物联网技术在输变电设备状态监测中的应用

曹一家，何 杰，黄小庆，张志丹

（湖南大学 电气与信息工程学院，湖南 长沙 410082）

物联网（Internet of Things，IOT），即“物物相连的互联网”，被视为继计算机、互联网之后的下一次信息技术浪潮和新技术的引擎.自2009年以来，物联网受到各国政府、企业和学术界的高度重视，IBM首次提出了“智慧地球”的概念，并正式被提升为美国的国家战略［1］；在欧洲，欧盟发表了《Internet of Things-An action plan for Europe》的物联网行动方案［2］；韩国通信委员会出台了《物联网基础设施构建基本规划》［3］；日本政府则将2004年推出的“u-Japan”计划升级为新一代的信息化战略《i-Japan Strategy 2015》［4］.

中国自从2009年温家宝总理在无锡视察时提出 “感知中国”后，物联网相关技术成为了国家、企业和高校重点研究和支持的对象.2010年，物联网被写进政府工作报告，确立为五大新兴国家战略产业之一，中国“十二五”规划明确提出，物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流等十大领域重点部署［5-6］；中科院上海微系统与信息技术研究所、清华大学、北京邮电大学、东南大学、南京邮电大学等科研单位在无锡成立了“物联网研究中心”，对物联网的技术和应用做了相关的探讨［7-8］.

近年来，智能电网（Smart Grid）已经在各个国家开展了研究及规划［9-11］，不同国家的电网企业和组织都以自己的应用为出发点，对智能电网进行研究和实践.中国学者和相关机构对智能电网在中国的定位与规划也做了相关研究［12-14］，最终公认的一个定义是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网.

智能电网的实现，首先依赖于电网6个环节（发电、输电、变电、配电、供电和调度）重要运行参数的在线监测和实时信息掌控以及设备的智能化，物联网以其强大的信息采集和交互能力，是智能电网“智能信息感知末梢”不可或缺的基础环节，将渗透到发电环节的接入到检测，变电的生产管理、安全评估与监督，配电的自动化，用电的采集以及营销等各个环节，在电网建设、生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量应用和用户交互等方面将发挥巨大作用.

笔者在分析物联网应用于智能电网不同领域的基础上，针对输变电设备智能监测和全寿命周期管理的应用，分析输变电设备物联网的体系架构组成，在此基础上对涉及到的一体化智能监测装置、编码和标识体系、全景信息建模、全寿命周期管理等多项关键技术进行分析讨论，具有较重要的参考价值和意义.

1 物联网的原理和技术

1.1 物联网的定义

“物联网”概念是2005年由国际电信联盟（ITU）发布的《ITU 互联网报告2005：物联网》［15］正式提出，报告指出物联网是互联网应用的延伸，“RFID、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术”将是实现物联网的四大核心技术，2009年，自IBM提出“智慧地球”后，发展物联网被迅速纳入不同国家的重大信息发展战略中.

物联网发展至今，国际上仍未有一个明确统一的定义.2009年，欧洲物联网项目战略研究议程［2］（CERP-IOT SRA）中定义“物联网”：是未来互联网不可分割的一部分，是一个动态的全球网络架构，它具备基于一定的标准和应用的通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”均具有身份标识、物理属性和虚拟特性，并应用智能接口可以无缝链接到信息网络.目前，中国对物联网的定义［16］：利用各种信息传感设备，如：射频识别装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成一个巨大网络，其目的就是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理，其中，“M2M”［17］（Machine to Machine，机对机）和CPS［18］（Cyber-physical system，信息物理融合系统）是物联网的两种重要应用形式.

1.2 物联网的技术

在2005年ITU互联网报告中，重点提及了物联网的4种关键应用技术——标签事务的RFID技术、感知事务的传感器技术、思考事物的智能技术、微缩事物的纳米技术，中国物联网技术的研究热点则主要集中在感知标识技术、通信网络技术和信息处理技术.

