物联网技术在输变电设备状态监测中的应用.pdf

第 2 7卷第 3期 2 0 1 2年 9月 电 力 科 学 与 技 术 学 报 J oURNAL OF EI E CT RI C P0W ER S CI ENCE AND TECHNOLOGY Vo I 2 7 NO 3 S e p 2 01 2 物联 网技术在输变 电设备状态监测 中的应 用 曹一家 ，何 杰 ，黄小庆 ，张志丹 ( 湖南大学 电气与信息工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 8 2 ) 捅 要 ： 智 能电网是物联 网应用 的最重要领域之一 在分析物联 网概念及研究 热点 的基础 上 ， 初 步探讨 物联网在 智能 电网中输变电设备在线监测 、 电动汽车 和智能家居 的应用前景 ， 以输变 电设备智 能监测 、 状态评估 和全寿命周 期管理为背景 ， 提 出包括智能感知层 、 数据通信层 、 信 息整合层 和智 能应用层 的输变 电设备 物联 网体 系架构 ， 并详 细探讨体系架构 中所涉及到的若干关键技术 ， 主要 包括一体 化智能监测装 置 、 编码 和标识体 系 、 通信 技术 、 全景信 息建模 、 信息处 理技 术、 全寿命周期管理 、 安全威胁 与措施 以及标准化 ， 指 出这些技术 的研究方 向和存 在问题 关 键 词 ： 物联网 ； 智能 电网； 输变 电设 备在 线监测 ； 体系架构 ； 全寿命周期管理 中 图分类号 ： T P 2 7 7 ； T M 4 ； T M6 4 文献标识 码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 3 9 1 4 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 1 6 1 2 App l ic a t io n o f t he int e r ne t o f t hin g s t e c hn o l o g y in p o we r t r a n s m is s io n e q u ipm e n t s c o n dit io n m o nit o r ing CAO Yi j i a，HE J ie ，HUANG Xia o q in g，ZHANG Z h i d a n ( Co l l e g e o f El e c t r ic a l a n d I nf o r ma t io n En g in e e r in g，Hu n a n Un iv e r s it y，Ch a n g s h a 4 1 0 0 8 2，Ch in a ) Ab s t r a c t ： Sm a r t g r id is o ne o f t h e m o s t im p or t a nt a p pl ic a t io n f ie l d s in t he in t e r n e t o f t hi ng s ( I OT) On t h e b a s is o f i n t e g r a t e d a n a l y s is o f b a s ic c o n c e p t a n d r e s e a r c h h o t s p o t o f I OT，t h e p a pe r p r e l im in a r y s t ud ie s t h e a pp l ic a t io n p r os pe c t s o f l OT i n o n - l ine mon it o r ing of po we r t r a n s m is _ s io n a nd di s t r ib ut ion e q ui pm e nt ，e l e c t r ic v e hic l e a n d s ma r t ho m e The n，wi t h int e l l ige nt mon it o r in g，c on dit io n a s s e s s m e n t a nd l i f e c y c l e m a n a g e m e nt o f t r a ns mis s io n a n d d is t r i but i on e qu ipme n t a s ba c kg r o un d，a r c hi t e c t ur e of t he int e r ne t o f po we r t r a ns mis s io n a nd d is t r i but i on e q uip m e n t is pr o po s e d，inc l ud ing i nt e l l ige nt pe r c e p t io n l a y e r ，d a t a c o m mun ic a t io n l a y e r ，in f o