學(xué)年論文-夏蕊-物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用摘要：文章就新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及對(duì)其在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用展開(kāi)分析。首先介紹了物聯(lián) 網(wǎng)的組成架構(gòu)，從RFID、傳感器網(wǎng)絡(luò)與檢測(cè)、智能、納米四大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析論述。并 結(jié)合電力系統(tǒng)通信的特點(diǎn)，分析了物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)應(yīng)急通信、配網(wǎng)通信、智能電網(wǎng)的應(yīng)用， 為下一代信息技術(shù)發(fā)展建立了信息流通道。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)電力系統(tǒng)通信智能電網(wǎng)中圖分類(lèi)號(hào)TP391.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)：1006-8937(2010)17-0031-03Internet of things and its application in powersystem communication(S

2、handong Institute of Business and Technology ,School of information & electronics engineering, 264000)Abstract: The Internet of things technology emerging and the expansion in the application system in communication power analysis. First introduces the architecture of the Internet of things, are ana

3、lyzed from the RFID, sensor network and detection, intelligent, nano four key technology. According to the features of power system communication, analyzes the application of IOT in power system emergency communication, network communications, smart grid, information flow channel is established for

4、the development of information technology for the next generation. key words: The Internet of things The key technology Power system communication The smart grid11概述物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的定義是指所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián) 網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)概念的問(wèn)世，打破了之前的傳統(tǒng)思維，過(guò)去的 思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施分開(kāi)：一方面是機(jī)場(chǎng)、公路、建筑物，而另一方 面是數(shù)據(jù)

5、中心，個(gè)人電腦、寬帶等。而在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整 合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，在此意義上，基礎(chǔ)設(shè)施更像是一塊新的地球工地，世界的運(yùn)轉(zhuǎn)就在其 上進(jìn)行，包括經(jīng)濟(jì)管理、生產(chǎn)運(yùn)行、社會(huì)管理乃至個(gè)人生活。當(dāng)今通信、信息系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電廠、電網(wǎng)、變電站、供電局、供電所的覆蓋，根據(jù)業(yè) 務(wù)需求的不同建立了傳輸網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)各層面之間通信網(wǎng)絡(luò) 的互聯(lián)互通。下一步將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)延伸至配網(wǎng)，直至生活中的各種物體，實(shí)現(xiàn)物體之間的通信， 這就需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的功能。2物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是利用RFID(Radio Freq uency Identification，射頻自動(dòng)識(shí)別)

6、、無(wú)線數(shù) 據(jù)通信等技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。物品能夠在無(wú) 需人工干預(yù)的條件下，在網(wǎng)絡(luò)里彼此進(jìn)行“交流”，通過(guò)開(kāi)放性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換 和共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的“透明”管理。下面重點(diǎn)介紹物聯(lián)網(wǎng)的組成架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。2.1組成架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的組成架構(gòu)包括：用戶(hù)層、應(yīng)用控制層、承載網(wǎng)絡(luò)、接入層、應(yīng)用采集控 制（末梢節(jié)點(diǎn)）層，其中承載網(wǎng)絡(luò)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。用戶(hù)層主要是為用戶(hù)提供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的用戶(hù)界面接口，包括如電腦、手機(jī)、客戶(hù)端、傳感器 等用戶(hù)設(shè)備。應(yīng)用控制層由應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成，具有匯集、轉(zhuǎn)換、分析數(shù)據(jù)的 功能，以及用戶(hù)層呈現(xiàn)的適配和實(shí)踐的觸發(fā)等

7、。承載網(wǎng)絡(luò)是指通信網(wǎng)絡(luò)，如互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng) 通信網(wǎng)絡(luò)等，完成物聯(lián)網(wǎng)接入層與應(yīng)用控制層之間的信息通信功能。承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有端 到端、環(huán)型網(wǎng)、樹(shù)狀網(wǎng)、交叉網(wǎng)等方式，聯(lián)網(wǎng)方式可以簡(jiǎn)單分成有線和無(wú)線兩種，有線方式 主要包括光纖、互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)線、語(yǔ)音通信線纜等，無(wú)線方式主要包括集群網(wǎng)、WiMAX（Worldwide Interoperabilityfor Microwav e Access，全球微波接入互操作標(biāo)準(zhǔn)）、McW ill（Multi-Carrier W ireless Information Local Loop，多載波無(wú)線信息本地環(huán)路）等。末梢節(jié)點(diǎn)與接入層構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)的信息采集和控制。接入層