感知标识技术是支撑物联网应用的基础，实现物理世界发生的物理事件和数据的感知识别，主要包括智能传感器、无线射频识别（RFID）［19］、二维码、电子代码（EPC）［20］、Rubee［21］等技术；通信网络技术则是实现感知识别信息的高可靠性和安全性的传输，网络包括了传感器网络［22］、无线自组织网络（Ad-hoc）、以互联网协议版本6（IPv6）为核心的下一代网络［23］等，通信技术包括了无线保真（WiFi）、近场通信（NFC）、超宽带（UWB）、ZigBee、蓝牙、全球微波互联接入（WiMAX）、通用无线分组业务（GPRS）、3G等；物联网大规模应用后，面临着海量信息的融合、存储、挖掘、知识发现等重大挑战，研究以“云计算”［24］为代表的信息处理技术将是物联网海量信息高效利用的核心支撑.

2 物联网在智能电网中的应用

目前，物联网已经在公共服务、物流零售、智能交通、安全、家居生活、环境监控、医疗护理、航空航天等多行业多领域得到应用［2，25-26］，涵盖了工业、环境和社会的各个方向，智能电网则是物联网应用的最重要领域之一.

2.1 输变电设备在线监测

由于输变电设备种类多、数量大，导致设备的信息来源多种多样，获取的方法也各不相同，再加上设备评估决策技术的参差不齐，输变电设备的运行状态对电网安全运行影响比较大，据中国国家电网安全运行分析报告，2001-2009年，中国受自然灾害影响和设备自身故障导致电网事故占当年总事故的48%～81%.物联网技术的引入可以提高设备可用率，降低设备状态检修的盲目性与风险性，实现设备优化管理，从而解决输变电设备在线监测性能水平和统一规范标准监测体系两个问题.

输变电设备物联网是一个在物理空间和信息空间具有强关联性和高度混杂性的网络，是智能电网由系统智能化向设备智能化的延伸.利用物联网的“智能信息感知末梢”相关技术，可以提高设备的在线监测性能水平，满足智能电网对设备状态信息的准确获取与网络化交互的需要；利用物联网技术的标准化建设，研究输变电设备信息模型、网络架构、感知体系、通讯模型与接口规范、网络与信息安全等问题，将实现输变电设备信息体系、监测体系、评估体系和管理体系的统一规范，更好地为设备的全寿命周期管理服务.

2.2 电动汽车

随着一次能源中非再生能源的日益枯竭以及智能电网的发展，电动汽车等分布式新能源将成为智能电网建设的重要组成部分，能充分实现电网调峰和调价处理，为能源的合理利用起到积极作用.将物联网技术中的新一代IT技术引入到电动汽车应用，通过在电动汽车、充电电池、充电设施［27］（充电桩和充电站）中加入智能传感器和电子标签，可以对电动汽车的位置和运行状态、充电电池的性能和寿命以及充电设施的运行和调度进行实时感知，实现城市的全面覆盖，而且物联网投资相对较低，通信网络拓扑自主灵活，具有很好的适应性和扩展性.

物联网技术应用于充电设施的调度和计量计费如图1所示，电动汽车的配置智能传感器和电子标签，通过物联网无线技术将信息发送到充电设施调度平台，调度平台根据电动汽车充电数量、汽车的运行状态（车速、位置、路程等）和充电设施使用情况（位置、充电车位等），合理安排汽车充电的时间和地点［28-29］，提高服务质量.

图1 基于物联网的充电设施调度和计量计费系统Figure 1 Charging facilities dispatch，metering and billing system based on IOT

当电动汽车进入充电桩一定范围内，通过电子标签，充电站内的阅读器读取用户的身份信息（身份证号码、电话、住址、银行账户），并和感知的电池充电所需的电量时间等信息一起上传至充电站收费系统，系统计算出充电费用，通过结算中心实现自动付费.结算中心通过短消息的形式将消费信息发送到用户手机上；同时，用户也可通过Internet查询自己账户信息.

物联网技术除了应用于充电设施管理上，在充电电池的管理上也正在进行研究，文献［30］就电池资产变更和不同智能充换电服务网络运营模式下电池管理的问题，提出了基于物联网技术的系统性解决方案.

2.3 智能家居

智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，是智能电网在用电侧实现“电力流、信息流、业务流”高度统一的主要方式.智能电网的发展为智能家居的全面推广提供了强大的技术支撑：智能电网通过配备智能变电站、智能配电网等组成，能够对自然灾害或设备故障造成的电网动荡进行自愈，保证用户侧的不间断供电，大大提高供电的可靠性；智能电网发展战略中包括智能小区的建设，用户将不需要自己购置服务器和设计控制系统，通过电力光纤直接对接智能小区服务器即可实现对家庭电器的智能控制，大大降低了智能家居的投资成本.

