬帶、無(wú)線公共通信網(wǎng)絡(luò)以及傳感網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)等構(gòu)成,其主要的目的就是實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備信息的傳遞以及控制,保障信息的可靠性。當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)層其還需要具有大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?因?yàn)樵谡麄€(gè)電力物聯(lián)網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)的傳輸都是實(shí)時(shí)的,而且數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣戎苯佑绊懼到y(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的通訊是由專門的電力通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行的,而公共的通信網(wǎng)絡(luò)知識(shí)作為一個(gè)補(bǔ)充[2]。此外,網(wǎng)絡(luò)層也分為兩個(gè),第一個(gè)為接入網(wǎng)絡(luò),是以電力光纖以及無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)為主,而第二個(gè)為核心網(wǎng)絡(luò),其主要以電力骨干的光纖網(wǎng)為主。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層的主要作用就是將感知層的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分析以及處理,其包含的內(nèi)容主要有基礎(chǔ)設(shè)施、中間件以及各種應(yīng)用。各種應(yīng)用設(shè)涉及的范圍很廣,包含了整個(gè)智能電網(wǎng)的全部生命周期的生產(chǎn)以及管理等各個(gè)環(huán)節(jié)。利用智能計(jì)算和模式識(shí)別的技術(shù),使得對(duì)于電網(wǎng)信息的分析以及處理有了一個(gè)很大的提升,并且也促使決策的發(fā)布速度以及執(zhí)行速度增加了很多,使得電力的傳輸以及管理變得更快捷、更高效。

2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

2.1 電力信息共享

物聯(lián)網(wǎng)在電力信息中的應(yīng)用具有智能性以及便捷性的特點(diǎn),因此這使得電力信息的共享成為了一個(gè)可能性,大大地促進(jìn)了各種決策的實(shí)踐,并且也提高了相關(guān)人員對(duì)于電力事故的反應(yīng)時(shí)間。所以站在電力用戶的角度來(lái)講,電力使用的穩(wěn)定性以及便捷的服務(wù)內(nèi)容是比較重要的。在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之后,電力企業(yè)可以將各種用戶進(jìn)行統(tǒng)一化管理,不管是居民用電還是企業(yè)用電都可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的管理[3]。所以電力物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)是一個(gè)增強(qiáng)平臺(tái)和用戶之間雙向互動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),不僅僅滿足了個(gè)人居民的個(gè)性化需求,而且也使得電力行業(yè)發(fā)展更加多樣化。

2.2 遠(yuǎn)程抄表應(yīng)用

遠(yuǎn)程抄表這是電力互聯(lián)網(wǎng)在電網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的,這不僅僅提高了抄表的便捷性、降低了相關(guān)工作人員的工作效率,而且還具有準(zhǔn)確性以及高效性的特點(diǎn)。隨著遠(yuǎn)程抄表功能的應(yīng)用,對(duì)電表的數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì),當(dāng)然如果需要人工收集殊勛,那么可以將這些數(shù)據(jù)直接錄入到系統(tǒng)中,這依舊降低了工作人員的工作量,提高了人工作業(yè)的便捷性。此外,隨著遠(yuǎn)程抄表應(yīng)用的普及,那么專門的抄表人員隊(duì)伍 將會(huì)被減少,這就使得人工成本大大降低了很多,但是抄表的準(zhǔn)確性卻沒(méi)有降低。

2.3 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

檢測(cè)以及維護(hù)這是電力物聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)重要功能,其可以有效的保障電力運(yùn)行的穩(wěn)定性以及質(zhì)量。并且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的覆蓋范圍擴(kuò)大,這就使得電力網(wǎng)絡(luò)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集會(huì)更加的詳細(xì),通過(guò)大量數(shù)據(jù)的積累就可以建設(shè)一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù),然后對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理,最后進(jìn)行挖掘。這可以大大的提高各種問(wèn)題的預(yù)測(cè)改良,進(jìn)而保障電網(wǎng)工作的安全性。此外,在電力各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中,很多數(shù)據(jù)都是動(dòng)態(tài)的,而不是確定的,利用檢測(cè)以及維護(hù)功能可以將這些活動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,這大大的提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[4]。

