電力物聯網建設中的關鍵技術研究

劉濤 王敏 李斌

(1.寧夏信通網絡科技有限公司,寧夏銀川 750000;2.國網寧夏電力有限公司信息通信公司,寧夏銀川 750000)

0 引言

物聯網技術是各種技術的集合系統,其包含了通信、信息以及傳感、自動化等技術,其主要的特點有三個:第一個為整體感知,即使得物品的狀態可以被實時的識別,利用各種傳感器可以對物品的動態信息進行采集,進而傳輸到后臺,在管理的時候可以實現信息共享。第二個為穩定傳輸,這主要是由于通信網來支撐,目前我國已經在加大5G通信設備的鋪設數量,這使得我國的通信網絡穩定性以及傳輸速度提高了很多,對于物聯網建設的促進作用是非常明顯的。第三個為智能處理,這需要有強大的軟件系統作為支撐,我國的大數據系統技術目前在世界位居前列,因此這方面的技術儲備是足夠的,利用該系統可以結合警報系統,對一些問題可以做大快速反應與處理,避免因為問題不能得到及時解決為擴大的情況。

1 總體架構

1.1 感知層

感知層主要是由基層的傳感器組成的,這些傳感器可以對感知對象的運行狀態進行實時的收集和傳輸,進而形成一個各種基層設備的傳感數據系統,利用這個系統就是可以實現各種信息的識別以及采集處理,還可以實現對設備的自動控制[1]。當然自動控制就需要利用各種微機電系統傳感器,這種傳感器在電網中可以實現對電網各個環境的設備狀態的信息收集,并且還可以對這些設備進行智能設置,提高設備的運行穩定性,進而保障電力的傳輸正常。此外,整個微機電系統是一種嵌入式的系統,其可以和電網的各種設備緊密的結合。

1.2 網絡層

網絡層的構成主要有無線寬帶、無線公共通信網絡以及傳感網、光傳輸網等構成,其主要的目的就是實現各種設備信息的傳遞以及控制,保障信息的可靠性。當然網絡層其還需要具有大規模數據傳輸的功能,因為在整個電力物聯網中會產生大量的數據,這些數據的傳輸都是實時的,而且數據傳輸的速度直接影響著系統的反應時間。整個網絡層的通訊是由專門的電力通信網絡來進行的,而公共的通信網絡知識作為一個補充[2]。此外,網絡層也分為兩個,第一個為接入網絡,是以電力光纖以及無線數字通信系統為主,而第二個為核心網絡,其主要以電力骨干的光纖網為主。

1.3 應用層

應用層的主要作用就是將感知層的數據進行分類、分析以及處理,其包含的內容主要有基礎設施、中間件以及各種應用。各種應用設涉及的范圍很廣,包含了整個智能電網的全部生命周期的生產以及管理等各個環節。利用智能計算和模式識別的技術,使得對于電網信息的分析以及處理有了一個很大的提升,并且也促使決策的發布速度以及執行速度增加了很多,使得電力的傳輸以及管理變得更快捷、更高效。

2 物聯網應用

2.1 電力信息共享

物聯網在電力信息中的應用具有智能性以及便捷性的特點,因此這使得電力信息的共享成為了一個可能性,大大地促進了各種決策的實踐,并且也提高了相關人員對于電力事故的反應時間。所以站在電力用戶的角度來講,電力使用的穩定性以及便捷的服務內容是比較重要的。在電力物聯網應用之后,電力企業可以將各種用戶進行統一化管理,不管是居民用電還是企業用電都可以進行標準化的管理[3]。所以電力物聯網其實是一個增強平臺和用戶之間雙向互動的一個關鍵技術,不僅僅滿足了個人居民的個性化需求,而且也使得電力行業發展更加多樣化。

2.2 遠程抄表應用

遠程抄表這是電力互聯網在電網中應用最為廣泛的,這不僅僅提高了抄表的便捷性、降低了相關工作人員的工作效率,而且還具有準確性以及高效性的特點。隨著遠程抄表功能的應用,對電表的數據就可以實現實時的統計,當然如果需要人工收集殊勛,那么可以將這些數據直接錄入到系統中,這依舊降低了工作人員的工作量,提高了人工作業的便捷性。此外,隨著遠程抄表應用的普及,那么專門的抄表人員隊伍 將會被減少,這就使得人工成本大大降低了很多,但是抄表的準確性卻沒有降低。

2.3 運行狀態監測

檢測以及維護這是電力物聯網的兩個重要功能,其可以有效的保障電力運行的穩定性以及質量。并且隨著物聯網技術的覆蓋范圍擴大,這就使得電力網絡中各項數據的采集會更加的詳細,通過大量數據的積累就可以建設一個龐大的數據庫,然后對這個數據庫中的各種數據進行分類管理,最后進行挖掘。這可以大大的提高各種問題的預測改良,進而保障電網工作的安全性。此外,在電力各項設備運行的過程中,很多數據都是動態的,而不是確定的,利用檢測以及維護功能可以將這些活動的數據進行篩選,這大大的提高了數據的準確性[4]。

2.4 電力桿塔定位

電力桿塔的定位這對于進行電力網絡的維修以及問題的檢查是非常重要的,尤其是在一些位置有些偏僻的荒野中,這些桿塔一直處于無人維護的狀態,受到的外界因素比較多,多以會出現標志物丟失的情況,也很容易發生各種問題。但是利用物聯網就可以對電力桿塔的坐標進行精確的定位,并且現實在總控系統中,進而在發現問題之后可以第一時間找到問題坐標,并且制定出解決措施。此外,電力桿塔的區分也是非常重要的,物聯網技術的應用使得對這兩者的區分變得十分簡單,進而促進了電力物聯網的應用。