以无线通信为核心的物联网技术服务于智能电网，将能克服传统有线网络的布线、成本和扩展性等问题，用户利用智能电表可以了解24h中不同时段的用电比例、各个家电的耗电比例，通过对家庭设备的标识、传感、通信和控制，根据电价状况和计划停电信息合理制定消费模式；电力公司则提供更多的增值服务供用户选择，实现电力公司与用户的友好互动，更好地实现家居智能化.

基于物联网技术的智能家居将家庭中各种设备互联，将实现人与设备、设备与设备之间的“通话”.例如：家电中嵌入传感器，实时采集温度、湿度、耗电量等数据，用户可实时地了解到家电的能耗情况；厨房中发生天然气泄漏，智能传感器将根据监测到的气体浓度进行报警，并通过NFC、Zigbee、蓝牙等无线通信方式让天然气阀门控制器动作，同时“通知”排气系统进行工作；利用智能控制单元，可通过互联网、手机实现对空调、热水器、电灯等的远程控制.文献［31］提出了一种智能家居物联网系统，该系统主要由主阅读器、从阅读器、移动阅读器和标签组成.

3 输变电设备状态监控的物联网体系架构

国际上对物联网体系架构的研究主要分为：①从网络基础理论的角度来解决新型物联网网络的基本问题；②从工程技术角度来解决网络与业务实现的具体问题.在欧洲，欧盟主要聚焦于“Integration of RFID ＆WSN”（射频识别技术与无线传感器的融合），重点支持语义操作和SOA架构方面的研究［32］；中欧专家针对全球还无统一的物联网体系架构情况，讨论了当前智能网体系演进到未来物联网体系架构需加强端对端服务、异构系统融合、自主分布式架构等方面的研究［19］.

体系架构是输变电设备物联网实现的首要问题，由于物联网诸多技术的引入、设备全寿命周期管理的应用需求，使得输变电设备物联网覆盖的技术领域广、体系复杂，因此，建立一个具有通用性、起支撑规范作用的体系架构具有十分重要的意义.面向演进的分层分布式输变电设备物联网体系架构如图2所示，由智能感知层、数据通信层、信息整合层、智能应用层构成.

图2 输变电设备物联网体系架构Figure 2 Architecture of transmission and distribution equipment

3.1 智能感知层

输变电设备物联网的智能感知层是利用物联网感知技术中的智能传感器、EPC标签、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，实现对表1中电气设备的运行状态数据（模拟量、数字量、脉冲量、状态量）和全寿命资产信息的统一智能感知.

3.2 数据通信层

数据通信层主要提供解析数据传输通道，支持异构网络接入，并支持移动性，实现设备的无缝透明接入.根据信息的上传过程，输变电设备物联网的数据通信层包括传感器网络层、变电站层、供电局层，如图3所示.

表1 输变电设备运行信息和全寿命资产信息Table 1 Operation information and life asset information of transmission and distribution equipment

图3 数据通信层网络结构Figure 3 Network structure of data communication layer

传感器网络层为智能监测装置（智能传感器、EPC电子标签等）提供网络接入功能、移动性管理等，将设备状态信息通过光纤、宽带电力线载波或短距离无线通信技术送到智能终端进行数据初步处理.

变电站层和供电局层是基于IP统一的高性能、可扩展网.根据变电站电压等级，变电站层的变电设备智能终端采用串口通信、LonWorks、CAN或光纤将信息上传至变电站计算机监控系统；而输电线路智能终端则通过接口转换连接光纤复合架空地线（OPGW）、自承式光缆（ADSS）、电力数据通信网（SPTnet）或电力无线专网，将信息上传至变电站计算机监控系统，另外考虑兼容性和扩展性，输电线路的信息也可以通过移动公网GPRS、3G网络直接上传至输变电设备全景信息平台.

供电局层的网络因为要负责所辖区域所有变电站和输电线路的信息汇集传输，因此需采用光纤组网，通过电力数据通信网连接输变电设备全景信息平台，实现信息的纵向交互.

3.3 信息整合层

输变电设备物联网全景信息集成平台（图4）作为信息整合层的信息处理中心，采用面向服务架构SOA及企业级服务总线，提供信息的标准接入、Web服务、业务服务接口等功能，通过对多源异构数据（输变电设备监测数据、生产管理系统数据、调度运行信息、公共安全信息、人工补录信息）的特征提取、挖掘、关联等方法，实现海量数据纵向整合和横向集成的全景应用，支撑设备的全寿命周期管理.