2.4 電力桿塔定位

電力桿塔的定位這對(duì)于進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)的維修以及問(wèn)題的檢查是非常重要的,尤其是在一些位置有些偏僻的荒野中,這些桿塔一直處于無(wú)人維護(hù)的狀態(tài),受到的外界因素比較多,多以會(huì)出現(xiàn)標(biāo)志物丟失的情況,也很容易發(fā)生各種問(wèn)題。但是利用物聯(lián)網(wǎng)就可以對(duì)電力桿塔的坐標(biāo)進(jìn)行精確的定位,并且現(xiàn)實(shí)在總控系統(tǒng)中,進(jìn)而在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之后可以第一時(shí)間找到問(wèn)題坐標(biāo),并且制定出解決措施。此外,電力桿塔的區(qū)分也是非常重要的,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使得對(duì)這兩者的區(qū)分變得十分簡(jiǎn)單,進(jìn)而促進(jìn)了電力物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

2.5 設(shè)備巡檢

設(shè)備巡檢應(yīng)用,主要是利用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)以及激光掃描技術(shù),然后對(duì)各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別,如果出現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)不相匹配的數(shù)據(jù),那么就代表該設(shè)備或者是該位置有問(wèn)題出現(xiàn),而且在這個(gè)過(guò)程中還可以集合RFID技術(shù)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)然還可以利用紅紫外檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。最后還可以應(yīng)用定位系統(tǒng),對(duì)設(shè)備的問(wèn)題進(jìn)行定位分析,這樣整個(gè)巡檢的工作量被大大的壓縮,降低了相關(guān)人員的工作量,并且也提高了巡檢質(zhì)量。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 通信

電力物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于電子設(shè)備的應(yīng)用非常多,因此在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中對(duì)于通信系統(tǒng)的高速傳輸性能以及穩(wěn)定性有很高的要求,如果這些條件不能滿足,那么整個(gè)電力物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建優(yōu)勢(shì)也不會(huì)體現(xiàn)出來(lái)[5]。通信網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)是一個(gè)性質(zhì),其隨著不斷的發(fā)展會(huì)進(jìn)入千家萬(wàn)戶,這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成也使得電力物聯(lián)網(wǎng)的利用效率得到了提高,進(jìn)而加強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于各種因素的抵御能力,并且保障了電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行穩(wěn)定性。整個(gè)通信系統(tǒng)有兩項(xiàng)比較重要的技術(shù),第一個(gè)是通信架構(gòu),這可以使得整個(gè)電網(wǎng)的各種元器件都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙的通信;另外一種則是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這可以使得各種傳感器以及應(yīng)用的連接更為緊密,整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)揮更為有效。

3.2 量測(cè)

參數(shù)測(cè)量這對(duì)于電力物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建是一項(xiàng)基礎(chǔ)的技術(shù),如果沒(méi)有這樣技術(shù),那么物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都是不可靠的,對(duì)于決策的影響力也就非常小,所有數(shù)據(jù)根本就沒(méi)有可利用的價(jià)值。參數(shù)測(cè)量的裝置其主要是利用傳輸檢測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化變?yōu)榭杀还芾硐到y(tǒng)認(rèn)可的數(shù)據(jù),最后傳輸給管理系統(tǒng),而管理系統(tǒng)則利用這些數(shù)據(jù)來(lái)判斷電網(wǎng)的運(yùn)行情況。參數(shù)測(cè)量其保障的就是電力網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)于有問(wèn)題的設(shè)備可以做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)而及時(shí)維修,提高管理的效率。

3.3 設(shè)備

在電網(wǎng)系統(tǒng)中運(yùn)行的設(shè)備一般都具有很先進(jìn)的技術(shù),并且輸配電的西能也非常高,這主要是由于電網(wǎng)的特殊環(huán)境導(dǎo)致的,如果其設(shè)備性能不夠先進(jìn),那么會(huì)影響電力的輸送穩(wěn)定性。在今后的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中,超導(dǎo)以及儲(chǔ)能等技術(shù)會(huì)成為優(yōu)先級(jí)別的建設(shè)技術(shù),并且微電子技術(shù)的應(yīng)用效果比較強(qiáng)或者是材料比較先進(jìn)的設(shè)備也會(huì)成為物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中優(yōu)先采購(gòu)的對(duì)象。此外,還可以應(yīng)用一些改造設(shè)備,這樣可以在保障電力輸配穩(wěn)定性的前提下提升電網(wǎng)的輸送容量。

