電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)初探

周 江

（國網(wǎng)武漢供電公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以在多種場合滿足智能化電網(wǎng)發(fā)電、變電、輸電、配電以及用電等方面獲取信息的全面性、準(zhǔn)確性以及實時性需求。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的指導(dǎo)下，電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的態(tài)勢感知，有利于規(guī)范電網(wǎng)管理能力。對于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建，可以從感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層入手。

1 感知層概述

1.1 激光測距傳感器

通常，在對輸配電路周圍的一些危險物進(jìn)行測量時，為了能夠準(zhǔn)確判斷周邊物體是否在輸配電線路的安全距離范圍中，需要設(shè)置激光測距傳感器，同時可以將其用于輔助測量線路弧垂等[1]。

1.2 導(dǎo)線溫度傳感器

倘若要實現(xiàn)輸電線路導(dǎo)線在線測溫的目標(biāo)，通常需要設(shè)置導(dǎo)線溫度傳感器。例如，在對終端進(jìn)行測溫時，通常采用微功耗技術(shù)。鋰亞電池的供電方式，可以針對終端單元做好溫度采集，且可以保持5年以上的使用壽命。因此，將微功耗技術(shù)與鋰亞電池技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠有效處理測溫終端單元取電的問題。

1.3 微氣象傳感

微氣象傳感器主要是針對環(huán)境微氣象進(jìn)行感應(yīng)，作為一種在輸電線路上設(shè)置的在線監(jiān)測系統(tǒng)，作用是實施監(jiān)測輸電線路周邊的實際情況，監(jiān)測對象涵蓋氣壓、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向以及氣溫等方面。同時，自動采集的各種數(shù)據(jù)會被系統(tǒng)傳入核心監(jiān)控系統(tǒng)，然后對其進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會及時作出對應(yīng)的預(yù)警提示，同時負(fù)責(zé)人員可以結(jié)合系統(tǒng)給予的預(yù)警信息采取必要的措施進(jìn)行改善。

1.4 智能防盜螺栓

智能防盜螺栓相比傳統(tǒng)防盜螺栓，融入了無線傳感技術(shù)，設(shè)置了智能傳模塊，不僅能夠代替機(jī)械螺栓，而且提升了配電網(wǎng)設(shè)備的防盜力度。

1.5 電壓測量傳感器

測量低壓配電線路的電能質(zhì)量，主要采用電壓測量傳感器，可以作為低壓電力設(shè)備的防盜輔助設(shè)備，一定程度上能夠完善防盜體系。整機(jī)對接入的配電網(wǎng)信號一定要重視電能質(zhì)量檢測工作，同時將其作為一種外部電源，不僅能夠傳輸信號，還可以對整機(jī)供電[2]。

1.6 地埋式震動傳感器

水土流失、土壤震動等因素，會對輸電線路造成巨大危害，因此需要做好對危險性因素的檢測以及報警。為了保障監(jiān)測的準(zhǔn)確性，通常設(shè)置地埋式震動傳感器，全方位探測輸電線路周邊，從而保障探測性穩(wěn)定。安裝過程中，有多重方式可以選擇，如可以用螺栓、捆扎帶等方式進(jìn)行固定。

2 網(wǎng)絡(luò)層概述

2.1 關(guān)于組網(wǎng)實際需求分析

電力傳感器集多種通信技術(shù)于一身，所以從協(xié)議層面來看比較復(fù)雜。尤其是數(shù)據(jù)信息技術(shù)共享、處理、分析以及協(xié)同等方面的實現(xiàn)還有一定難度?；诖?，需要對電網(wǎng)實際運作狀態(tài)進(jìn)行感知，將傳感器設(shè)置對應(yīng)的電力設(shè)備上，以便及時搜集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)娇刂浦行腫3]。從我國電力環(huán)境實際情況入手，首要解決的問題是要滿足感知層的各種需求?；诖?，從電力傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對象角度來看，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)當(dāng)具有如下標(biāo)準(zhǔn)。

（1）無線通信終端多。通常，城市電力系統(tǒng)涵蓋微型用戶區(qū)數(shù)量成千上萬，而監(jiān)控系統(tǒng)必須要將所有用戶覆蓋，意味著要有足夠量的傳感器節(jié)點配置到對應(yīng)的區(qū)域，從而提升數(shù)據(jù)采集的效率。

（2）涉及的數(shù)據(jù)傳輸量大。各種設(shè)備用電的實際情況和相關(guān)信息需要通過傳感器節(jié)點進(jìn)行發(fā)送，在這個過程中需要保持周期性。這是因為傳感器節(jié)點的數(shù)量本身較多，對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)所要承載的傳輸數(shù)據(jù)量就會更大，必須配置對應(yīng)的設(shè)備，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙场?/p>