图4 全景信息集成平台技术框架Figure 4 Technical framework of panoramic information integration platform

按照信息集成平台在各级电网中业务的不同，输变电设备物联网全景信息集成平台应构建网级、省级、地县级三级平台业务，每一级负责的业务和提供的服务根据需求进行配置.

3.4 智能应用层

智能应用层中的输变电设备物联网全寿命周期管理系统的功能框架如图5所示，包括状态评估、预测预警、智能诊断、风险评估、检修决策、成本分析、绩效评估等功能，实现电网设备缺陷、故障率、维修成本、寿命及管理的进一步改善.

图5 全寿命周期管理系统功能框架Figure 5 Function framework of life cycle management system

4 输变电设备物联网关键技术

物联网涉及的技术领域非常广，笔者将结合输变电设备状态监测和全寿命周期管理，主要分析输变电设备物联网的主要关键技术.

4.1 一体化智能监测装置

目前，设备状态监测技术的应用对实时掌握设备运行情况、及时发现设备潜伏性故障起到了良好的效果，但仍存在许多问题：如数据交互性不够、缺乏就地综合判断处理机制、信息庞大却可支撑信息难以提取等问题.因此，需建立统一规范的监测体系，制定监测参数及监测性能指标的标准，提高监测装置的通用性，以满足智能电网对设备状态信息的准确获取与网络化交互的需要.根据IEC标准提出的智能电子设备IED概念和标准，中国国家电网公司在此基础上则提出了智能组件、监测功能组等概念和技术规范，因此，输变电设备物联网一体化智能监测装置的研发将为面向智能电网的输变电设备监测统一规范体系建立起到积极作用.

一体化智能监测装置将是输变电设备物联网智能感知层的重要组成，它由监测主IED、电源及管理模块和不同设备监测智能传感器IS及EPC电子标签等构成，部署在设备附近，实现输变电设备运行状态、资产管理及其周边环境的多特征信息在线监测，其结构如图6所示.

图6 一体化智能监测装置结构Figure 6 Integrated intelligent monitoring device structure

一体化智能监测装置具有设备状态感知、信息处理和数据通信三大功能.智能传感器IS对设备的运行状态数据（模拟量、数字量、脉冲量、状态量）进行感知采集，并对数据进行标准化、规范化上传；EPC电子标签，则实现设备台帐数据、巡检数据、故障信息、停电信息、人工录入数据等的索引感知；数据通信需包括智能传感器通信、EPC电子标签通信和监测主IED通信三部分.

信息处理中智能传感器负责对采集的模型信号进行数字转换，并进行合理性检查及预处理（修正、容错校准等）；监测主IED负责加工处理不同设备上传的数据，并能对设备进行故障综合智能诊断，实现故障预警、定性、定位、危害性评估、维修决策及设备联动功能.

4.2 编码和标识体系

电力行业的编码主要包括物资编码和设备编码，存在着编码系统的不统一以及各个使用部门应用角度的不同导致的误差、混乱和不统一现象［33］的问题.另外，设备存储仓库和现场中所使用的铭牌或条形码，因为识别距离局限于视野范围内［34-35］，所以受污秽、腐蚀影响会引起标识不清.从设备的全寿命周期管理角度上，上述问题都将阻碍设备全景信息的交流和共享.

虽然物联网技术还未在电力资产优化管理方面得到应用，但已在物流监控、仓储管理等领域应用并取得效果的物联网标识技术EPC，为输变电设备编码的优化提供了新的思路和技术手段.但EPC在应用到电力行业的过程中，需要结合国家电网、南方电网公司对设备资产的归属和类型分类方式；编码应关联现有电力设备编码，符合物联网下的编码规则和电力行业中的编码规范.

EPC是EPC Global用来标识目标的特定代码，有64，96和256位3种［36］，具体结构如表2所示.输变电设备物联网编码应在分析设备全景信息中哪些能由编码进行索引感知的基础上，选择合适的EPC代码及编码方案，既能包括南方电网编制的《电网设备信息分类与编码》所有信息，也能提供足够的空间给设备全寿命周期管理应用所需要的其他信息.另外，编码方案的实现，还需要参照现有互联网和万维网的标识架构，并考虑到设备编码和后台解析、信息服务以及IPv6等影射问题，建立一个适应于电力系统环境的标识体系，以解决设备标识码量化、识别等问题，为新的编码方案实际应用于输变电设备物联网提供技术支持.