3.4 控制

所謂的控制,就是保障電力物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)斷電或者是電壓不穩(wěn)定的情況,當(dāng)然這個(gè)過(guò)程中需要用到分析、診斷以及預(yù)防等措施,利用這些方法可以使得電網(wǎng)的在管理更為便捷,并且在一些功能或者是操作的配置上也會(huì)更為便利,對(duì)于有效掌控整個(gè)電力輸配網(wǎng)絡(luò)具有重要的作用。在今后的電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中可以引入專家分析的功能,這個(gè)功能可以提高故障診斷的效率和質(zhì)量,并且其還可以在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行自控制行為。將執(zhí)行控制的整個(gè)過(guò)程壓縮在秒,這可以保障電網(wǎng)的可靠性[6]。

3.5 支持

3.5.1 可視化

簡(jiǎn)單來(lái)講就是將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,然后將有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,再然后將這些數(shù)據(jù)變?yōu)橐粋€(gè)電網(wǎng)運(yùn)行人員可以閱讀的數(shù)據(jù)塊,進(jìn)而讓電網(wǎng)的運(yùn)行人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速分析,然后針對(duì)性地采取處理措施。而且隨著數(shù)據(jù)庫(kù)的增加,還可以該出一些分析建議,這樣可以大大地節(jié)省分析時(shí)間。可視化的數(shù)據(jù)大大減輕了運(yùn)行人員的工作量,提高了決策的速度。

3.5.2 決策支持

數(shù)據(jù)是電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的直觀體現(xiàn),通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析,就可以對(duì)電網(wǎng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析,進(jìn)而根據(jù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)來(lái)判斷是都有問(wèn)題出來(lái)。然后將分析判斷的結(jié)果傳送到相關(guān)工作人員的手中,這可以為這些人員的決策提供更多的依據(jù)。

3.5.3 調(diào)度員培訓(xùn)

隨著數(shù)據(jù)的可視化以及數(shù)據(jù)分析決策行為的完成,那么就需要執(zhí)行人員對(duì)決策進(jìn)行執(zhí)行,而這就需要調(diào)度員的參與。所以電網(wǎng)需要組織相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn),對(duì)相關(guān)的軟件以及動(dòng)態(tài)仿真器的使用技巧進(jìn)行掌握,只有電網(wǎng)運(yùn)行人員的技能水平增加,那么整個(gè)電力物聯(lián)網(wǎng)的效能才會(huì)被最大化的發(fā)揮。

3.5.4 用戶決策

用戶對(duì)于電力的使用狀態(tài)也有決策需求,但是當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還是存在和諾的問(wèn)題,比如說(shuō)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不夠、數(shù)據(jù)的整理分析不足等,都使得用戶決策的依據(jù)不足。因此相關(guān)部門要做好數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一,并且提高智能傳感器的應(yīng)用,使得電網(wǎng)的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)更為直觀和準(zhǔn)確。

3.6 安全防護(hù)技術(shù)

3.6.1 加密技術(shù)

電子標(biāo)簽是一種無(wú)線通信技術(shù),其主要的目的是利用無(wú)線信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記并且對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理。不過(guò)這種技術(shù)很容易遭受到竊取以及破壞,因此在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中需要加強(qiáng)安全防護(hù)技術(shù),比如說(shuō)可以使用應(yīng)答認(rèn)證協(xié)議。

3.6.2 認(rèn)證技術(shù)

目前的認(rèn)證技術(shù)主要分為三種,第一種為口令認(rèn)證,這種認(rèn)賬的安全度比較低,不過(guò)隨著智能技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)口令認(rèn)證的安全性大大提高。第二種為X590認(rèn)證,其利用了加密算法,安全性有很大的保障。第三種為域認(rèn)證,其安全性也非常高。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之,電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中對(duì)于設(shè)備的需求應(yīng)該以及先進(jìn)技術(shù)為目標(biāo),然后應(yīng)用多種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行。而整個(gè)建設(shè)過(guò)程中所使用的關(guān)鍵技術(shù)有很多,這些技術(shù)的應(yīng)用可以大大的提高電網(wǎng)的智能化以及自動(dòng)化,在保障電網(wǎng)運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)上提高了管理效率。