输变电设备物联网在线监测系统通信网络设计

输变电设备物联网在线监测系统通信网络设计

韩启明 刁煜

国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司 111000

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摘要：为了适应输变电设备物联网广泛感知及海量信息处理，提出一种适用于输变电设备物联网在线监测和设备资产管理系统的通信网络结构和实现方案，所提出的扁平式网状网结构支持了现场信息的采集点分散和分布式处理。在网络结构中增加汇聚层功能实体以实现物联网通信设备及通信流的有效管控，并且在现场组网实现方案中采用有线和无线双通道异构组网技术，提升了系统容错能力。

关键词：智能电网；输变电设备：在线监测：分析

智能电网的实现首先依赖于电力系统设备运行参数的在线监测和实时信息掌控以及设备资产管理，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”不可或缺的基础环节。通信网络作为物联网的组成部分，主要实现信息的可靠传输，为物联网终端设备和网关提供接入物联网平台及物联网数据承载功能。对于输变电设备物联网，其信息采集点分散、海量信息的分布处理特性要求通信网络具备扁平式网状互联互通功能及在此基础上网络的可管理。

一、输变电设备物联网基本概念

1、智能电网六大环节中的输电和变电。物联网技术的引入将提高输变电设备在线监测中设备可用率，降低设备状态检修的盲目性与风险性，实现设备优化管理，从而很好的解决上文中所分析的输变电设备在线监测技术两个问题：输变电设备在线监测性能水平和统一规范标准监测体系。

2、物联网技术。射频识别RFID技术等作为物体智能识别、监测的手段，其中RFID射频识别技术结合无线通信网络和GPRS等无线远程传输方式，可对输变电设备进行实时同步管理，为输变电设备状态监测提供了新的智能化手段。结合物联网的三层体系架构功能，利用物联网感知层的RFID技术、传感器网络技术，在杆塔、输电线路、变压器、GIS设备、容性设备设备上部署传感器，通过监测数据采集装置和智能传感网络，实时采集输变电设备的各种状态信息，其中传感器以小型化、无线化为发展方向，实现输变电设备的全范围监测；在输变电设备智能监测装置之间实现信息汇聚和交互后，利用物联网网络层的有线和无线通信技术，将实时状态信息传送至变电站和输变电设备监测中心。

3、输变电设备物联网。是以输变电设备智能化为基础，通过智能传感器、射频识别、多媒体设备等智能感知设备，遵循电力系统规约协议，利用先进通信技术和智能信息处理技术，对输变电设备的运行状态、资产和电网运行、气象、环境和财务信息进行纵向整合和横向集成，实现输变电设备的唯一标识、状态智能感知、数据灵活传输、运行动态控制和全寿命周期管理的一种电力系统应用网络。

4、输变电设备物联网。作为一种电力系统应用网络，在物理空间和信息空间具有强关联性和高度混杂性，是智能电网由系统智能化向设备智能化的延伸。输变电设备物联网不仅具有通用物联网的感知、识别、定位、跟踪和管理能力，而且具备对输变电设备的在线监测、故障诊断、状态评估、维修决策与资产优化管理等功能。

二、物联网技术的输变电设备智能在线监测

1、网络监控框架延伸。输变电设备智能在线监测的实施，实现了区域范围内的电力供应监管信息的全方位把握，它不仅满足了局域网络互动的基本需要，更适应了网络传承体系下信息交流渠道不断优化的实际需求。而输变电设备操控应用的监控体系，则是直接在网络间隔层的基础上，实行电力信息传输与数据之间的灵活性交流，它为社会电力传输渠道之间的灵活互动、协调化把握提供了实践渠道。输变电设备智能设备在普通电力供应区域中应用时，一方面智能化程序借助IED 程序，提升传统程序体系内的信息交流速度，一方面监控设备按照双向排列监控体系要求，实行全方位电力传输结构规制范围的延展，直到区域电力供应范围均在可监控区域内，延伸智能化监控设备将停止延伸。从输变电设备应用的基本情况出发，实现原有电力传输设备和智能化延伸区域的同步式管理方式，不仅可以满足输变电设备内部能源监控管理需要，还适应区域范围之内的监控管理需求，它在社会电网传输与综合过程中起到了调节的作用。