表2 通用的EPC编码结构Table 2 General EPC coding structure

在输变电设备物联网的编码方案和标识体系实现中还需要考虑：①编码的实施与应用是一项复杂的工作，需工程实践和时间完善（如巡检人员的参与）；②编码数据库的编制工作需要跟随编码的完善同时进行；③鉴于电力行业的特殊性，在编码实现中，标识体系的安全需重点考虑，包括标签数据加密、读写器权限、数据库的部署、病毒防范、异常处理等方面.

4.3 通信技术

物联网典型通信方式［37］主要包括“物与物”（Thing-to-thing，M2M 是其中一种代表形式）和“物与人”（Thing-to-person）2种，输变电设备物联网应用这2种方式，能够解决：①相关联设备能够在前端进行两者运行状态之间的“对话”，实现设备联动保护，如1台主变压器油温出现不正常升高，相对应的断路器或主变保护设备根据升温情况进行报警或切换至备用变压器；②在电力系统的站级遥控技术相对成熟的基础上，进一步提高设备级的远程控制性能，实现运行人员能够根据设备运行状态诊断结果对一次设备的远程操作.

通信是实现输变电设备状态监测状态化、互动化、智能化的基础，它为状态监测中心与状态监测设备提供高速、透明、可靠的通信链路，实现数据信息和控制信息的双向传递、路由和控制.输变电设备物联网的通信技术研究主要有2个方面.

1）无线、有线网络传输技术的进步.如果将变电站到供电局再到省级平台的电力数据通信网整看成输变电设备物联网的骨干网络，那么它的末梢网络则由各种不同形式的有线或无线局域网所构成，其中无线通信技术是这些局域网中最需要完善的技术，包括3G，3.5GMMDS，WLAN，UWB，WiMax，Zigbee，低速低功耗通信（802.15.4），ISA100，Wireless HART，基于IPv6的WPAN等.

2）在网络架构和管理方面.需要解决有线和无线网络集成技术，实现透明无缝连接，异构网络融合和自治，并能实现自愈和自组织的层次组网结构.如站内值班人员、继保人员或检修人员能够方便迅速地在不同地点访问设备全景信息.

另外，在发展适应于电力系统的无线通信技术基础上，输变电设备物联网还需要建立一个通信和网络架构，能够融合现有输变电设备监测的多种通信、网络技术，以及具有应用前景的新型有线、无线通信技术；能够适合各类感知方式、解析架构以及未来可用的网络计算处理，从而使输变电设备物联网具备很好的兼容性和扩展性.

4.4 全景信息建模

设备全寿命周期管理所需的输变电设备信息具有多源、高度异构的特征，不但包括了输变电在线监测数据，还需要生产管理数据、调度运行数据以及公共安全信息等的基础数据，这些多源数据分散在不同的系统中，彼此之间缺乏联系、信息共享不足，没有进行有效的整合、集成，更没有将在线监测数据和基础数据结合起来作深度的挖掘以形成指导输变电设备管理的知识；在输变电在线监测中引入物联网技术，增加了新的数据来源、数据格式及数据流量，从而需要电力系统衍生出各种自动化和智能化应用模块［38］，但是这些模块应用缺乏统一的模型基础.因此，需要建立基于物联网的输变电设备全景信息模型，以提供一种用对象类和属性及它们之间关系来标识电力系统对象的标准方法，推动电力应用系统的标准化建设，使得输变电物联网全景信息的交互与共享具有同一个公共参考模型.

输变电设备物联网信息整合层的全景信息集成平台实现是以统一全景信息模型为基础的，全景信息模型定义为设备的全方位信息模型，建模应基于IEC 61970，IEC 61968，IEC 61850标准［39-41］，考虑设备的物理空间、信息空间和时间空间，如图7所示，并引入RFID／EPC等物联网技术，通过综合数据采集、标准数据流模式、规范对象编码方式、开放数据集成和服务等统一标准和先进技术，建立包含设备属性、类别和生命周期的唯一多维数字化信息模型.