（3）對實時性要求較高。電力傳感器網(wǎng)絡(luò)自身運行和所要控制的數(shù)據(jù)信息較大，而對應(yīng)的電力控制中心系統(tǒng)必須及時接收到信息才能工作，才能確保系統(tǒng)能夠有效分析運行態(tài)勢，以便及時發(fā)現(xiàn)故障予以解決。

2.2 核心網(wǎng)側(cè)構(gòu)建的分析

傳感器入網(wǎng)并與無線設(shè)備實現(xiàn)連接，主要是通過一些直接方式或者網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)。同時，需要承載網(wǎng)絡(luò)通過交互網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器進(jìn)行連接。以移動核心網(wǎng)為載體，與后臺的智能電網(wǎng)應(yīng)用平臺服務(wù)器（MTC Server）進(jìn)行對接。由于MTC Server智能電網(wǎng)需要提供有效管理能力和控制能力，因此需要傳感器終端能夠快速接入對應(yīng)的信息，包括接入位置的具體方位、離線的具體時間、接入的具體時間等。考慮到這些信息對設(shè)備的要求，可以通過MTC Server對各種狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而保障其精準(zhǔn)性。

3 應(yīng)用層概述

根據(jù)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)的需求，感知層需要將感知的信息做對應(yīng)處理，以進(jìn)一步實現(xiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用。

3.1 輸電線路多維感知

輸電線路多維感知作為一種在線多維度感知系統(tǒng)，主要用于高壓架空輸電線路的監(jiān)測。因為高壓輸電線路容易在一些因素影響下如微風(fēng)情況下，出現(xiàn)導(dǎo)線風(fēng)偏、導(dǎo)線振動等問題，嚴(yán)重時會出現(xiàn)斷股。特別需要注意，高壓輸電線路在強(qiáng)風(fēng)條件還可能出現(xiàn)“線路強(qiáng)烈舞動”的問題；低溫天氣可能會導(dǎo)致高壓輸電線路出現(xiàn)結(jié)冰情況，而最容易結(jié)冰的區(qū)域是桿塔拉線。一旦區(qū)域結(jié)冰，那么隨即可能就出現(xiàn)不平衡問題，甚至?xí)?dǎo)致桿塔出現(xiàn)傾斜或者倒塌情況。

因此，需要在整個輸電線路中設(shè)置MEMS加速度傳感器節(jié)點、多功能骨干節(jié)點等，同時需要泄露電流傳感器節(jié)點設(shè)置在高壓桿塔上，與通信骨干節(jié)點進(jìn)行組合，形成一個完整的智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)（見圖1），以對上述各種危害因素進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)警。

3.2 關(guān)于輸電、變電、配電巡檢系統(tǒng)配置的分析

從實際情況來看，輸電、變電、配電巡檢系統(tǒng)涵蓋的因素很多，所以相關(guān)維護(hù)工作也較有難度。將RFID標(biāo)簽與無線傳感器結(jié)合，可以實現(xiàn)實時觀察和記錄。例如，設(shè)備的實際運行狀態(tài)、異常狀態(tài)、破壞情況以及性能降低等，都可以及時被記錄與觀察[4]。同時，輸電、變電、配電巡檢系統(tǒng)能夠處理數(shù)據(jù)，并智能化評估可能存在的隱患。輸電、變電、配電巡檢系統(tǒng)的實際部署，見圖2。

基于RFID射頻識別技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠監(jiān)控巡檢人員是否達(dá)到現(xiàn)場、是否按照預(yù)定路線進(jìn)行巡視等，加之融入了狀態(tài)監(jiān)測傳感器和環(huán)境信息，從而可以對設(shè)備工作狀態(tài)與環(huán)境、巡檢人員的實際工作狀態(tài)信息進(jìn)行精準(zhǔn)確認(rèn)，提升巡檢工作的效率與質(zhì)量。

圖1 智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)

圖2 輸電、變電、配電巡檢監(jiān)測系統(tǒng)

4 結(jié) 論

電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中會涉及很多傳感器、終端以及系統(tǒng)的研制與完善，從而為各方面數(shù)據(jù)采集提供便捷的平臺，一方面降低電力物聯(lián)網(wǎng)感知方面的成本，另一方面可以為智能電網(wǎng)各類數(shù)據(jù)開發(fā)及應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。隨著電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，后續(xù)研究與建設(shè)應(yīng)該著力于跨專業(yè)融合，從而為電網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營以及管理提供更加科學(xué)、智能的支撐。