r m a t i on in t e g r a t i on l a ye r，s ma r t a pp l ic a t io n l a ye r Ke y t e c h no l o gi e s，s uc h a s i nt e gr a t e d int e l l ige nt m o nit o r ing de v ic e，c o di ng a n d l a be l ing s y s t e m ， c o m m u nic a t i on t e c hn ol o g y，pa n or a mic inf or m a t io n m o de l in g，in f o r ma t io n p r o c e s s in g，l if e c y c l e ma n a g e me n t ，s e c u r i t y p r o b l e ms a n d s t a n d a r d iz a t io n，a r e f u r t h e r d is d u s s e d in d e t a il An d t h e n r e s e a r c h d ir e c t io n s a n d e x is t in g p r o b l e ms o f t h e s e t e c h n o l o g ie s a r e f ina l l y gi ve n 收稿 日期 ： 2 0 1 2 一O 7 1 0 基金项 目： 国家高技术研究发展计划( “ 8 6 3 ” 计划 ) ( 2 0 1 1 AA0 5 A1 2 0 ) ； 国家 自然科学基金 青年基金 ( 6 1 1 0 4 0 9 0 ) ； 湖南 省研究 生科研创新基 金 ( C X2 0 1 1 B 1 4 4 ) 通讯作者 ： 曹一家 ( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 博士， 教 授， 博士生导师 ， 主要从事电力系统稳定与控制 、 电力 市场运营及信 息技术在 电力 系统 中应 用的研 究 ； E - ma i l ： y j c a o h n u e d u e n 第 2 7卷第 3期 曹一家 ， 等 ： 物联 网技术在输变 电设备状态监测 中的应用 l 7 Ke y wo r d s： in t e r n e t o f t hi ngs ；s m a r t g r id；o n l ine m o nit or i ng o f p o we r t r a ns m i s s io n a n d di s t r i bu t i on e q u ipme nt ；a r c h it e c t u r e；l if e c y c l e ma na g e m e nt 物联 网 ( I n t e r n e t o f Th in g s ， 1 0T) ， 即“ 物 物 相 连 的互 联 网” ， 被 视 为 继计 算 机 、 互 联 网之 后 的下 一 次信息技术浪潮和新技术的引擎自 2 0 0 9年 以来 ， 物联网受到各 国政府 、 企业和学术 界的高 度重 视 ， I B M 首次 提 出 了“ 智慧 地球 ” 的 概 念 ， 并 正 式被 提 升 为 美 国的 国家 战略 1 ； 在 欧洲 ， 欧盟 发表 了 I n t e r n e t o f T h in g s An a c t i o n p l a n f o r E u r o p e 的物 联 网 行 动 方案 ； 韩 国通 信 委 员 会 出 台 了 物 联 网基 础 设 施构建基本规划 3 ； 日本政府则将 2 0 0 4年推 出的 “ u - J a p a n ” 计划升级为新一代 的信息化战略 i - J a p a n St r a t e gy 2 01 5 中 国 自从 2 0 0 9年 温家 宝 总 理 在 无 锡 视 察 时 提 出 “ 感 知 中 国” 后 ， 物联 网相 关 技 术 成 为 了 国家 、 企 业 和高校 重 点 研 究 和 支 持 的对 象 2 0 1 0年 ， 物 联 网 被写进政府工作报告 ， 确立 为五大新兴 国家战略产 业之一 ， 中国“ 十二五” 规划明确提 出， 物联 网将会在 智 能 电 网 、 智 能交 通 、 智 能 物 流 等 十 大 领 域 重 点 部 署 5 ； 中科 院上 海 微 系 统 与 信 息 技 术 研 究 所 、 清 华 大 学 、 北 京 邮 电大 学 、 东 南 大学 、 南 京 邮 电 大 学等 科 研 单位 在无 锡成 立 了“ 物 联 网研 究 中心 ” ， 对 物联 网的技术和应用做 了相关的探讨 7 近年来 ， 智 能电网( S ma r t Gr id ) 已经在各个 国 家 开展 了研 究 及规 划 9 - ii ， 不 同 国家 的 电 网企 业 和 组 织都 以 自己的应 用 为 出发 点 ， 对 智 能 电 网进 行 研 究和实践 中国学者 和相关机构对智 能电网在 中国 的定位与规划也做了相关研究 1 。 ， 最终公认 的一 个定义是以物理 电网为基础 ， 将现代先 进的传感测 量技术 、 通讯技术、 信息技术 、 计算机技术 和控制技 术 与物 理 电网 高度集 成 而形成 的新 型 电 网 智 能 电网 的实现 ， 首先 依赖 于 电 网 6个 环节 ( 发 电 、 输 电 、 变 电 、 配 电 、 供 电和 调 度 ) 重 要 运 行 参 数 的 在线监测和实时信息掌控 以及设备的智能化 ， 物联 网以其强大的信息采集和交互能力 ， 是智能电网“ 智 能信息感知末梢” 不可或缺的基础环节 ， 将渗透到发 电环节的接入到检测 ， 变电的生产管理、 安全评估与 监督 ， 配电的 自动化 ， 用电的采集 以及营销等各个环 节 ， 在电网建设、 生产管理、 运行维护、 信息采集、 安全 监控、 计量应用和用户交互等方面将发挥巨大作用 笔者在分析物联网应用于智能电网不 同领域的 基础上， 针对输变电设备智能监测和全寿命 周期 管 理的应用 ， 分析输变电设备物联网的体系架构组成， 在此基 础 上对涉 及 到 的一 体 化 智 能监 测 装 置 、 编码 和标识体系、 全景信息建模 、 全寿命周期管理等多项 关键技 术进 行分 析讨 论 ， 具 有 较 重要 的 参考 价值 和 意义 物联 网的原理和技术 1 I物联 网的定 义 “ 物 联 网 ” 概 念 是 2 0 0 5年 由 国 际 电 信 联 盟 ( I TU) 发布 的 I T U 互联 网报告 2 0 0 5 ： 物联 网 1 正 式 提 出 ， 报 告 指 出 物 联 网 是 互 联 网应 用 的延 伸 ， “ R F I D、 传感 器技术 、 纳 米技术 、 智 能嵌入 技 术 ” 将是 实现物联网的四大核心技术 ， 2 0 0 9年， 自 I B M 提出 “ 智 慧 地球” 后 ， 发 展 物联 网被 迅 速 纳入 不 同 国家 的 重 大信 息发展 战 略 中 物 联 网发 展 至今 ， 国际 上 仍未 有 一 个 明确统 一 的定 义 2 0 0 9年 ， 欧 洲 物 联 网 项 目战 略 研 究 议 程L 2 ( C E R P I OT S R A) 中定义 “ 物联 网” ： 是 未 来 互联 网 不 可分 割 的一 部分 ， 是一 个动 态 的全球 网络 架构 ， 它 具备基于一定的标准和应用的通信协议的 自组织能 力 ， 其 中物理的和虚拟的“ 物” 均具有身份标识 、 物理 属性 和虚 拟特 性 ， 并 应 用 智 能 接 口可 以无 缝链 接 到 信息网络 目前 ， 中国对物联网的定义 1 ： 利用各种 信息传感设备 ， 如： 射频识别装置、 红外传感器、 全球 定位系统 、 激光扫描等种 种装置与互联网结合起来 而形成一个巨大网络 ， 其 目的就是让所有的物 品都 与 网 络 连 接 在 一 起 ， 方 便 识 别 和 管 理， 其 中， “ M2 M” 1 7 j ( Ma c h in e t o Ma c h in e ， 机 对机 ) 和 CP S ( C y b e r p h y s ic a l s y s t e m， 信 息 物 理 融 合 系统 ) 是 物 联 网的两种 重要应 用形 式 1 2物联 网的 技术 在 2 0 0 5年 I T U 互 联 网报 告 中， 重 点 提 及 了 物 联 网的 4种关键应用技术标签事务的 R F I D技 术 、 感知事务的传感器技术、 思考事物 的智能技术 、 微缩事物的纳米技术 ， 中国物联 网技术 的研究热点 则主要集 中在感知标识技术、 通信网络技术和信息 处 理技术 感知标识技术是支撑物联 网应用的基础 ， 实现 物理世界发生的物理事件和数据的感知识别 ， 主要 1 8 电 力 科 学 与 技 术 学 报 包括 智 能 传 感 器 、 无 线 射 频 识 别 ( RF I D) 1 、 二 维 码、 电子代码( E P C ) 2 、 R u b e e 2 等技术 ； 通信网络 技术则是实现感知识别信息的高可靠性和安全性的 传输 ， 网络包括 了传感器网络 2 引、 无线 自组织 网络 ( Ad - h o c ) 、 以互联 网协 议 版本 6 ( I P v 6 ) 为核 心 的下 一 代网络 2 等 ， 通信技术包括 了无线保真 ( wi F i) 、 近 场通 信 ( NF C ) 、 超 宽 带 ( UWB ) 、 Z ig B e e 、 蓝 牙 、 全 球微波互 联 接人 ( wiMAX) 、 通 用无 线 分 组业 务 ( G P R S ) 、 3 G等 ； 物联 网 大规模 应 用 后 ， 面 临 着 海量 信息的融合 、 存储 、 挖掘、 知识发现等重大挑战， 研究 以 “ 云计算 ” 2 为 代 表 的 信 息处 理 技 术 将 是 物 联 网 海 量信息 高效 利用 的核 心支撑 2 物联 网在智能 电网中的应用 目前 ， 物 联 网 已经在 公 共服 务 、 物 流零 售 、 智 能 交 通 、 安全 、 家居 生 活 、 环境 监 控 、 医疗 护理 、 航 空航 天 等 多行业 多领 域得 到应用 2 。 ， 涵 盖 了工 业 、 环 境 和社 会 的各个 方 向 ， 智 能 电 网则 是 物联 网应 用 的 最重 要领 域之一 2 1输 变 电设备在 线监 测 由于输变电设备种类多、 数量大 ， 导致设备的信 息来 源 多种多样 ， 获 取 的方法也 各不 相 同 ， 再加上 设 备评 估决 策技 术 的参 差 不 齐 ， 输 变 电设 备 的运 行 状 态对 电网安全 运行 影 响 比较大 ， 据 中 国 国家 电 网安 全运行分析报告 ， 2 0 0 1 2 0 0 9年 ， 中国受 自然灾害 影响和设备 自身故障导致电网事故 占当年总事故的 4 8 8 1 物联 网技术 的引入可以提高设备可用 率 ， 降低设备状态检修的盲 目性与风险性 ， 实现设备 优 化管 理 ， 从 而解 决 输 变 电设 备 在线 监 测 性 能水 平 和 统一 规 范标准 监i贝 4 体 系两 个 问题 输变电设备物联网是一个在物理空间和信息空 间具有强关联性和高度混杂性的网络 ， 是智能电网 由系 统智 能化 向设 备智 能 化 的延 伸 利用 物 联 网的 “ 智能信息感知末梢” 相关技术 ， 可 以提高设备 的在 线监测性能水平 ， 满足智能电网对设备状态信息的 准确 获取 与 网络化 交 互 的需 要 ； 利 用 物 联 网技 术 的 标 准 化建 设 ， 研 究 输 变 电设 备 信 息模 型 、 网络 架 构 、 感知体系、 通讯模型与接 口规范、 网络与信息安全等 问题 ， 将实现输变 电设备信息体系、 监测体 系、 评估 体系和管理体系的统一规范， 更好地为设备的全寿 命周 期 管理服 务 2 2 电动汽 车 随着一 次能 源 中非 再 生能源 的 日益枯竭 以及智 能电网的发展 ， 电动汽车等分布式新能源将成为智 能电网建设 的重要组成部分 ， 能充分实现电网调峰 和调价处理， 为能源的合理利用起到积极作用 将物 联 网技 术 中 的 新 一 代 I T 技 术 引 入 到 电 动 汽 车 应 用 ， 通过 在 电动 汽 车 、 充 电 电池 、 充 电设 施 2 ( 充 电 桩和充电站) 中加入智能传感器和电子标签 ， 可以对 电动汽车的位置和运行状态、 充 电电池的性能和寿 命 以及 充 电设施 的 运行 和 调 度 进行 实 时感 知 ， 实 现 城市的全面覆盖 ， 而且物联 网投资相对较低 ， 通信网 络 拓扑 自主灵 活 ， 具 有很好 的适 应性 和扩展 性 物联 网技术 应用 于充 电设 施 的调度 和计 量计 费 如图 1 所示 ， 电动汽车的配置智能传感器和电子标 签 ， 通过 物联 网无 线技 术 将 信 息 发送 到充 电设 施 调 度平台， 调度平台根据电动汽车充 电数量、 汽车的运 行状态( 车 速、 位置、 路程等) 和充 电设施使用情况 ( 位置 、 充 电车位 等) ， 合 理安 排 汽车充 电的时间和地 点 2 。 ， 提高服 务质 量 电 动 汽 车 电动 汽车用 户 堡 皇 = f 费 用 1信 息 鞋 埙 n 茕 冠 图 1 基 于物 联 网 的 充 电设 施 调 度 和 计 量 计 费 系统 Fig ur e 1 Ch a r ging f a c il it ie s dis p a t c h，me t e r ing a n d b il l in g s y s t e m b a s e d o n l OT 当电动汽车进入充电桩一定范 围内， 通过 电子 标签 ， 充电站内的阅读器读取用户的身份信息( 身份 证 号码 、 电话 、 住址 、 银 行 账 户 ) ， 并 和感 知 的 电池 充 电所需的电量时间等信息一起上传至充电站收费系 统 ， 系统计算出充电费用 ， 通过结算 中心实现 自动付 费 结算 中心通过短消息的形式将消费信息发送 到 用 户手 机上 ； 同时 ， 用户 也可 通过 I n t e r n e t 查询 自己 账户信息 物联 网技术 除 了应 用 于 充 电设 施 管 理 上 ， 在 充 2 0 电 力 科 学 与 技 术 学 报 接 人 根 据信 息 的上传过 程 ， 输 变 电设 备物 联 网的数 据通信层包括传感器网络层、 变 电站层 、 供 电局层 ， 如 图 3所示 表 1 输 变电设备运行信 息和全寿命资产信息 Ta b l e 1 0p e r a t io n in f o r ma t io n a n d l if e a s s e t in f o r ma t io n of t r an s mis s ion a nd dis t r ibu t ion e qu ip m e nt 监测对象 监测参数 车 ir 变 电设备全景信息集成 平台 供电局计算机监控系统 