基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力計量系統(tǒng)研究

陳琪，王珊珊，陳丹瓊，章曉君

（國網(wǎng)寧波供電公司，浙江 寧波 315000）

在我國經(jīng)濟(jì)與科技迅速發(fā)展的社會背景下，極大的推動了我國電力領(lǐng)域的發(fā)展，社會競爭力不斷加大，用電需求不斷增多，由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展正面臨著嚴(yán)峻的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。但是，從我國目前電力事業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r來看，與一些西方發(fā)達(dá)國家之間仍然存在一定的差距，具有很大的提升空間。因此，相關(guān)領(lǐng)域必須切實(shí)根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r作出系統(tǒng)的分析與研究，注重提高智能電力計量系統(tǒng)的實(shí)際成效，提高質(zhì)量和效率，切實(shí)優(yōu)化我國聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使其更加具備智能性，高效性，安全性的特點(diǎn)，旨在進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題，推進(jìn)我國電力事業(yè)的可持續(xù)性高效發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景下，智能電力計量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，在我國經(jīng)濟(jì)與科技的支持下，也極大的推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各個領(lǐng)域的兼容性也有了極大的提升，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電力領(lǐng)域的進(jìn)一步結(jié)合，也是現(xiàn)代化社會背景下的一個重要發(fā)展方向。但是，從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，仍然存在諸多的問題，尚未得到有效的解決，特別是與西方之間仍然存在一定的差距，因此，相關(guān)領(lǐng)域必須予以充分的重視。首先，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用范圍與普及范圍兩方面存在一定的不足，我國大部分的企業(yè)仍然在發(fā)展的過程中選擇傳統(tǒng)的發(fā)展模式，發(fā)展理念、發(fā)展模式有著很大的弊端問題，從而導(dǎo)致與時代脫軌的現(xiàn)象，無論是從質(zhì)量角度來看還是效率角度來看都有明顯的不足，對整體的發(fā)展造成了極大的負(fù)面影響。其次，我國的智能電力計量系統(tǒng)本身具有一定的缺陷，主要表現(xiàn)在計量系統(tǒng)的精確度問題上得不到有效的保障，該問題也是當(dāng)前必須重點(diǎn)解決的一個問題之一。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展背景

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的總體概述

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然，是人類不斷追求自由和美好生活的必然，也是人類自身發(fā)展在面臨諸多挑戰(zhàn)時采取的智慧而積極的行動。其應(yīng)用包括環(huán)境監(jiān)測、智能電網(wǎng)、智能家居、智能監(jiān)控、智能交通、智能水系監(jiān)測、智能物流等各個方面，對大眾的日常生活產(chǎn)生了越來越重要的影響。智能電網(wǎng)通過先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備、控制方法以及決策支持系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等目標(biāo)，利用無線嵌入式物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能電力計量，是優(yōu)于民、利于民的技術(shù)性改革，是有利于國計民生的大事件，是促進(jìn)我國電力系統(tǒng)改革和完善的重大助力。與此同時，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的核心與關(guān)鍵，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸與擴(kuò)展，通過進(jìn)一步加強(qiáng)有線與無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)三者之間的有機(jī)結(jié)合，從而更好地保障信息的準(zhǔn)確傳遞，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加具備全面性，多樣性，高效性的特點(diǎn)。近20年來，互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，與科學(xué)技術(shù)和信息化技術(shù)的聯(lián)系度更加緊密，應(yīng)用范圍越來越大，市場也具有廣泛性和良好的前瞻性，給全世界帶來了更大的機(jī)遇與發(fā)展空間。在此基礎(chǔ)上，從我國互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史角度來分析，可以看出互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有運(yùn)營產(chǎn)業(yè)化、應(yīng)用商業(yè)化、互聯(lián)全球化、互聯(lián)寬帶化、多業(yè)務(wù)綜合平臺化和智能化等特點(diǎn)?？梢灶A(yù)見，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用將大大超過互聯(lián)網(wǎng)，將進(jìn)一步改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)、工作、生活和學(xué)習(xí)方式。而物聯(lián)網(wǎng)在電力事業(yè)中的應(yīng)用也同樣具備高效性，其中，智能電力計量系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵組成部分，系統(tǒng)的質(zhì)量將會對整體造成極大的影響，二者相輔相成，相互影響。

