基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變電設(shè)備智能

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠在協(xié)議規(guī)則基礎(chǔ)上，通過GPRS、射頻識別以及傳感器等，建立物品與網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接，智能化的實(shí)現(xiàn)信息管理、定位、跟蹤、識別以及監(jiān)測。在輸變電設(shè)備智能監(jiān)測中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠有機(jī)的提升設(shè)備綜合性能，對現(xiàn)有智能化監(jiān)測問題加以解決，促進(jìn)國家智能電網(wǎng)的健康發(fā)展?；诖?，本文深入探究基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變電設(shè)備智能監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)，推動輸變電設(shè)備提升智能監(jiān)測水平。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；輸變電設(shè)備；智能監(jiān)測；實(shí)現(xiàn)

前言

目前輸變電設(shè)備在智能監(jiān)測過程中，存在網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，且設(shè)備的通用性以及數(shù)據(jù)共享等方面都存在一定問題，不利于充分發(fā)揮智能監(jiān)測裝置的積極作用?；谖锫?lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備的智能化監(jiān)測，能夠有效提升監(jiān)測質(zhì)量，推動國家智能電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。因此，需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建輸變電設(shè)備的通信體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并合理選擇設(shè)備，同時對輸變電設(shè)備智能監(jiān)測應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)中存在的問題進(jìn)行深入探究。

1.基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變電設(shè)備通信體系結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備智能監(jiān)測，首先要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建輸變電設(shè)備對應(yīng)的通信架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)指的是物與物相互連接的互聯(lián)網(wǎng)，通過GPRS、射頻識別以及傳感器等，按照協(xié)議規(guī)則，可以保持物品和網(wǎng)絡(luò)之間建立連接關(guān)系，對信息實(shí)現(xiàn)通信和交互，智能化的進(jìn)行管理、定位、跟蹤、識別和監(jiān)測等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)有數(shù)據(jù)安全技術(shù)、感知和識別技術(shù)、數(shù)據(jù)分布式與嵌入式處理技術(shù)、數(shù)據(jù)組網(wǎng)和傳送技術(shù)等。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，構(gòu)建三層架構(gòu)體系，包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層，以有效傳輸數(shù)據(jù)，控制路由[1]?；谖锫?lián)網(wǎng)的輸變電設(shè)備通信架構(gòu)體系可見圖1，不同層面對應(yīng)的功能需求也是不一樣的。

1.1應(yīng)用層

架構(gòu)當(dāng)中的應(yīng)用層，主要是通過信息中心、服務(wù)器等全景數(shù)據(jù)平臺，支持輸變電設(shè)備實(shí)現(xiàn)全過程的智能監(jiān)測和管理。應(yīng)用層對應(yīng)平臺當(dāng)中包括了路由器、交換機(jī)等設(shè)備，并主要由通信總線支持平臺內(nèi)部通信。應(yīng)用層要和感知層等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)通信，主要是通過前置關(guān)口設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，以此轉(zhuǎn)換通信協(xié)議，并對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)識別、傳送和接收[2]。

1.2感知層

架構(gòu)的感知層包括了氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)、輸電線路、變電站、電力運(yùn)行、設(shè)備數(shù)據(jù)傳感網(wǎng)絡(luò)以及運(yùn)維數(shù)據(jù)系統(tǒng)等，所以感知層具有多種信息類型，各方面信息都有不同的來源，需要對繁雜信息流加強(qiáng)控制，保證通信網(wǎng)絡(luò)相互之間具有良好協(xié)調(diào)性。

1.3網(wǎng)絡(luò)層

感知層和應(yīng)用層對應(yīng)平臺要實(shí)現(xiàn)相互通信連接，就需要通過網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)，所以，需要重點(diǎn)解決遠(yuǎn)程通信傳送以及多協(xié)議接口等有關(guān)問題。在對前置設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效應(yīng)用基礎(chǔ)上，能夠更有效的轉(zhuǎn)變和變更不同傳感網(wǎng)絡(luò)相互之間的通信協(xié)議，在光纖網(wǎng)絡(luò)支持下，可以有效實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的通信傳送。