变电设备状态I I 变电 输电设备 l l输电设备状态 信息 服务器 I 1 资产信息中间件l f 信息服务器 供电局层 变电站 S C A DA系统 l 1 嗪 变电站层 输 电线路 智能监测 终端 l 输 电线路 智能监测 终 端 3 输 电线路 智能监测 终端 2 输 电线路 智能监测 终端 4 电设备传感器 网络 输电设备传感器 网络 E P C 电子 标签 传感器 网络层 图 3数 据通 信 层 网络 结构 Fi g u r e 3 Ne t wo r k s t r u c t u r e o f d a t a c o mmu n i c a t i o n l a y e r 传感 器 网络层为智能监 测装 置 ( 智 能传感器、 E P C电子标签等) 提供网络接入功能、 移动性管理等， 将设备状态信息通过光纤、 宽带电力线载波或短距离 无线 通信技术送 到智能终端进 行数据初 步处理 变 电站层 和供 电局层 是基 于 I P统 一 的高性 能 、 可扩展 网 根据变电站电压等级 ， 变电站层的变电设 备智能终端采用串口通信、 L o n Wo r k s 、 C AN或光纤 将信息上传至变电站计算机监控系统 ； 而输 电线路 智能 终端 则 通 过 接 口转 换 连 接 光 纤 复 合 架 空 地 线 ( OP G W ) 、 自承 式 光 缆 ( AD S S ) 、 电力 数 据 通 信 网 ( S P Tn e t ) 或 电力无 线专 网 ， 将 信 息上 传 至 变 电站 计 算机监控系统 ， 另外考虑兼容性和扩展性 ， 输电线路 的信息也可以通过移动公网 G P R S 、 3 G网络直接上 传至输变 电设备全景信息平 台 供电局层的网络因为要负责所辖 区域所有变电 站 和输 电线路 的信 息 汇集 传 输 ， 因此 需 采 用光 纤 组 网， 通过电力数据通信 网连接输变 电设备全景信息 平 台 ， 实现信 息 的纵 向交 互 3 3信息整 合层 输变电设备物联网全景信息集成平 台( 图 4 ) 作 为信息 整合层 的信 息 处 理 中 心 ， 采用 面 向服 务 架 构 S OA及 企 业 级 服 务 总 线 ， 提 供 信 息 的标 准 接 入 、 we b服务 、 业 务 服 务 接 口等 功 能 ， 通 过 对 多 源 异 构 数据( 输变电设备监测数据 、 生产管理系统数据、 调 度运行信息、 公共安全信息 、 人工补录信息) 的特征 提取 、 挖掘 、 关联 等方 法 ， 实 现 海 量 数据 纵 向整 合 和 横 向集 成 的全景 应用 ， 支撑设 备 的全 寿命周 期 管理 图 4全景 信 息 集成 平 台技 术 框 架 F ig u r e 4 Te c h n ic a l f r a me wo r k o f p a n o r a mic inf or ma t io n int e g r a t ion p l a t f or m 冰测能感 覆监智传 缘监智传 器 绝子测能感 塔测能感 杆监智传 线 测传 褴 子签 电标 雷监智传器 避器测能感 感 监智传器 互器测能感 路 监智 传器 断 器测能感 压监智 传器 变器 测能感 22 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2 0 1 2年 9月 虽然物联网技术还未在电力资产优化管理方面 得到应用 ， 但已在物流监控、 仓储管理等领域应用并 取得效果 的物联网标识技术 E P C， 为输变电设备编 码 的优化提供了新的思路和技术手段 但 E P C在应 用到电力行业的过程中， 需要结合 国家电网、 南方电 网公 司对设 备资 产 的 归属 和 类 型分 类 方 式 ； 编码 应 关联 现有 电力设备 编码 ， 符 合 物 联 网下 的编 码 规则 和 电力行 业 中的编码 规范 E P C是 E P C Gl o b a l 用 来 标 识 目标 的 特 定 代 码 ， 有 6 4 ， 9 6和 2 5 6位 3种 3 ， 具体结构如表 2所 示 输变电设备物联 网编码应在分析设备全景信息 中哪些能由编码进行索引感知 的基础上 ， 选择合适 的 E P C代码 及编 码方 案 ， 既 能包括 南方 电 网编制 的 电网设备信息分类与编码 所有信息 ， 也能提供足 够的空间给设备全寿命周期管理应用所需要的其他 信息 另外 ， 编码方案 的实现 ， 还需要参照现有互联 网 和万维 网 的标识 架 构 ， 并 考 虑 到 设 备编 码 和后 台 解析、 信息服务 以及 I P v 6等影射 问题 ， 建立一个适 应于电力系统环境的标识体 系， 以解决设备标识码 量化、 识别等问题 ， 为新的编码方案实际应用于输变 电设备物联网提供技术支持 表 2通 用的 EP C 编 码 结 构 Ta b l e 2 Ge ne r a l EPC c od ing s t r u c t u r e 编码方案 编码类型 标头域名管理者对象分类序列号 