物联网技术助力电网配电环节实现智能化
:物联网技术综述
2005年，由国际电信联盟(ITU)正式提出了物联网的概念。其定义被描述为：是物与物之间连接而形成的互联网。物联网的实质是利用 RFID(Radio Frequency Identification，射频自动识别)、无线数据通信等技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。物品能够在无需人工干预的条件下，在网络里彼此进行“交流”，通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
物联网的体系架构被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、传送层和应用层，如图 1 所示。其中射频识别技术、传感器和传感器网络属于感知层，主要解决信息的感知和采集，是物联网的核心基础设施。物联网以互联网为平台，将射频标签、传感器和传感器网络等具有感知功能的的信息网络整合起来，实现信息沟通。移动通信网、互联网及其它专网属于传输层，主要将信息进行可靠传输。应用支撑平台和应用服务系统属于应用层，主要支持信息协同、共享和互通。
物联网涉及的关键技术非常多，从传感器技术到通信网络技术，从嵌入式微处理节点到计算机软件系统，包含了自动控制、通信、计算机等不同领域，是跨学科的综合应用。
(1)感知层
物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集。感知层包含两个部分：传感器(或控制器)、短距离传输网络。
传感器(或控制器)用来进行数据采集及实现控制，短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。
感知层的关键技术主要为传感器技术和短距离传输网络技术，例如射频标识 (RFID) 标 签 与 用 来 识 别RFID 信息的扫描仪、视频采集的摄像头和各种传感器中的传感与控制技术、短距离无线通信技术(包括由短距离传输技术组成的无线传感网技术)。
(2)传送层
物联网的传送层主要完成信息传递和处理，传送层包括两个部分：接入单元、接入网络。
接入单元是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数据，并将数据发送到接入网络。接入网络即现有的通信网络，包括移动通信网、有线电话网、有线宽带网等。通过接入网络，人们将数据最终传入互联网。
传送层是基于现有通信网和互联网建立起来的层。传送层的关键技术既包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网(PSTN)技术、Wi-Fi 通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。
(3)应用层
物联网的应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合。应用层包括两部分：物联网中间件、物联网应用。
物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给丰富多样的物联网应用。统一封装的能力包括通信的管理能力、设备的控制能力、定位能力等。
物联网应用是用户直接使用的各种应用，种类非常多。物联网应用包括家庭物联网应用，如家电智能控制、家庭安防等，也包括很多企业和行业应用。
物联网在配电自动化中的应用描述：
电网配电环节的智能化，重点在于提高电网的可观测性和可制性，更迅速的反映故障，更可靠的电力供应。实现可视化的现场作业管理、智能的设备管理、电力设施防护防盗预警和智能化的线路及设备巡视，传感与量测是智能电网的基础。
配电自动化所覆盖的站点，在市区范围内往往集中在人口、街道等密集区，管线情况复杂，同时配电自动化作为后续建设内容，在一些投运年份较长的配电终端站，存在电力管道堵塞、光缆敷设困难等情况;同时，对于一些重要区域的配电自动化端站，不便于进行大规模的光缆敷设等施工。在这种情况下，将主要采用中压载波和无线通信技术实现信息的传输。
中压载波通信、租用无线公众网通信及无线宽带等技术在安全性、经济性等方面存在着缺陷。而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。
ZigBee技术作为一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，是一种很好的短距离通信方式。它有很多优点，譬如低功耗、高可靠性，以及自组网功能等等，使它能在短距离通信方面有着很大的发展空间。
图2：基于ZigBee配电管理系统系统框图
图2为基于ZigBee配电管理系统系统框图，整个系统由一个ZigBee网络终端和若干个ZigBee采集器组成。ZigBee网络终端是整个ZigBee网络的协调者(ZigBee中心节点)，它是整个ZigBee网络的发起者，它还负责与配
