泛在电力物联网智联单元设计与实现探讨

泛在电力物联网智联单元设计与实现探讨

张晶晶翟飞翔

(国网银川供电公司宁夏省银川市750001)

摘要：现当今，随着我国经济的快速发展，泛在电力物联网智联单元设计越来越受到关注。低压配电台区设备种类繁多、通信接口各异，不能有效地接入电力物联网中，进而形成各个孤立单元，使电网企业无法感知低压配电台区的工作状态及运行情况。智联单元作为独立的单元应用在低压配电设备中，为低压配电台区设备接入泛在电力物联网提供统一接口。文章充分考虑低压配电设备通信协议的现状，结合电网企业对电力设备地址IP化的要求、各种电力通信技术的特点、先进的系统部署与软件升级方案、“国网芯”战略，深入研究IPv6通信协议、高速载波通信技术、微功率无线技术，研发了可应用于无功补偿设备、三相不平衡设备、智能断路器等电力设备的泛在电力物联网智联单元，旨在解决当前低压电力设备通信协议不一致、许多设备未实现有效互联，电力设备分散未有统一的IP地址等问题。该智联单元的研制与应用，可以实现低压设备的入网，达到有效互联、全面感知。

关键词：泛在电力物联网;智联单元设计;实现探讨

引言

低压配电台区的设备较多，同时通信接口的形态各不相同，这些阻碍的存在，让电力物联网的接入难度更大，因此直接导致了每个单元都非常孤立，无法让电网企业对各个低压配电台的工作状态与运作基本情况被及时与动态的掌握。因此文章综合电网企业对电力设备地址IP化的要求，并对电力通信的各个技术特点进行分析，总结出了以下文章内容，仅供参考。

1泛在电力物联网的含义

通俗来说，泛在电力物联网的本质是一个物联网。物联网是把人与物、物与物相连的一张大网，如用手机控制家里的电视、空调、马桶等就是物联网的一种应用。电力物联网是把电力系统里的各种设备、电力企业和用户相连形成的一个网，而所谓的“泛在”就是“无所不包、无所不在”的意思。以用手机交电费为例，人们之所以可以如此方便地交电费，就是因为物联网实现了手机与智能电表互联互通。这只是泛在电力物联网在用电侧的应用。未来的泛在网络更大的想象空间是在配用电侧，它将是主动式配电网的高级表现，能够实现分布式发电（DG）与智能用电的完美结合，网络中无处不在的感知技术与多层次计算能力将解决“电从哪里来”“来电是否清洁”的问题，这也将是对能源互联网概念的诠释。事实上，“泛在网”有能力做到发、输、配、用等电力环节的全覆盖，其在配用电侧有更多的表现是因为发、输电侧的智能化水平比配用电成熟。相对发、输环节而言，配用电环节的体量更大、影响更深、覆盖范围更广，两者之间类似人体的主动脉与毛细血管之间的关系。但就“泛在”的概念而言，打通电力这个商品的全寿命周期，运用技术手段实现能源生产、输送、消费的安全性与经济性，才是未来能源革命的方向。

2基于载波/无线双模技术的电力设备地址IP化模型的研究

2.1智能单元网络通信软件组建成架构

智联单元软件由两个部分构成，分别为主控单元、载波/微功率通信单元。主控单元主要处理业务层数据，其中还涵盖了很多的部分，如以太网通信网路的建立，数据收发等。载波/微功率通信单元的基本职责是通过以太网协议后的IP包将处理收帧进行传送，传输到需要的系统中，反向传输同理。

2.2IP化网络系统的实际架构

为了让IP化网络系统的实际架构的内部基础构成可以更为清晰的展示，协助文章的论述内容更为清晰、全面，IP化组网系统的数据流流向如图1所示。从图1上可以看出的是整个IP化组网系统可以分为几个部分，分别为TTU、CCO智联单元、智联单元、低压设备。TTU与CCO智联单元之间由UART直接连接，而接口层主要由数据链路层和物理层两个部分组成，适配层支持6LoWPAN，而网络采用IPv6标准协议，传输层采用标准UDP协议，应用层可以用COAP的应用数据段对数据的统一管理进行实现，同时CCO与智联单元之间的连接一般使用电力线，条件允许的情况下可以使用TTU采用TCP/IP协议发起网络通信。智联单元的数据也就是IP包可以直接通过通信技术传输到传到CCO系统中。同时，智能单元虚拟数据链路层可以对这些数据进行处理，将其直接转化为实际的载波/微功率数据，同时采用载波/微功率通信网络直接将系统需要的数据传送到位，反向数据传输同理，操作方向与之相反即可。

图1

3低压台区设备协议的统一方案

3.1主控及通信模块设计

互联单元终端以工业级芯片SCM602为电力终端主控芯片，通用32位微控制器，内核为ARM926EJ-S，最高运行速度300MHz，支持USB、NAND及SPIFlash启动。SCM602功能非常强大，集成了2个10/100Mb以太网MAC控制器，USB2.0HS主机/设备控制器与HS嵌入式收发器、TFT型LCD控制器、CMOS传感器、I/F控制器、2D图形引擎、DES/3DES、AES加密引擎，I2SI/F控制器、SD/MMC/NAND闪存控制器，CDMA和8通道12位ADC控制器电阻触摸屏功能。同时还集成了UART、SPI和MICROWIRE、I2C、CAN、LIN、PWM、定时器、看门狗定时器/窗口看门狗定时器、GPIO、键盘、智能卡I/F、32.768kHz的XTL和RTC（实时时钟）。集成了运行高达150MHzDRAM的I/F，支持DDR和DDR2类型SDRAM和外部总线接口（EBI），支持SRAM和DMA设备请求和应答。

3.2双模模块设计

此种模块设计主要建立在双模通讯芯片设计上，包括很多个组成部分，如载波信号调至模块、载波信号收发耦合模块、存储模块等，通常状况下，载波信号调制主要以双模通信芯片为指挥中心，让信号得到更为全面的调制解调。首先，载波信号可以直接对收发区进行耦合分析。同时，双模信号只要通过收发滤波与耦合电路的方式对信息进行处理即可。其次，传输模块可以直接让程序得到储存。与此同时，还可以借助相关软件对这些程序进行使用。再次，是电源电路载波芯片存储芯片的都直接由外围电路进行供电。最后是接口电路，电路主要由载波模块、电能表通信接口以及JTAG调试接口等构成。

4泛在电力物联网建设的建议

电网的发展升级亟待物联网技术的深度参与，然而物联网作为一项前沿技术尚有诸多难题需要解决：在态势感知方面，现有传感器的识别能力和复杂环境下的可靠性不足；大量数据及时传输问题和无线传输安全问题均没有普适性的解决方案。物联网产业当前发展提出的新概念多、喊出的口号多、实际产品落地少。这主要是由于现有硬件水平和经济适用性问题尚未有效解决，整个行业处于“摸着石头过河”的阶段，对于电网建设来说，应在这样一个萌芽阶段及时制定远期规划，科学规范引导物联网在电网中的发展，有效避免重复性建设。

结语

作为一个全新的异构网络双模通信组网，其中的智联单元主要以双模通信组网为基础，可以让网络的协议层得到统一，数据的应用层数据模型也可以因此获得统一的管理。同时这些电压设备可以直接接入到电力物联网中，进而扩大物联网的功能，实现互联，让感知效应更强。

参考文献:

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