2.2 無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景

無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效延伸，也是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景下的一項(xiàng)重大突破與進(jìn)展，極大地提高了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的科學(xué)性，合理性，高效性，安全性，對于進(jìn)一步促進(jìn)效益提升有著積極的意義和深遠(yuǎn)的影響。其中，LPWAN技術(shù)是目前應(yīng)用廣泛的遠(yuǎn)程接入技術(shù)，可用于智能計量電表的實(shí)施，通過進(jìn)一步優(yōu)化智能模塊，優(yōu)化配置，從而更好地實(shí)現(xiàn)無線電力計量系統(tǒng)的升級，主要表現(xiàn)在降低功率能耗、擴(kuò)大應(yīng)用范圍、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、提高精確性，安全性四方面。與此同時，我國目前的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，如WIFI、藍(lán)牙4.0、ZigBee和Z-WAVE。除此之外，在實(shí)際的電力計量系統(tǒng)發(fā)展過程中，LPWAN技術(shù)的優(yōu)勢也十分顯著，發(fā)揮了其特有的價值與優(yōu)勢。通過該技術(shù)可以更好的實(shí)現(xiàn)高密度無線連接，能夠直接性的在配備電網(wǎng)計量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動化的智能電表，大大延長了使用壽命與使用效率。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力計量系統(tǒng)研究

3.1 需求分析

傳統(tǒng)的計量體系在社會發(fā)展的進(jìn)程中逐漸暴露出環(huán)境適應(yīng)能力差、計量精確程度較低、建設(shè)與維護(hù)成本較高等問題。而現(xiàn)如今，在物聯(lián)網(wǎng)時代下，電力部門對計量體系提出了新的需求：

（1）構(gòu)建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：傳統(tǒng)的計量體系由于多廠家的終端標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，使得多廠家設(shè)備集成較難，導(dǎo)致效率低下。因此，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的智能電力計量體系應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一終端標(biāo)準(zhǔn)；確保接口層遵循IEC61968規(guī)范；能夠有效集成多系統(tǒng)，為電力公司提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的應(yīng)用入口，進(jìn)一步提升管理效率。（2）提高適用性與可擴(kuò)展性：傳統(tǒng)的電力計量體系主要針對大用戶，對偏遠(yuǎn)地區(qū)以及環(huán)境惡劣地區(qū)適應(yīng)性較差。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力計量體系應(yīng)當(dāng)預(yù)留接口，實(shí)現(xiàn)靈活配置，能夠兼容各種用電設(shè)備終端，應(yīng)用于各種場景。(3)計量精確：傳統(tǒng)計量體系周期較長且數(shù)據(jù)精確程度較低，因此，應(yīng)當(dāng)在提高自動化程度的同時提高精確程度，確保精確計量。（4）支持多種通信方式：隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，以前的計量體系所搭載的通信方式已經(jīng)無法滿足實(shí)際需求，因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力計量體系應(yīng)當(dāng)適應(yīng)時代發(fā)展，支持RS-485、4G、Wi-Fi、GPRS等多種通信方式，增加智能計量體系的適應(yīng)性，確保傳輸效率。

3.2 設(shè)計方案

（1）關(guān)鍵技術(shù)。首先是RFID:RFID技術(shù)，即射頻識別技術(shù)，該技術(shù)能夠通過無接觸的射頻信號來識別目標(biāo)并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換操作。在智能電力體系中RFID技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)的人工抄表轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊杉?、記錄與管理模式，實(shí)現(xiàn)近距離的通信與傳輸，大大提高了傳輸?shù)陌踩院途_性。其次是LoRa技術(shù)，該技術(shù)最先起源于美國，其擴(kuò)頻方面占據(jù)有力地位，涉及領(lǐng)域極為廣泛，具有遠(yuǎn)距離、低功耗、多節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，于是同時也大大降低了成本，提高了數(shù)據(jù)的安全性，應(yīng)用范圍極為廣泛。

（2）基本架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個模塊，從智能電力系統(tǒng)角度進(jìn)行劃分，可以細(xì)分為智能計量感知層、智能計量網(wǎng)絡(luò)傳輸層、智能計量應(yīng)用服務(wù)層。與此同時，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本構(gòu)架，可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的電能數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程且高效傳輸，可以滿足多樣性的需求，例如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)顯示、協(xié)議轉(zhuǎn)換等。

3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化計量檢定系統(tǒng)概述

（1）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化計量檢定技術(shù)的設(shè)計思路?，F(xiàn)階段，我國的社會發(fā)生了翻天覆地的變化，故而對于智能化計量檢定技術(shù)，也應(yīng)提出更高的要求，從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于電能表的智能化進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合是當(dāng)前電力領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。在實(shí)際設(shè)計過程中，必須樹立良好的前瞻性，綜合分析和考慮實(shí)際情況，根據(jù)具體情況具體分析，可能在簡化模塊的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高智能化和高效化。

與此同時，相關(guān)設(shè)施還必須要進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)重組才能夠?qū)崿F(xiàn)最終的智能化，比如采用激光的傳感技術(shù)等。