2.設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并選擇設(shè)備

2.1設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備智能監(jiān)測，需要合理設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化選擇設(shè)備。感知層對應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)，主要是通過傳感器采集終端數(shù)據(jù)，但是由于通信面積非常廣闊，數(shù)據(jù)類型具有突出的龐雜特性，需要通信數(shù)據(jù)流同時具備橫向和縱向流量通道。網(wǎng)絡(luò)層除了要對感知層分散化、繁雜且海量的數(shù)據(jù)通信需求實(shí)現(xiàn)有效適應(yīng)，還要提升通信網(wǎng)絡(luò)的可控性和可管理性。

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和輸變電設(shè)備相關(guān)特性，文章建立的通信網(wǎng)絡(luò)，其架構(gòu)屬于樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以對廣播風(fēng)暴實(shí)現(xiàn)有效防止，同時可利用網(wǎng)絡(luò)良好的擴(kuò)展性能，更加高效、快速的對網(wǎng)絡(luò)故障實(shí)現(xiàn)隔離處理，確保通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高可靠性[3]。此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬于全面聯(lián)接型網(wǎng)絡(luò)，可以促使主IED設(shè)備彼此之間進(jìn)行分布式設(shè)置、存儲以及計算的時候，能夠以多點(diǎn)對多點(diǎn)形式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，具體可見圖2。

2.2選擇通信設(shè)備

通信設(shè)備可以選擇OSI體系當(dāng)中的路由、交換和傳輸設(shè)備。OSI體系當(dāng)中的交換設(shè)備，帶寬利用效率相對較高，轉(zhuǎn)發(fā)效率也很高，通信協(xié)議比較簡易，但是其二層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)要通過ARP協(xié)議尋找地址，對廣播風(fēng)暴的抵抗能力有待提高。傳輸設(shè)備不管是MSTP還是SDH，其延時性都比較低，可靠性和帶寬都比較高，優(yōu)點(diǎn)比較突出，但是卻不能和本地網(wǎng)絡(luò)相互連接。此體系當(dāng)中的路由設(shè)備，安全性和穩(wěn)定性都比較高，不過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相對較為復(fù)雜，信息轉(zhuǎn)發(fā)率比較低，配置缺乏靈活度，需要通過DHCP中繼還有服務(wù)器等設(shè)備，支持路由設(shè)備順利運(yùn)行。

基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變電設(shè)備智能監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)特點(diǎn)，制定通信組網(wǎng)方案。網(wǎng)絡(luò)層和感知層可以利用便捷且簡單的交換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)二級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建，并且系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能是匯聚信息和接入數(shù)據(jù)。變電站的遠(yuǎn)程控制中心，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和調(diào)度，就要利用路由設(shè)備實(shí)現(xiàn)三層通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，以此達(dá)到控制目的。本地通信在網(wǎng)絡(luò)接入基礎(chǔ)上，匯集感知層末端多個節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)，包括集成化監(jiān)測單元、傳感設(shè)備等，同時轉(zhuǎn)變以及更換通信協(xié)議，映射或者尋找地址，并對多個業(yè)務(wù)邏輯通道實(shí)現(xiàn)相互之間的隔離以及分類等操作。要實(shí)現(xiàn)匯集網(wǎng)絡(luò)，還要建立各個主IED之間網(wǎng)絡(luò)的相互連接，監(jiān)管并匯集接入層流量，同時做好末端設(shè)備的驗(yàn)證以及識別等工作。核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要與資產(chǎn)管理中心、遠(yuǎn)程的變電站控制中心等實(shí)現(xiàn)相互連接，就要依靠信息網(wǎng)絡(luò)，并通過SDH/MSTP實(shí)現(xiàn)信息傳送通道的構(gòu)建，利用PTNI網(wǎng)絡(luò)自身突出的管道劃分功能，在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上構(gòu)建輸變電設(shè)備智能監(jiān)測體系對應(yīng)的業(yè)務(wù)隔離，對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全面采集和處理，識別存儲設(shè)施，區(qū)分服務(wù)并科學(xué)化管理網(wǎng)絡(luò)。

3.基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變電設(shè)備智能監(jiān)測需要解決的問題