电管理中心的数据交互，主要采用以太网、GPRS或CDMA等远距离通信方式。ZigBee采集器在ZigBee网络中起到采集数据和网络路由的作用。
1.在电力设备状态监测中的应用。
随着电网运行智能化水平的提升，及电网设备及线路检修开始从停电检修提升到状态检修的需要，电力系统广泛开展了在线监测系统的建设，而提高电力设备的状态监测是实现智能电网的基础，实时监测电力系统中每个设备的状态，将为查找故障点、维护更换即将损坏的设备提供极大的便捷，为实现真正的设备状态检修提供科学依据，为提高供电可靠率提供坚强的基础。
在配电中电力一次设备状态监测方面，单独使用的监测仪器、仪表或装置已经有很多。如: 氧化锌避雷器泄漏电流监测装置、GIS气体泄漏报警装置、局部放电检测仪、声电波局部放电检测仪、超声波局部放电检测仪等都已经开发成功并投入使用。这些仪器装置，可以有效检测开关柜、环网柜、电缆分接箱中的母排、断路器、电流互感器、套管、电缆头等局部放电情况。这些仪器装置若能结合无线传感网技术，可以很容易实现与其它设备或监控中心的联系，从而实现设备的状态监测，还可以避免大量电缆的铺设。
2、在电力生产管理中的应用。
因电力生产的管理较为复杂，电力现场作业管理难度相当大，目前可以采用远程安全视频监测的方式实现远程安全稽查，但依然有时不可避免存在安全防护及监视漏洞和盲区。通过物联网技术进行身份识别、电子工作票管理、环境信息监测、远程监控等，方便地实现了调度指挥中心与现场作业人员的实时互动。
在电力巡检管理上，利用射频识别(RFID)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统以及无线通信网，对设备的运行环境及其运行状态进行监控，并根据识别标签辅助设备定位，实现了人员的到岗监督，从而监督工作人员参照标准化和规范化的工作流程，进行辅助状态检修和标准化作业。
在电力设施保护上，随着道路建设中的野蛮施工及偷盗等违法行为的发生，电力设施遭受破坏的事件也越来越多，尤其是配网设施，市区范围一般均为地下管线，受破环的可能性越高。可以充分利用物联网技术，在主要运行区域的管道内地埋振动传感器、壁挂振动传感器、倾斜传感器、距离传感器、防拆螺栓等设备，并结合GPRS和3G公网技术，实现对重要运行区域和杆塔等较好的实时监测和防护。
结束语：
随着物联网技术在智能配电网络中的推广和应用，为配电网络的实时监测数据传输、电力设施防护提供了一种新的传输和实现模式，有利于配电网的智能化管理。
2005年，由国际电信联盟(ITU)正式提出了物联网的概念。其定义被描述为：是物与物之间连接而形成的互联网。物联网的实质是利用 RFID(Radio Frequency Identification，射频自动识别)、无线数据通信等技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。物品能够在无需人工干预的条件下，在网络里彼此进行“交流”，通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
物联网的体系架构被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、传送层和应用层，如图 1 所示。其中射频识别技术、传感器和传感器网络属于感知层，主要解决信息的感知和采集，是物联网的核心基础设施。物联网以互联网为平台，将射频标签、传感器和传感器网络等具有感知功能的的信息网络整合起来，实现信息沟通。移动通信网、互联网及其它专网属于传输层，主要将信息进行可靠传输。应用支撑平台和应用服务系统属于应用层，主要支持信息协同、共享和互通。
物联网涉及的关键技术非常多，从传感器技术到通信网络技术，从嵌入式微处理节点到计算机软件系统，包含了自动控制、通信、计算机等不同领域，是跨学科的综合应用。
(1)感知层
物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集。感知层包含两个部分：传感器(或控制器)、短距离传输网络。
传感器(或控制器)用来进行数据采集及实现控制，短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。
感知层的关键技术主要为传感器技术和短距离传输网络技术，例如射频标识 (RFID) 标 签 与 用 来 识 别RFID 信息的扫描仪、视频采集的摄像头和各种传感器中的传感与控制技术、短距离无线通信技术(包括由短距离传输技术组成的无线传感网技术)。
(2)传送层
物联网的传送层主要完成信息传递和处理，传送层包括两个部分：接入单元、接入网络。
接入单元是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数据，并将数据发送到接入网络。接入网络即现有的通信网络，包括移动通信网、有线电话网、有线宽带网等。通过接入网络，人们将数据最终传入互联网。
