基于RFID技術(shù)的智能電網(wǎng)遠(yuǎn)程信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建

曹文霞，劉 暢

（石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050035）

隨著能源供應(yīng)的日趨緊張，世界各國對能源的有效使用予以了更多的關(guān)注，特別是經(jīng)濟高速發(fā)展的國家，都認(rèn)識到了全面提高資源利用能力和優(yōu)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(tǒng)成為大勢所趨。

智能電網(wǎng)的提出起源于美國，并在很短的時間內(nèi)得到了世界各國的認(rèn)同。雖然各國因為國情的不同，對智能電網(wǎng)的研究和使用略有不同，但是，大家對智能電網(wǎng)的定義在本質(zhì)上并沒有太大的差異。所謂的智能電網(wǎng)就是以先進(jìn)的傳感、測量、控制、信息、通信、新型儲能和輸電等高新技術(shù)為依托，具有數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)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(jiān)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(tǒng)產(chǎn)生、輸送、供應(yīng)、耗用、調(diào)配電能的效率，實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)、高效運行，推進(jìn)電力市場運營的有序性，促進(jìn)節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟發(fā)展[1]。

綜上所述，可知實現(xiàn)智能電網(wǎng)有效管理的基礎(chǔ)，是依托現(xiàn)有電力資源基礎(chǔ)，利用相關(guān)技術(shù)，建立起電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的信息管理系統(tǒng)，形成電力資源的優(yōu)化和應(yīng)用整合，提供一體化解決方案，構(gòu)建縱向管理體系，為智能電網(wǎng)的綜合利用提供有力的支撐。

1 RFID技術(shù)分析

智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是電力系統(tǒng)中各種設(shè)備運行參數(shù)的準(zhǔn)確采集，而要實現(xiàn)這些功能，就需要實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行過程的智能化測量、數(shù)字化傳感、自動化診斷等技術(shù)的應(yīng)用，而RFID技術(shù)就是應(yīng)用較為廣泛的信息采集技術(shù)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(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到自動識別目的技術(shù)。典型的RFID系統(tǒng)由標(biāo)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(jié)構(gòu)如圖1所示。其中電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的載體，存儲了被識別物體的信息，它主要通過標(biāo)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(jìn)行信息的讀/寫或者讀設(shè)備，主要用來讀取電子標(biāo)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(tǒng)的軟件系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)中內(nèi)置數(shù)據(jù)庫，以便對上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地存儲。一般的閱讀器主要由高頻模塊即頻率的發(fā)送器和接收器，和應(yīng)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(jié)構(gòu)

射頻識別卡的優(yōu)點就在于它的非接觸性，因此可以實現(xiàn)在識別工作時無須人工干預(yù)的功能，適于自動化程度高、工作環(huán)境可靠性要求低，范圍廣的工作場合。RFID技術(shù)是一個嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，它涵蓋了射頻技術(shù)、密碼學(xué)、通信技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。近年來，在零售業(yè)、圖書館服務(wù)、供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域得到廣泛使用。目前，RFID技術(shù)也逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，用以構(gòu)筑智慧電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集層，對提高智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理具有重要意義。

2 基于RFID技術(shù)的智能電網(wǎng)遠(yuǎn)程信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建

智能電網(wǎng)主要由三大部分構(gòu)成，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，分別為數(shù)據(jù)感知層、通信層、信息處理及應(yīng)用層。數(shù)據(jù)感知層的主要功能是采集設(shè)備的運行參數(shù)，主要由數(shù)據(jù)采集模塊來構(gòu)成；通信層由公共通信網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成，根據(jù)實現(xiàn)的需要可以選擇Internet、GSM、GPRS、3G等網(wǎng)絡(luò)組成；起到遠(yuǎn)程通信的作用；信息處理及應(yīng)用層內(nèi)置數(shù)據(jù)庫，內(nèi)設(shè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表、運行參數(shù)表、故障信息表、維護信息表等，以便對運行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析，實現(xiàn)運行狀態(tài)的有效控制。

監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集層包括數(shù)據(jù)采集、信號近距離傳輸、故障點定位等功能。因此，在底層數(shù)據(jù)采集過程中，需要利用RFID技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用ZIGBEE技術(shù)進(jìn)行信號的近距離傳輸。如圖2所示，數(shù)據(jù)采集層由5個部分組成，包括網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)融合中心、基站、電子標(biāo)簽、參考節(jié)點。網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)與通信網(wǎng)的接口功能，起到發(fā)送和接收信息管理層的數(shù)據(jù)及命令、開啟網(wǎng)絡(luò)、等待其他類型的節(jié)點入網(wǎng)的作用，網(wǎng)關(guān)通過RS232與數(shù)據(jù)融合中心相連接；底層數(shù)據(jù)融合中心是底層數(shù)據(jù)的初步處理，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)模式的統(tǒng)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(shù)據(jù)的過程中，以調(diào)制的方式形成射頻信號，通過天線不斷地向外發(fā)送射頻信號，以便數(shù)據(jù)的無線傳輸，基站內(nèi)的ZIGBEE模塊和RFID讀寫器之間通過RX/TX（接收/傳送）進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；電子檢簽是由ZIGBEE模塊盲節(jié)點和RFID標(biāo)簽組成，它們通過SPI接口連接起來，其功能是接收基站發(fā)送過來的射頻信號，經(jīng)過解調(diào)和解碼后，將數(shù)據(jù)通過SPI方式傳送給ZIGBEE模塊；基站與電子標(biāo)簽內(nèi)的ZIGBEE模塊將自身的位置信息通過無線的方式發(fā)送給ZIGBEE參考節(jié)點，以便準(zhǔn)確地確定數(shù)據(jù)采集點的位置，從而確定出故障點位置。

圖2 系紡整體結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語

智能電網(wǎng)的主要思想是以信息技術(shù)來改造現(xiàn)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(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)來實現(xiàn)一個數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)體系，可以有效地提高電力系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率、電能利用率，從而提高供電的質(zhì)量和可靠性，是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的前提和保證[2]。

本文采用RFID技術(shù)構(gòu)建了無線射頻數(shù)據(jù)采集層，實現(xiàn)了精確采集運行環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)信息，代替了人工觀測，提高了數(shù)據(jù)的精確度。同時又采用ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了信息的短距離無線傳輸，構(gòu)建了以RFID和ZIGBEE為主體的故障點快速定位體系，便于設(shè)備故障的早期診斷和預(yù)警，從而有效地提高了智能電網(wǎng)的信息管理能力和故障預(yù)防能力。

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

[2]郭獻(xiàn)崇，康俊霞，謝芳.基于RFID技術(shù)的智能電網(wǎng)MIS的構(gòu)建[J].電源技術(shù)，2012（6）：832-833.