I 2 2 1 1 7 2 4 EPC一6 4 2 1 5 1 3 3 4 2 2 6 1 3 2 3 EPC一9 6 I 8 2 8 2 4 3 6 在输变电设备物联网的编码方案和标识体系实 现中还需要考虑： 编码的实施与应用是一项复杂 的工作 ， 需工 程 实 践 和 时 间 完 善 ( 如巡 检 人 员 的 参 与) ； 编码数据库的编制工作需要跟随编码的完善 同时进行 ； 鉴 于电力行 业 的特殊性 ， 在 编码 实现 中， 标识体系的安全需 重点考虑 ， 包 括标 签数据加 密 、 读写器权限、 数据库的部署 、 病毒防范 、 异常处理 等 方面 4 3通信技 术 物 联 网典 型 通 信 方 式 3 主 要 包 括 “ 物 与 物 ” ( T h in g t o t h in g ，M2 M 是 其 中一 种 代 表 形 式 ) 和 “ 物与人” ( Th i n g t o p e r s o n ) 2种， 输变 电设备物 联 网应用这 2种方式 ， 能够解决 ： 相关联设备能够在 前端进行两者运行状态之 间的“ 对话” ， 实现设备联 动保护 ， 如 1台主变压器油温出现不正常升高 ， 相对 应 的断 路器或 主 变保护 设备根 据 升温情况 进行 报警 或切换至备用变压器 ； 在 电力系统的站级遥控技 术相对成熟的基础上 ， 进一步提高设备级的远程控 制性能 ， 实现运行人员能够根据设备运行状态诊 断 结果对一次设备 的远程操作 通信是实现输变电设备状态监测状态化 、 互 动 化 、 智 能化 的基 础 ， 它为状 态监 测 中心 与状态 监测设 备提供高速、 透明、 可靠的通信链路， 实现数据信息 和控制信息的双向传递 、 路由和控制 输变电设备物 联网的通信技术研究主要有 2个方面 1 )无线 、 有线 网络传输技术 的进步 如果将变 电站到供 电局再到省级平台的电力数据通信网整看 成输变电设备物联网的骨干网络， 那么它 的末梢网 络则 由各种 不 同形 式 的有 线 或 无 线局 域 网所构 成 ， 其中无线通信技术是这些局域网中最需要完善的技 术 ， 包 括 3 G， 3 5 G MMD S ， W L AN， UWB， WiMa x ， Z ig b e e ， 低速低功耗通信( 8 0 2 1 5 4 ) ， I S A1 0 0 ， wir e l e s s HAR T， 基 于 I P v 6的 WP AN等 2 )在 网络架 构和管 理方 面 需要 解决 有 线 和无 线网络集成技术 ， 实现透明无缝连接 ， 异构网络融合 和 自治 ， 并能实现 自愈和 自组织的层次组 网结构 如 站 内值班人员 、 继保人员或检修人员能够方便迅速 地在不同地点访 问设备全景信息 另外 ， 在 发展 适 应 于 电力 系 统 的无 线 通 信 技术 基 础上 ， 输变 电设 备 物联 网还 需 要 建立 一 个 通 信 和 网络架构 ， 能够融合现有输变 电设备监测 的多种通 信、 网络技术 ， 以及具有应用前景的新型有线、 无线 通信技术 ； 能够适合各类感知方式 、 解析架构 以及未 来可用的网络计算处理， 从而使输变电设备物联 网 具备很好的兼容性和扩展性 4 4全景 信 息建模 设备全寿命周期管理所需的输变 电设备信息具 有多源、 高度异构的特征 ， 不但包括了输变电在线监 测数据， 还需要生产管理数据 、 调度运行数据以及公 共安全信息等的基础数据 ， 这些多源数据分散在不 同的系统中 ， 彼此之间缺乏联系、 信息共享不足 ， 没 有进行 有 效 的整合 、 集成 ， 更没 有将 在线 监测数 据和 I 皿 6 5 2 一 C P E 2 4 电 力 科 学 与 技 术 学 报 4 6 全 寿命周期 管理 智 能 电 网的快速发 展带 动输 变 电设 备资 产规模 的迅速扩大，而随着 国际上资产管理进入 以资产全 寿命周期管理为核心的综合管理阶段 ， 输 变电设备 迫 切需要 采取 以“ 集 约化 管理 、 精益 化 管 理 ” 为 目标 的资产全 寿命 周期 管理 ， 来 改变 以往 重设 备轻 资产 、 重 投入 轻产 出的 资产管 理方 式 输变电设备全寿命周期管理需要从信息服务体 系、 管理决策体系、 技术支撑体系、 资源管控体系和 规范标准体系 5个方面， 综合现有数据和基于物联 网技术的监测数据 ， 分析全寿命周期管理展现所涉 及 的实时 状态评 价 、 事故风 险预警 、 智 能诊 断等业 务 种类 ， 按合 适 的粒度 进行 服务抽 象 ， 从 而建 立起 全寿 命周 期管 理 机 制 来 规 范 输 变 电全 寿 命 周 期 管 理 模 式 ； 建立全面、 可行 的资产管理绩效评估考核体系 ， 来 衡量 全寿命 周期 管 理 工 作 的效 率 和 效果 ， 促 进 资 产 全生命 周 期 管 理 策 略 和 相 关业 务 流 程 的持 续 改 进 ， 最 终达 到从设 备 的规划 、 设计 、 制造 、 选 型 、 采 购 、 安 装 、 运行 、 