传送层是基于现有通信网和互联网建立起来的层。传送层的关键技术既包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网(PSTN)技术、Wi-Fi 通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。
(3)应用层
物联网的应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合。应用层包括两部分：物联网中间件、物联网应用。
物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给丰富多样的物联网应用。统一封装的能力包括通信的管理能力、设备的控制能力、定位能力等。
物联网应用是用户直接使用的各种应用，种类非常多。物联网应用包括家庭物联网应用，如家电智能控制、家庭安防等，也包括很多企业和行业应用。
物联网在配电自动化中的应用描述：
电网配电环节的智能化，重点在于提高电网的可观测性和可制性，更迅速的反映故障，更可靠的电力供应。实现可视化的现场作业管理、智能的设备管理、电力设施防护防盗预警和智能化的线路及设备巡视，传感与量测是智能电网的基础。
配电自动化所覆盖的站点，在市区范围内往往集中在人口、街道等密集区，管线情况复杂，同时配电自动化作为后续建设内容，在一些投运年份较长的配电终端站，存在电力管道堵塞、光缆敷设困难等情况;同时，对于一些重要区域的配电自动化端站，不便于进行大规模的光缆敷设等施工。在这种情况下，将主要采用中压载波和无线通信技术实现信息的传输。
中压载波通信、租用无线公众网通信及无线宽带等技术在安全性、经济性等方面存在着缺陷。而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。
ZigBee技术作为一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，是一种很好的短距离通信方式。它有很多优点，譬如低功耗、高可靠性，以及自组网功能等等，使它能在短距离通信方面有着很大的发展空间。
图2：基于ZigBee配电管理系统系统框图
图2为基于ZigBee配电管理系统系统框图，整个系统由一个ZigBee网络终端和若干个ZigBee采集器组成。ZigBee网络终端是整个ZigBee网络的协调者(ZigBee中心节点)，它是整个ZigBee网络的发起者，它还负责与配
电管理中心的数据交互，主要采用以太网、GPRS或CDMA等远距离通信方式。ZigBee采集器在ZigBee网络中起到采集数据和网络路由的作用。
1.在电力设备状态监测中的应用。
随着电网运行智能化水平的提升，及电网设备及线路检修开始从停电检修提升到状态检修的需要，电力系统广泛开展了在线监测系统的建设，而提高电力设备的状态监测是实现智能电网的基础，实时监测电力系统中每个设备的状态，将为查找故障点、维护更换即将损坏的设备提供极大的便捷，为实现真正的设备状态检修提供科学依据，为提高供电可靠率提供坚强的基础。
在配电中电力一次设备状态监测方面，单独使用的监测仪器、仪表或装置已经有很多。如: 氧化锌避雷器泄漏电流监测装置、GIS气体泄漏报警装置、局部放电检测仪、声电波局部放电检测仪、超声波局部放电检测仪等都已经开发成功并投入使用。这些仪器装置，可以有效检测开关柜、环网柜、电缆分接箱中的母排、断路器、电流互感器、套管、电缆头等局部放电情况。这些仪器装置若能结合无线传感网技术，可以很容易实现与其它设备或监控中心的联系，从而实现设备的状态监测，还可以避免大量电缆的铺设。
2、在电力生产管理中的应用。
因电力生产的管理较为复杂，电力现场作业管理难度相当大，目前可以采用远程安全视频监测的方式实现远程安全稽查，但依然有时不可避免存在安全防护及监视漏洞和盲区。通过物联网技术进行身份识别、电子工作票管理、环境信息监测、远程监控等，方便地实现了调度指挥中心与现场作业人员的实时互动。
在电力巡检管理上，利用射频识别(RFID)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统以及无线通信网，对设备的运行环境及其运行状态进行监控，并根据识别标签辅助设备定位，实现了人员的到岗监督，从而监督工作人员参照标准化和规范化的工作流程，进行辅助状态检修和标准化作业。
在电力设施保护上，随着道路建设中的野蛮施工及偷盗等违法行为的发生，电力设施遭受破坏的事件也越来越多，尤其是配网设施，市区范围一般均为地下管线，受破环的可能性越高。可以充分利用物联网技术，在主要运行区域的管道内地埋振动传感器、壁挂振动传感器、倾斜传感器、距离传感器、防拆螺栓等设备，并结合GPRS和3G公网技术，实现对重要运行区域和杆塔等较好的实时监测和防护。
结束语：
随着物联网技术在智能配电网络中的推广和应用，为配电网络的实时监测数据传输、电力设施防护提供了一种新的传输和实现模式，有利于配电网的智能化管理。
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