我國對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用尚處于初級階段，在實(shí)踐當(dāng)中依舊面臨著諸多關(guān)鍵難題，需要對有關(guān)問題實(shí)現(xiàn)有效解決，以更高效的在輸變電設(shè)備智能監(jiān)測中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，促進(jìn)國家智能電網(wǎng)的科學(xué)建設(shè)和健康發(fā)展。

3.1對基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測技術(shù)加強(qiáng)完善

目前我國輸變電設(shè)備開發(fā)智能監(jiān)測系統(tǒng)過程中，各個物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間還有無線傳感設(shè)備對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)功能渠道之間，通信干擾較為嚴(yán)重，這是系統(tǒng)開發(fā)的主要難點(diǎn)之一。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)缺乏充足的競爭力和完善的自主知識產(chǎn)權(quán)，這在一定程度上也對物聯(lián)網(wǎng)的深層次應(yīng)用產(chǎn)生一定限制作用。目前我國輸變電設(shè)備對應(yīng)智能監(jiān)測技術(shù)依舊存在多個技術(shù)難點(diǎn)，比如怎樣將智能監(jiān)測設(shè)備缺陷或故障發(fā)生率實(shí)現(xiàn)有效降低等問題，都需要加強(qiáng)研究[4]。

3.2解決無線傳感設(shè)備網(wǎng)絡(luò)信息流穩(wěn)定問題

輸變電設(shè)備開發(fā)智能監(jiān)測體系，各種類型的傳感節(jié)點(diǎn)都非常容易出現(xiàn)損壞問題，無線通信比較容易出現(xiàn)信息篡改、泄漏以及受到非法訪問等問題，需要通信和交互方式更加多元化，以此確保電力系統(tǒng)在傳送核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時候能夠更安全可靠。電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，直接關(guān)系到社會發(fā)展，所以需要對無線通信數(shù)據(jù)進(jìn)一步開發(fā)可靠的加密機(jī)制，并加研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對應(yīng)的業(yè)務(wù)認(rèn)證機(jī)制等。

3.3智能監(jiān)測體系和物聯(lián)網(wǎng)要提升標(biāo)準(zhǔn)化

我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前缺乏科學(xué)、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，所以輸變電設(shè)備開發(fā)智能監(jiān)測體系中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，會受到較大限制，甚至一定程度上阻礙了國家職能電網(wǎng)的發(fā)展。當(dāng)前我國智能監(jiān)測設(shè)備在技術(shù)上存在一定局限性，設(shè)備性能具有較大差異性，缺乏一致的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所以智能監(jiān)測系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；耐茝V和應(yīng)用。基于此，我國需要高度重視建立規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)管理水平，針對智能監(jiān)測制定長期規(guī)劃戰(zhàn)略，同時完善的出臺有關(guān)規(guī)定，進(jìn)一步提升智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備質(zhì)量。

3.4從業(yè)者需要加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)

當(dāng)前很多智能監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)人員，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)缺乏深刻的認(rèn)識，思想理念不夠先進(jìn)，專業(yè)技能有待提高，難以有效達(dá)到輸變電智能監(jiān)測系統(tǒng)精細(xì)化管理的相關(guān)需求?；诖?，需要對從業(yè)者加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)，制定系統(tǒng)化的培訓(xùn)計劃和培訓(xùn)制度，促使技術(shù)人員逐步提升自身綜合素質(zhì)。

4.結(jié)束語

要推動國家智能電網(wǎng)的有序發(fā)展，就要重視開發(fā)輸變電設(shè)備智能監(jiān)測系統(tǒng)。目前在該系統(tǒng)開發(fā)當(dāng)中還存在諸多不足，需要積極將現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入系統(tǒng)開發(fā)，從技術(shù)層面提升系統(tǒng)整體性能，全面高效的對輸變電運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測，保證電網(wǎng)系統(tǒng)可以更加安全、可靠的運(yùn)行。目前輸變電設(shè)備智能監(jiān)測系統(tǒng)在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)開發(fā)過程中，還有很多待解難題，需要相關(guān)科技人員和管理部門加強(qiáng)研究，提升物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平。

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作者簡介：李媛媛，1979年生，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ζ髽I(yè)管理、綜合能源等領(lǐng)域