维修 、 改 造 、 报 废 、 更 新 乃 至环 境 保 护 等 整 个价 值链 的输 变 电全寿命 周期 管理 目标 4 7 安全 威胁 与措 施 物联网作为诸多技术综合交叉领域 ， 其安全 问 题 s 船 尤 为突 出 输变 电设备 物联 网 中的安 全威 胁 主要 包括设 备 安全 、 数 据 传 输 安全 、 数据 接 收安 全 、 数 据存储 安全 以及设 备操 作安 全 1 )设备安全 接入的智能监测装置不能对现场 电气设 备安 全运行 产 生 影 响 ， 不 能影 响 电力 通 信质 量 ； 装置本身应能及时升级软件补丁， 具备病毒入侵 检 测手 段和 足够 的抗 病 毒 能力 ； 为 了 防止 自然 和人 为的破 坏 ， 延 长使 用寿命 ， 监 测装 置可 以采取 一定 的 防护措 施 ( 防护 罩 、 防护 网) 2 )数据传输安全 无线通信是输变电设备物联 网最主要的通信安全问题 ， 在资源受限、 电力系统特 殊 环 境下 ， 为 了应对无 线通 信 的安全 问题 ， 需要灵 活 应用数据加密( 链路加密 、 节点加密和端到端加密) 、 扩频 技术 、 序列 抗 重播 、 D o S攻 击或 物 理 隔 离 ( 隔离 网关 ) 等 安全措 施 ， 在 保证 异构 多源数 据不 同实 时性 基础上 ， 提供更高效和可靠 的保护 3 )数据接收安全 智能终端 、 监控中心或集成 平台在解密上传数据后 ， 需要提供有效性 、 完整性等 检验 ， 对 无效 的数 据应 采取相 对应 的措施 ， 比如令对 方设 备监 测 l E D重新 发送 等 4 )数 据存 储 安 全 针 对 设 备历 史 数 据 ， 在 变 电 站级 、 供 电局级 以及 信 息集 成 平 台 提供 系 统级 和应 用级的数据备份和恢复机制 5 )设备操作安全 运行人员登入系统或平 台时 需要设定权限( 访问 目录和文件权限、 控制网络设备 配 置权 限等 ) 并 定 时更 新 ， 设 定 之 后 ， 登 录 系统 采 取 多等级 认证机 制 ， 防止登 录人 员 的越权操 作 ， 同时采 取完善 的密码 、 日志管理 4 8 输变 电设 备物联 网标 准 标准的建立是物联网成功应用的一个关键性指 标 目前 ， 物联网标准工作 尚处于起步 阶段 ， 在体系 架构、 编码 、 网络通信、 智能传感器等基础技术标准 上 存在 不 确 定 性 ， 例 如 RF I D标 准 化 中 E P C g l o b a l E 。 和 UI D E 是 2套不兼容标准 ， 但都希望作为国 际标准框架 的一部分 ， 因此制定上存在着 限制 现 在 ， 国际 上 参 与 物 联 网标 准 制 定 的组 织 主要 包 括 I TU， E T S I ， I E E E， I E TF， I E C， I S O， E P C g l o b a l 等 ， 中国研 究 物联 网标准 的组 织主要 是传 感器 网络标 准 工作 组和 中国通 信标 准化 协会 2 0 0 9年 4月 ， I E C成立 了智能 电网战 略 工作 组 ( S G3 ) E 负责智 能 电 网技术 标 准 体 系 的制 定 ， 输 变 电设备物联 网标准需要结合智 能电网的核心标准 I EC 6 2 3 5 7， I EC 6 1 9 7 0， I EC 6 1 9 6 8， I EC 6 1 8 5 0 和 I E C 6 2 3 5 1 ， 在体系架构 、 设备监测装置 、 电力设备编 码 、 电力通 信 网 络 5 引、 全 景 信 息模 型等 方 面制 定 适 合 输 变 电设 备状 态监 测 应 用 背 景 的行 业标 准 根 据 欧盟在 物联 网标 准制 时提 出 的 3个 问题 L 5 ， 在 建 立 这些行业标准过程中将需要解决 ： 制定 的行业标 准不能依赖于现有国际标准或国家标准 ， 这样才能 更好的为输变电设备监测服务 ， 如输变电设备物联 网体 系架 构标 准和 国际物 联 网体系架 构标 准之 间 的 关 系 ； 制 定 的某些 行 业 标 准 中 和现 有 标 准 的矛 盾 调 和 ， 如 电力设 备编 码标 准和 R F I D标 准 、 南 方 电 网 的 电网设 备 信息分 类与 编码 之 间数据 结构 上可 能 会 不一致 ； 制定 的行 业 标 准 之 间需 要 具 备 兼 容互 用性 ， 如输变电设备物联网体系架构标准中装置 、 网 络 、 信 息模 型 、 接 口等 的标准 化需要 兼 容相应 的行 业 标 准 输变电设备物联网标准的制定是一项庞大而复 杂 的工程 ， 从标准规划 、 立项 、 出台到完善都需要 一个 过程， 需要电力系统各个领域和部门的协调和配合 ， 在避免标准和规范的重复建立的基础上 ， 可按功能将 行业标准 划 分 为 多个 部 分 ， 逐 步 阶段 性 完 成 制定 工 作 ， 最后将 各部 分 整合形 成 统一 完善 的行业 标 准 ， 从 第 2 7卷第 3期 曹一家 ， 等 ； 物联网技术 