2、传感监控管理程序。输变电设备智能在线监测结构体系的运用，也在电力传输结构实时监控传感信号层部分有所体现。其一，传感层部分信息可依靠射频、红外感应的设备，将电力传输期间的感应信息进行同步传输；其二，输变电设备智能在线监测设备，可在全球雷达信号系统辅助之下，通过光扫描处理装置，形成联动式的信息采集和监控体系，对输变电设备的每一次电流传导大小情况进行反馈。

3、输变电设备安全防护体系。物联网环境之下，输变电设备智能在线监测手段的最优化调配，在于程序设备体系之上实现了安全防护工作的协调性控制。其一，输变电设备智能在线监测设备，可自主依据程序开发的基本情况，实现设备开发因素的统筹性调节。输变电设备智能在线监测内的设备启动程序自主检验结构，此时程序会在设备启动、运行、关闭等关键转折点环节上，都给予跟踪性安全情况记录。其二，输变电设备智能在线监测对外部动力传输环境进行勘测。

三、技术分析

1、编码和标识。电力系统的编码主要分物资编码和设备编码两大类，由于它们的编码方式不统一，在使用过程中容易因部门差异而导致使用混乱；且其主要形式为纸质铭牌或条形码，识别距离局限于视野范围，所以容易受污秽、腐蚀因素作用而发生标识不清等现象。因此，当前的电力系统编码不宜用于基于物联网的输变电设备状态监测体系。

2、物联网技术在物流监控。仓储管理等领域的应用成效来看，物联网标识技术EPC可作为输变电设备编码的新的尝试。EPC是用来标识目标的特定代码，有64、96和256位3种。EPC应用于输变电设备编码，需要结合以下层面：1）国网公司对设备资产归属和型划分习惯；2）编码应同时满足物联网编码规则和电力行业编码规范要求，并与现有电力设备编码相关联；3）编码方案的实现，需参照现有互联网和万维网的标识架构，并考虑后台解析、信息服务以及IPv6等影射问题；4）编码数据库编制与编码完善同步推进；5）需重点关注标识体系的安全性，引入标签数据加密、读写器权限、病毒防范等技术。

3、信息处理。智能电网环境下，所有类型信息均要求实现数字化和全网化，这样输变电物联网上的数据量必然呈几何增长。为了解决海量数据的存储和应用，可引入“分级云计算”理念，另外，在设备故障判别等高层次诊断决策上要采用信息融合技术。鉴于输变电设备运行数据存在时空相关性和一定的不确定性，应利用概率统计、卡尔曼滤波、模糊逻辑等方法来消除信息中的噪声或冗余信息。

4、全景信息建模。物联网的输变电设备状态监测的终极目标是将输变电设备运行信息与基础数据进行有效整合、集成，并作深度挖掘，以为输变电设备运行管理提供科学的辅助决策。为了实现该目标，需要将具有多源、高度异构特征的上传数据用“对象类”和“属性”进行标准化标识，并以此建立拥有高度交互与共享能力的全景信息模型。建模应基于IEC 61970、IEC 61968、IEC 61850等标准，采用CIM建模方法对电力资源模型。

5、安全保证。物联网是互联网的延伸，又吸纳了众多智能化设备，因此其安全问题尤为突出。基于物联网的输变电设备状态监测存在的安全威胁以及可采取的应对措施。

输变电设备物联网是智能电网重要组成部分，作为一种电力系统应用网络，在物理空间和信息空间具有强关联性和高度混杂性，是智能电网由系统智能化向设备智能化的延伸。输变电设备物联网不仅具有通用物联网的感知、识别、定位、跟踪和管理能力，而且具备对输变电设备的在线监测、故障诊断、状态评估、维修决策与资产优化管理等功能。

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