物联网电力通信技术应用

电网公司通过建立设备实物标识系统 集成资产实物流 信息流 价值流 实现账 卡 物永续联动一致 实现资产管理各阶段的信息共享 近年来 电网公司对电网资产全寿命周期管理提出了具体的管理要求 不少电网公司 积极开展了存量资产 PMS PM 与 AM 数据间的联动对应 同时 将联动成果数据纳入到 资 产全寿命周期管理一体化平台 进行指标考核 但依旧存在着因资产变动造成数据质量下 降的问题 如果不进一步采取新的管理手段 前期资产联动的成果将无法有效巩固 因此 有必要将新技术 新方法应用到资产全寿命周期管理中去 实现对资产变动信 息的及时传递与反馈 将资产全寿命周期管理的各阶段业务与 现场实物 紧密联系在一 起 形成资产管理与实物管理的横向及纵向闭环 为实现资产整体优化打下坚实的基础 开展电网输变电设备全寿命各阶段的跟踪管理 将对资产管理模式带来考验 同时也 为提高输变电设备现代化管理水平带来契机 目前 国家电网公司 南方电网公司正在积 极开展 RFID 技术在资产 智能仓储管理等系统的研究和应用 但 RFID 技术在电网资产全 寿命周期跟踪管理应用中 还没有一种标准的模式 缺乏系统性的参考依据 因此 有必 要研究 RFID 技术在电网资产管理的应用模式 对进一步的推广应用具有重要的积极意义 1RFID1RFID 技术在资产全寿命周期管理中的应用需求技术在资产全寿命周期管理中的应用需求 1 1 采集设备选型的需求 RFID 技术应用于电网资产跟踪管理将大量使用手持采集终端对现场实物标识进行信息 采集 由于在电磁场环境下进行操作 需要考虑终端设备的抗干扰性 读写距离 稳定性 可靠性等因素 1 抗干扰因素 变电设备在运行环境下 会产生工频电场和工频磁场 工频电磁场 干扰属于低频感应场干扰 由于手持终端内部的信号没有以大地作为回流路径 因此 在 手持终端选型设计上要考虑读写器的电磁防护设计 2 读写距离 电网实物标识安装位置一般都为设备基座的接地扁铁上 且离开地面 一定的高度 方便操作人员读写数据 因此 手持机读写距离远近对减少资产巡查人员行 走距离 降低工作强度 提高巡查效率有重要的意义 3 手持设备续航时间 220kV 以上变电站占地面积较大 设备较多 且标识实施安装 时间长 因此 手持设备电池必须具备较长的续航能力 且掉电后可自动保存数据 保证 工作人员在现场工作没有后顾之忧 1 2 关键技术 国际电联报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术 标识事物的 RFID 射频识别 技术 感知事物的传感网络技术 Sensortechnologies 思考事物的智能技术 Smarttechnologies 微缩事物的纳米技术 Nanotechnolo gy RFID RFID 通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据 是可以在恶劣环境下工作的一 种非接触式自动识别技术 RFID 由 3 部分组成 分别是 标识 Tag 由芯片及耦合元 件组成 标识是具有唯一性的电子编码 附着在物体上识别目标对象 读写器 Reader 读取 写入标识信息的设备 天线 Antenna 在标识和读写器间传递射频信号 RFID 技 术主要研究 RFID 反碰撞防冲突问题 RFID 天线 选择合适的工作频率 安全与隐 私 传感器网络与检测技术中 无线传感器网络 WSN WirelessSensorNetwork 是集分布 式信息采集 信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统 具有低成本 微型化 低 功耗和灵活的组网方式 铺设方式以及适合移动目标等特点 传感器网络节点的基本组成包括传感单元 由传感器和模数转换功能模块组成 处理 单元 包括 CPU 存储器 嵌入式操作系统等 通信单元 由无线通信模块组成 及电源 可选的其他单元包括定位系统 移动系统以及电源自供电系统等 传感器网络技术研究包 括先进的测试技术及网络化测控 智能化传感器网络节点研究 传感器网络组织结构及底 层协议研究 对传感器网络自身的检测与控制 传感器网络的安全 智能技术是通过在物体中植入智能系统 使得物体具备一定的智能性 将物体 讲话 的内容解析 利用计算机自动处理 智能技术的研究内容包括计算机实现智能的原理 人 工智能 智能控制技术与系统 智能信号处理等 纳米技术是研究结构尺寸在 0 1 100nm 范围内材料的性质和应用 主要包括纳米体系物理学 纳米化学 纳米材料学 纳米生物 学 纳米电子学 纳米加工学 纳米力学等 这 7 个学科主要归纳为纳米材料 纳米器件 纳米尺度的检测与表征这 3 大研究领域 2 2 物联网在电力系统通信的应用 物联网在电力系统通信的应用 基于物联网的技术特点 并结合电力系统通信的特点 物联网主要的应用将集中在电 力系统应急通信 配网自动化 