在输变 电设备状态监测中的应用 2 5 而有效规范输变 电设备物联 网的规划设计 、 建设运 行 、 设 备制造 、 网络通信 等各领域 、 各环节 的实现 5 结语 目前 ， 电力系统正经历从数字化 向智能化发展 的阶段， 物联网技术在智能 电网领域 的应用整体来 说还处于发展初期 ， 但物联网以其计算机、 通信和控 制 多个 学 科 的交 叉 特点 以及 全方位 、 深 度感 知 的“ 智 能信息感知末梢” 特性 ， 在智能电网中的应用情景将 十分广阔 笔者在分析物联 网应用于智能 电网输变 电环节设备监测 的基础上 ， 提出了分层分布式 的四 层输变 电设备物联 网体系架构 ， 并根据每一层 的技 术 特点 ， 从 一体 化 智 能监 测 装 置 、 编 码 和标 识 体 系 、 通信技术 、 全景信 息建模 、 信息处理技术、 全寿命周 期 管理 、 安 全威 胁 与措 施 和 标 准这 几 个 方 面 讨 论 了 如何构建合适的输变 电设备物联 网， 通过对体系架 构和关键技术的分析 ， 明确了输变电设备物联 网的 研究内容和发展方 向， 为更多电力 系统部 门和研究 人 员参 与进 来提 供 参 考 虽 然 目前 输 变 电设 备 物联 网的相 关产 品和 技术 还不 成熟 ， 但 随着传 感 、 通信 技 术 、 信息技术和控制理论进一步综合发展 ， 以及智能 电网研 究 和开发 的 成 熟化 ， 输 变 电设 备 物 联 网 将成 为物联网在智能电网中的一个成功应用 参 考文 献 ： 1 I B MA S ma r t e r p 1 a n e t E B 0L h t t p ： ww w i b m co m s ma r t e r p l a n e t ，2 O 1 O O 2 一 O 1 2 C o mmi s s i o n o f t h e E u r o p e a n C o mmu n it i e s I n t e r n e t o f Th i n g s An a ct i o n p l a n f o r Eu r o p e COM ( 2 0 0 9 )2 7 8 f i n a l R B r u s s e l s ： E C P u b l i ca t i o n ，2 0 0 9 3 韩 国 国通 信 委 员会 物 联 网基 础 设 施 构建 基 本 规 划 E B OL h t t p t | | 哪 e n t t r co m v i e wn e ws 一 1 7 8 6 7 2 h t ml ， 2 009 1 0 19 4 J a p a n I T S t r a t e g ic He a d q u a r t e r s i - J a p a n S t r a t e g y 2 0 1 5 E B OL h t t p ： | | w ww k a n t e i g o p f o r e i g n p o l i cy i t i J a p a n S t r a t e g y 2 O 1 5 一 f u l 1 p d f ， 2 0 0 9 一 O 7 一 O 6 5 温家宝2 0 1 0年政府工作报告 E B OL h t t p ： www g o v cn 2 0 1 0 1 h co n t e n t _ 1 5 5 5 7 6 7 h t m， 2 O l O O 3 1 5 E 6 3 中国科 技 部国家 “ 十 二 五” 科 学 技术 发 展 规 划 E B OL h t t p ： | w g o v cn g z d t 2 0 1 1 0 7 1 3 co n t e n t 一1 9 0 5 9 1 5 h t m ， 2 0 1 1 - - 0 7 1 3 7 宁焕 生 ， 徐群玉全球物联 网发展及 中国物联 网建设若 干思考 J 电子学报，2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 1 ) ： 2 5 9 0 2 5 9 9 NI NG Hu a n s h e n g，XU Qu n - y u Re s e a r ch o n g l o b a l I n t e r n e t o f Th in g s d e v e l o p me n t a n d it s co n s t r u ct io n i n C h in a J A ct a E l e ct r o n i ca S i n i ca ，2 0 1 0 ，3 8 ( i1 ) ： 2 5 9 0 - 2 5 9 9 8 朱洪波 ， 杨龙样 ，于全物联 网的技术思想与应用 策略 研究 J 通信学报 ，2 0 1 0 ，3 1 ( 儿) ：2 - 9 Z HU Ho n g b o，YANG L o n g - x i a n g，YU Qu a n I n v e s t ig a t io n o f t e ch n i