（2）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化計量檢定系統(tǒng)的構(gòu)成。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下的智能化計量檢定系統(tǒng)，其軟件與硬件是系統(tǒng)的核心與關(guān)鍵，與系統(tǒng)的優(yōu)良性有著直接性的聯(lián)系。首先，從軟件的角度來分析，其作用主要表現(xiàn)在平臺管理，其次從硬件的角度來看，主要是為檢定的過程提供一個相應(yīng)的工作平臺，總而言之，軟件與硬件二者相輔相成，缺一不可。與此同時，針對整個系統(tǒng)的檢定，必須進(jìn)一步優(yōu)化流程，使得基本單元得到科學(xué)有效的劃分，從而更好的促進(jìn)各個模塊之間的聯(lián)系。

3.4 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化計量檢定技術(shù)方法的分析

（1）自動接拆線技術(shù)方法的分析。一般來說，電能表固定之后，就必須要對其進(jìn)行穩(wěn)定保護(hù)，這點(diǎn)是至關(guān)重要的，必須予以充分重視。在此基礎(chǔ)上，接車線單元環(huán)節(jié)是整個流程的關(guān)鍵所在，對于進(jìn)一步保證電能表的穩(wěn)定性有著極為重要的意義，而最大化的保障能表達(dá)安全性，提高安全系數(shù)。一方面極大的避免了傳統(tǒng)電能表檢定工作過程中的弊端問題，最大化的減少和避免了由于人為原因而引發(fā)的安全隱患。另一方面，有效的減少了人力、物力、財力的支出，提高了整體的工作質(zhì)量與效率。

（2）自動加封技術(shù)方法的分析。加封工作也是智能化計量系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，因此，進(jìn)一步加強(qiáng)安全維護(hù)與檢定工作是當(dāng)前電力企業(yè)發(fā)展過程中必須解決的重點(diǎn)問題與難點(diǎn)問題。從電能表安全事故的角度來看，電能表被違規(guī)進(jìn)行偷盜使用的情況屢見不鮮，相關(guān)領(lǐng)域及相關(guān)工作人員必須予以充分的重視。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用下，能夠更好的通過自動加封技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全維護(hù)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步保證加固的質(zhì)量和效率，最大化的提高電能表的安全性能，優(yōu)化電能表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，保證電能表整體的順利運(yùn)行。

3.5 節(jié)拍仿真系統(tǒng)設(shè)計方法的分析

眾所周知，電能表的檢定工作也是智能電力計量系統(tǒng)中的一個重要組成部分，而節(jié)拍仿真系統(tǒng)設(shè)計方法的分析，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多個領(lǐng)域的有機(jī)結(jié)合。因此，在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計中，具有合理的方式方法是至關(guān)重要的，必須從整體的角度出發(fā)進(jìn)行功能的設(shè)計，避免設(shè)計獨(dú)立性，導(dǎo)致整體的功能得不到切實(shí)的整合，嚴(yán)重的情況下還會導(dǎo)致整個智能電腦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致系統(tǒng)停止運(yùn)行的現(xiàn)象屢見不鮮。而通過節(jié)拍仿真系統(tǒng)設(shè)計方法，可以更好的規(guī)避風(fēng)險系數(shù)，提高安全性能，進(jìn)一步通過細(xì)化仿真和模擬進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題。

3.6 多功能移栽定位技術(shù)方法的分析

通常情況下，智能電力計量系統(tǒng)具備系統(tǒng)性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，且各個電力系統(tǒng)的組成部分也具有極大的關(guān)聯(lián)性，因此對于電力計量系統(tǒng)中的各個操作環(huán)節(jié)與步驟，之間的配合就顯得極為重要。而多功能移栽定位技術(shù)的提出，切實(shí)的解決了緩解復(fù)雜性的問題，極大的避免了由于環(huán)節(jié)復(fù)雜而引發(fā)的不利影響。其中，海綿吸盤式的移栽技術(shù)與高耐壓設(shè)計的技術(shù)是當(dāng)前階段最為常用的兩種技術(shù)，能夠切實(shí)的符合社會發(fā)展的需要。

4 結(jié)語

綜上所述，本文從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景下智能電力計量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀角度作為出發(fā)點(diǎn)，從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的總體概述以及無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景兩方面，簡要的分析和闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展背景，重點(diǎn)的對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力計量系統(tǒng)研究展開了深入的探討，從而更好的保障智能電力計量系統(tǒng)的價值得以最大化的發(fā)揮，更好地保障我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，能夠切實(shí)地滿足當(dāng)今社會發(fā)展的實(shí)際需要，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。