2.5 設備巡檢

設備巡檢應用,主要是利用內部數據庫以及激光掃描技術,然后對各個關鍵設備進行運行狀態的識別,如果出現和數據庫不相匹配的數據,那么就代表該設備或者是該位置有問題出現,而且在這個過程中還可以集合RFID技術對設備的運行狀態進行檢測,當然還可以利用紅紫外檢測技術進行檢測。最后還可以應用定位系統,對設備的問題進行定位分析,這樣整個巡檢的工作量被大大的壓縮,降低了相關人員的工作量,并且也提高了巡檢質量。

3 關鍵技術

3.1 通信

電力物聯網對于電子設備的應用非常多,因此在整個物聯網運行的過程中對于通信系統的高速傳輸性能以及穩定性有很高的要求,如果這些條件不能滿足,那么整個電力物聯網的構建優勢也不會體現出來[5]。通信網絡和電網是一個性質,其隨著不斷的發展會進入千家萬戶,這個網絡的構成也使得電力物聯網的利用效率得到了提高,進而加強了物聯網對于各種因素的抵御能力,并且保障了電力網絡的運行穩定性。整個通信系統有兩項比較重要的技術,第一個是通信架構,這可以使得整個電網的各種元器件都可以實現無障礙的通信;另外一種則是技術標準,這可以使得各種傳感器以及應用的連接更為緊密,整個系統的發揮更為有效。

3.2 量測

參數測量這對于電力物聯網的構建是一項基礎的技術,如果沒有這樣技術,那么物聯網系統所產生的數據都是不可靠的,對于決策的影響力也就非常小,所有數據根本就沒有可利用的價值。參數測量的裝置其主要是利用傳輸檢測技術來對整個電力網絡中的數據進行監測,然后將這些數據進行轉化變為可被管理系統認可的數據,最后傳輸給管理系統,而管理系統則利用這些數據來判斷電網的運行情況。參數測量其保障的就是電力網絡中各種設備的運行狀態,對于有問題的設備可以做到及時發現進而及時維修,提高管理的效率。

3.3 設備

在電網系統中運行的設備一般都具有很先進的技術,并且輸配電的西能也非常高,這主要是由于電網的特殊環境導致的,如果其設備性能不夠先進,那么會影響電力的輸送穩定性。在今后的物聯網建設中,超導以及儲能等技術會成為優先級別的建設技術,并且微電子技術的應用效果比較強或者是材料比較先進的設備也會成為物聯網建設中優先采購的對象。此外,還可以應用一些改造設備,這樣可以在保障電力輸配穩定性的前提下提升電網的輸送容量。

3.4 控制

所謂的控制,就是保障電力物聯網運行過程中不會出現斷電或者是電壓不穩定的情況,當然這個過程中需要用到分析、診斷以及預防等措施,利用這些方法可以使得電網的在管理更為便捷,并且在一些功能或者是操作的配置上也會更為便利,對于有效掌控整個電力輸配網絡具有重要的作用。在今后的電力物聯網建設的過程中可以引入專家分析的功能,這個功能可以提高故障診斷的效率和質量,并且其還可以在允許的范圍內進行自控制行為。將執行控制的整個過程壓縮在秒,這可以保障電網的可靠性[6]。

3.5 支持

3.5.1 可視化

簡單來講就是將數據進行分析處理,然后將有效的數據進行分類,再然后將這些數據變為一個電網運行人員可以閱讀的數據塊,進而讓電網的運行人員進行數據的快速分析,然后針對性地采取處理措施。而且隨著數據庫的增加,還可以該出一些分析建議,這樣可以大大地節省分析時間。可視化的數據大大減輕了運行人員的工作量,提高了決策的速度。

3.5.2 決策支持

數據是電網運行狀態的直觀體現,通過對數據進行全面的分析,就可以對電網各個部分的運行狀況進行分析,進而根據電網的正常運行狀態來判斷是都有問題出來。然后將分析判斷的結果傳送到相關工作人員的手中,這可以為這些人員的決策提供更多的依據。

3.5.3 調度員培訓

隨著數據的可視化以及數據分析決策行為的完成,那么就需要執行人員對決策進行執行,而這就需要調度員的參與。所以電網需要組織相關人員進行培訓,對相關的軟件以及動態仿真器的使用技巧進行掌握,只有電網運行人員的技能水平增加,那么整個電力物聯網的效能才會被最大化的發揮。

3.5.4 用戶決策

用戶對于電力的使用狀態也有決策需求,但是當前的物聯網技術還是存在和諾的問題,比如說數據的準確度不夠、數據的整理分析不足等,都使得用戶決策的依據不足。因此相關部門要做好數據接口的統一,并且提高智能傳感器的應用,使得電網的狀態以及數據更為直觀和準確。

3.6 安全防護技術

3.6.1 加密技術

電子標簽是一種無線通信技術,其主要的目的是利用無線信號對目標進行標記并且對相關的數據進行收集和整理。不過這種技術很容易遭受到竊取以及破壞,因此在電力物聯網的建設中需要加強安全防護技術,比如說可以使用應答認證協議。

3.6.2 認證技術

目前的認證技術主要分為三種,第一種為口令認證,這種認賬的安全度比較低,不過隨著智能技術的發展動態口令認證的安全性大大提高。第二種為X590認證,其利用了加密算法,安全性有很大的保障。第三種為域認證,其安全性也非常高。

4 結語

總而言之,電力物聯網的建設中對于設備的需求應該以及先進技術為目標,然后應用多種先進技術進行。而整個建設過程中所使用的關鍵技術有很多,這些技術的應用可以大大的提高電網的智能化以及自動化,在保障電網運行安全性的基礎上提高了管理效率。