8、由接入網(wǎng)關(guān)和基站節(jié)點(diǎn)組成，末梢節(jié)點(diǎn)由 各種類(lèi)型的采集和控制模塊組成，接入層負(fù)責(zé)應(yīng)用末梢節(jié)點(diǎn)信息的組網(wǎng)控制和信息匯集及向末梢節(jié)點(diǎn)下發(fā)信息的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的組成示意圖如圖1所示。采集控制采集控制采集控制采集控制采集控制應(yīng)用控制傳感器用戶(hù)2核心承載網(wǎng)絡(luò)采集控制圖1物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組成示意圖2.2關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際電聯(lián)報(bào)告提出物聯(lián)網(wǎng)主要有四個(gè)關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù)：標(biāo)識(shí)事物的R F I D射頻識(shí)別技術(shù)，感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Sensortechnologies），思考事物的智能技術(shù)（Smarttechnologies），微縮事物的納米技術(shù)Nanotechnology - RFID 2 。RFID通過(guò)射頻信號(hào)自

9、動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，是可以在惡劣環(huán)境下工作的一種 非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID由3部分組成，分別是：標(biāo)識(shí)（Tag）:由芯片及耦合元 件組成，標(biāo)識(shí)是具有唯一性的電子編碼，附著在物體上識(shí)別目標(biāo)對(duì)象； 讀寫(xiě)器（Rea der）:讀取 寫(xiě)入標(biāo)識(shí)信息的設(shè)備；天線（Antenna）:在標(biāo)識(shí)和讀寫(xiě)器間傳遞射頻信號(hào)RFI D技術(shù)主要研究：RFID反碰撞防沖突問(wèn)題；RFID天線；選擇合適的工作頻率； 安全與隱私3。傳感器網(wǎng)絡(luò)與檢測(cè)技術(shù)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wirele ssSensor Network）是集分布式信息采集、信息傳輸和信息處理技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，具有低 成本、微型化、低功耗

10、和靈活的組網(wǎng)方式、鋪設(shè)方式以及適合移動(dòng)目標(biāo)等特點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的基本組成包括傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成）、處理單元（包括CPU 存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無(wú)線通信模塊組成）及電源，可選的其他單元 包括定位系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究包括先進(jìn)的測(cè)試技術(shù) 及網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控、智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)研究、傳感器網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)及底層協(xié)議研究、對(duì)傳感 器網(wǎng)絡(luò)自身的檢測(cè)與控制、傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全3。智能技術(shù)是通過(guò)在物體中植入智能系統(tǒng)，使得物體具備一定的智能性，將物體“講話”的內(nèi) 容解析，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理。智能技術(shù)的研究?jī)?nèi)容包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能的原理、人工智能、

11、 智能控制技術(shù)與系統(tǒng)、智能信號(hào)處理等。納米技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1100nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用，主要包括納米體系物理 學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等3。這7個(gè)學(xué)科主要?dú)w納為納米材料、納米器件、納米尺度的檢測(cè)與表征這3大研究領(lǐng)域。3物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)通信的應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合電力系統(tǒng)通信的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)主要的應(yīng)用將集中在電 力系統(tǒng)應(yīng)急通信、配網(wǎng)自動(dòng)化、智能電網(wǎng)等方面，為電網(wǎng)智能化管理提供較好的技術(shù)手段。3.1應(yīng)急通信應(yīng)急通信發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)具有不確定性，導(dǎo)致無(wú)法確定指揮中心和事故地點(diǎn)，各類(lèi) 需要接入點(diǎn)的隨機(jī)性非常大。這往往需要搶修人員到達(dá)現(xiàn)

12、場(chǎng)后，檢查現(xiàn)場(chǎng)情況，通過(guò)電話、 視頻回傳等手段及時(shí)向調(diào)度中心及應(yīng)急指揮中心報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)情況。而物聯(lián)網(wǎng)能使調(diào)度中心或 應(yīng)急指揮中心通過(guò)對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)信息、各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能監(jiān)測(cè)，為調(diào)度中心的日常管 理和應(yīng)急指揮提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)應(yīng)急情況發(fā)生時(shí)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)能夠準(zhǔn)確定位事 故現(xiàn)場(chǎng)，清楚現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及部件、桿塔的損壞情況，以便及時(shí)調(diào)撥合適型號(hào)的設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn) 行更換。同時(shí)，結(jié)合光纖及無(wú)線通信技術(shù)提供電話及視頻通信，現(xiàn)場(chǎng)人員能夠提前做好搶修準(zhǔn)備，接受在應(yīng)急指揮中心的調(diào)度及指揮，更快的對(duì)事故進(jìn)行搶修，提高事故處理能力。3.2配網(wǎng)通信配網(wǎng)相對(duì)于高壓輸變電網(wǎng)，特別是10kV及以下電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電壓等