智能电网等方面 为电网智能化管理提供较好的技术手段 2 1 应急通信 应急通信发生的时间和地点具有不确定性 导致无法确定指挥中心和事故地点 各类 需要接入点的随机性非常大 这往往需要抢修人员到达现场后 检查现场情况 通过电话 视频回传等手段及时向调度中心及应急指挥中心报告现场情况 而物联网能使调度中心或 应急指挥中心通过对电网状态信息 各种设备运行状态的智能监测 为调度中心的日常管 理和应急指挥提供实时准确的数据信息 当应急情况发生时 通过物联网能够准确定位事 故现场 清楚现场设备及部件 杆塔的损坏情况 以便及时调拨合适型号的设备到现场进 行更换 同时 结合光纤及无线通信技术提供电话及视频通信 现场人员能够提前做好抢 修准备 接受在应急指挥中心的调度及指挥 更快的对事故进行抢修 提高事故处理能力 2 2 配网通信 配网相对于高压输变电网 特别是 10kV 及以下电压等级网络具有结构复杂 电压等 级多 配电设备数量多 支线多 分布广 变动频繁等特点 根据配网自动化层次要求 整个配网通信可分为通信子站 配网主站 区调分站层 3 层 通信子站层 指配网 FTU TTU DTU 等终端到通信子站层的通信 通信子站通常设置 在 110kV 或 220kV 变电站 配网主站层 指上述通信子站与配电主站之间的通信层 根据电监会二次安全防护及 相关要求 该层数据承载在调度数据网中 区调分站层 该层主要是区调分站与配电主站的通信层面 该层数据量相对较大 承 载在调度数据网中 根据配网通信的特点 目前配电网通信无法用单一的通信方式实现 而主要是采用光 纤通信 载波通信 租用无线公众网通信及无线宽带技术实现 无线公网 GPRS CDMA 与载 波通信的安全性稍差 光纤专网是作为主干覆盖到 110kV 变电站 由于配电网改动频繁 在市区内光纤的施工难度较大 很难做到灵活的改动 而郊外光纤的施工成本太高 无线 宽带技术 WiMAX McWill 可以作为配电网最后一段的补充 但是 WiMAX 技术也会受到天气 及多路径反射影响 而支持 McWill 的企业和系统丰富程度并不高 不利于推广使用 物联 网能较好地解决配电终端 配电主站之间的通信 可以通过把配电网的所有设备及部件连 上物联网 轻松地完成配网通信任务 同时能实现配网自动化 三遥 遥信 遥测 遥控 信 息 目前采用的 GPRS 载波等通信技术由于带宽不足仅能实现 两遥 遥信 遥测 信息 而且物联网能较好地解决配电终端数量多 变动频繁等问题 通信子站层 指配网 FTU TTU DTU 等终端到通信子站层的通信 通信子站通常设置 在 110kV 或 220kV 变电站 配网主站层 指上述通信子站与配电主站之间的通信层 根据电监会二次安全防护及 相关要求 该层数据承载在调度数据网中 区调分站层 该层主要是区调分站与配电主站的通信层面 该层数据量相对较大 承 载在调度数据网中 根据配网通信的特点 目前配电网通信无法用单一的通信方式实现 而主要是采用光 纤通信 载波通信 租用无线公众网通信及无线宽带技术实现 无线公网 GPRS CDMA 与载 波通信的安全性稍差 光纤专网是作为主干覆盖到 110kV 变电站 由于配电网改动频繁 在市区内光纤的施工难度较大 很难做到灵活的改动 而郊外光纤的施工成本太高 无线 宽带技术 WiMAX McWill 可以作为配电网最后一段的补充 但是 WiMAX 技术也会受到天气 及多路径反射影响 而支持 McWill 的企业和系统丰富程度并不高 不利于推广使用 物联 网能较好地解决配电终端 配电主站之间的通信 可以通过把配电网的所有设备及部件连 上物联网 轻松地完成配网通信任务 同时能实现配网自动化 三遥 遥信 遥测 遥控 信 息 目前采用的 GPRS 载波等通信技术由于带宽不足仅能实现 两遥 遥信 遥测 信息 而且物联网能较好地解决配电终端数量多 变动频繁等问题 物联网技术能够为智能电网提供较好的测量技术 通讯技术 控制技术 实现远程抄 表 电网负荷节能控制 电网设备状态在线监测 事故准确定位跟踪 输电线路杆塔 线 路监测 覆冰监测 温度检测 等 例如电网底层的数据包括配电房的开关 电缆沟的信息 这些信息目前无法用有效的通信方式采集 而如果通过物联网有效的联合 就可以实时地 把各种各样的底层信息采集上来 使电网管理从事后处理变成事前预防 大大提高电网管 理和应急的效率 2 4 社会服务及社会管理 物联网还可以应用到智能交通 工业监控 市政设施管理 远程医疗 环境治理 数 字家庭等涉及社会服务及管理的众多领域 2 5 存在的问题 目前物联网还仅仅是应用在物流领域 而且其技术体系尚未完善 除需要突破上述提 到的四大关键技术外 还要有地理信息系统 微型定位系统 全球定位系统等做支撑 另 外还需要制定物联网的标准和规范 统一所有物品的编码 信息安全也是物联网技术中难 点及重大课题 3 3 应用展望 应用展望 电力系统中的物联网 既可以作为输电通信基础网络的补充