13、級(jí) 多、配電設(shè)備數(shù)量多、支線多、分布廣、變動(dòng)頻繁等特點(diǎn)。根據(jù)配網(wǎng)自動(dòng)化層次要求，整個(gè) 配網(wǎng)通信可分為通信子站、配網(wǎng)主站、區(qū)調(diào)分站分3層，如圖2所示。區(qū)調(diào)遠(yuǎn)程控制調(diào)度數(shù)據(jù)區(qū)調(diào)分層站配電主站調(diào)度數(shù)據(jù)配網(wǎng)主層站線I通信子站廠1通信子站層J J光纖、無(wú)線配終終端圖2配網(wǎng)通信層次劃分通信子站層：指配網(wǎng)FTU、TTU、DTU等終端到通信子站層的通信，通信子站通常設(shè) 置在110kV或220V變電站。配網(wǎng)主站層：指上述通信子站與配電主站之間的通信層，根據(jù)電監(jiān)會(huì)二次安全防護(hù)及相 關(guān)要求，該層數(shù)據(jù)承載在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中。區(qū)調(diào)分站層：該層主要是區(qū)調(diào)分站與配電主站的通信層面。該層數(shù)據(jù)量相對(duì)較大，承載 在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中。根據(jù)

14、配網(wǎng)通信的特點(diǎn)，目前配電網(wǎng)通信無(wú)法用單一的通信方式實(shí)現(xiàn)，而主要是采用光纖 通信、載波通信、租用無(wú)線公眾網(wǎng)通信及無(wú)線寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)。無(wú)線公網(wǎng)GPRS/CDMA）與 載波通信的安全性稍差，光纖專(zhuān)網(wǎng)是作為主干覆蓋到110kV變電站，由于配電網(wǎng)改動(dòng)頻繁， 在市區(qū)內(nèi)光纖的施工難度較大，很難做到靈活的改動(dòng)，而郊外光纖的施工成本太高，無(wú)線寬 帶技術(shù)WiMAX、McWill可以作為配電網(wǎng)最后一段的補(bǔ)充，但是WiMAX技術(shù)也會(huì)受到天 氣及多路徑反射影響，而支持McWill的企業(yè)和系統(tǒng)豐富程度并不高，不利于推廣使用。物聯(lián)網(wǎng)能較好地解決配電終端、配電主站之間。3.3智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)是一個(gè)具有先進(jìn)技術(shù)水平的安全、可靠、

15、高效、靈活的現(xiàn)代化電網(wǎng)。在智能電網(wǎng) 中，各電壓等級(jí)的電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)和 決策支持技術(shù)與電網(wǎng)有機(jī)融合，電網(wǎng)安全、可靠、高效運(yùn)行，能有效滿(mǎn)足現(xiàn)代“低碳社會(huì)” 發(fā)展的新需要。智能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖如圖3所示。4。圖3智能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)提供較好的測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、 電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)能控制、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、事故準(zhǔn)確定位跟蹤、輸電線路桿塔、線路監(jiān)測(cè) （覆冰監(jiān)測(cè)、溫度檢測(cè)）等。例如電網(wǎng)底層的數(shù)據(jù)包括配電房的開(kāi)關(guān)、電纜溝的信息，這些 信息目前無(wú)法用有效的通信方式采集，而如果通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)有效的聯(lián)合，就可以實(shí)時(shí)地把各種 各樣的底層信

16、息采集上來(lái)，使電網(wǎng)管理從事后處理變成事前預(yù)防，大大提高電網(wǎng)管理和應(yīng)急 的效率。3. 4社會(huì)服務(wù)及社會(huì)管理物聯(lián)網(wǎng)還可以應(yīng)用到智能交通、工業(yè)監(jiān)控、市政設(shè)施管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療、環(huán)境治理、數(shù)字 家庭等涉及社會(huì)服務(wù)及管理的眾多領(lǐng)域。3 . 5存在的問(wèn)題目前物聯(lián)網(wǎng)還僅僅是應(yīng)用在物流領(lǐng)域，而且其技術(shù)體系尚未完善，除需要突破上述提到 的四大關(guān)鍵技術(shù)外，還要有地理信息系統(tǒng)、微型定位系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等做支撐。另外還 需要制定物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，統(tǒng)一所有物品的編碼，信息安全也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中難點(diǎn)及重 大課題。4結(jié)論電力系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)，既可以作為輸電通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，加強(qiáng)輸電通信網(wǎng)的可靠性， 也可以作為配電網(wǎng)絡(luò)主要通信方式，彌補(bǔ)目前公網(wǎng)及無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，同時(shí)能 作為抵御極端天氣的電力應(yīng)急通訊方案和通信抗災(zāi)體系的有效手段。物聯(lián)網(wǎng)就其本身而言， 代表了下一代信息技術(shù)的發(fā)展，而目前其發(fā)展正處于起步階段，仍然面臨技術(shù)完備性不足、 產(chǎn)品成熟度低、成本偏高、規(guī)劃管理、無(wú)線電