图7 输变电设备全景信息Figure 7 Panoramic information of transmission and distribution equipment

参考IEC 61970，IEC 61968，IEC 61850建模方法及模型类型，输变电物联网全景信息模型应从电力资源模型、电力资产模型、业务工作模型以及公共安全模型进行扩展，采用CIM建模方法，模型使用UML语言描述，建模采用Rational ROSE工具实现，最终建立具有兼容性和扩展性的面向物联网技术的输变电设备全景信息模型，具体路线如图8所示.

图8 全景信息建模方案Figure 8 Panoramic information modeling program

4.5 信息处理技术

输变电设备全景信息的数字化及全网化，使输变电物联网上的数据量呈几何增长，必然需要更佳的数据处理机制（信息清洗、压缩、聚集、融合、交互等）来解决海量数据的存储和应用问题.

“云计算”是其中一种代表性方法，它的目的就是解决互联网发展所带来的巨量数据存储与处理问题.电力系统中引入“云计算”已经得到初步研究［42］，其中还衍生出了“电力云”概念［43］.输变电设备物联网的“云计算”可以把省级输变电设备物联网全景信息集成平台作为大云，各供电局的信息集成平台作为第二级云，供电局管辖的变电站信息集成平台作为第三级云，所有等级云由云计算控制中心进行信息处理和海量信息分布存储.

目前，信息融合技术是物联网信息处理的关键技术和研究热点，在电力系统中中已经有了一定的研究进展［44-45］.输变电设备物联网中的数据将存在海量性、异构性、时空相关性、序列性等特性，在前端一体化智能监测装置中，针对多源数据时空相关性和网络中异质节点的不确定性，研究概率统计方法、回归分析和卡尔曼滤波［46-47］等传统的或改良的数据融合方法来消除冗余信息，去除噪声和异常值；在全景信息集成平台和全寿命周期管理系统中，考虑数据融合安全性，研究D-S证据理论、模糊逻辑、神经网络及语义融合［48-49］等技术来实现设备故障检测、状态评估和诊断决策等高层判别.

4.6 全寿命周期管理

智能电网的快速发展带动输变电设备资产规模的迅速扩大，而随着国际上资产管理进入以资产全寿命周期管理为核心的综合管理阶段，输变电设备迫切需要采取以“集约化管理、精益化管理”为目标的资产全寿命周期管理，来改变以往重设备轻资产、重投入轻产出的资产管理方式.

输变电设备全寿命周期管理需要从信息服务体系、管理决策体系、技术支撑体系、资源管控体系和规范标准体系5个方面，综合现有数据和基于物联网技术的监测数据，分析全寿命周期管理展现所涉及的实时状态评价、事故风险预警、智能诊断等业务种类，按合适的粒度进行服务抽象，从而建立起全寿命周期管理机制来规范输变电全寿命周期管理模式；建立全面、可行的资产管理绩效评估考核体系，来衡量全寿命周期管理工作的效率和效果，促进资产全生命周期管理策略和相关业务流程的持续改进，最终达到从设备的规划、设计、制造、选型、采购、安装、运行、维修、改造、报废、更新乃至环境保护等整个价值链的输变电全寿命周期管理目标.

4.7 安全威胁与措施

物联网作为诸多技术综合交叉领域，其安全问题［50-52］尤为突出.输变电设备物联网中的安全威胁主要包括设备安全、数据传输安全、数据接收安全、数据存储安全以及设备操作安全.

1）设备安全.接入的智能监测装置不能对现场电气设备安全运行产生影响，不能影响电力通信质量；装置本身应能及时升级软件补丁，具备病毒入侵检测手段和足够的抗病毒能力；为了防止自然和人为的破坏，延长使用寿命，监测装置可以采取一定的防护措施（防护罩、防护网）.

2）数据传输安全.无线通信是输变电设备物联网最主要的通信安全问题，在资源受限、电力系统特殊环境下，为了应对无线通信的安全问题，需要灵活应用数据加密（链路加密、节点加密和端到端加密）、扩频技术、序列抗重播、DoS攻击或物理隔离（隔离网关）等安全措施，在保证异构多源数据不同实时性基础上，提供更高效和可靠的保护.

3）数据接收安全.智能终端、监控中心或集成平台在解密上传数据后，需要提供有效性、完整性等检验，对无效的数据应采取相对应的措施，比如令对方设备监测IED重新发送等.

4）数据存储安全.针对设备历史数据，在变电站级、供电局级以及信息集成平台提供系统级和应用级的数据备份和恢复机制.

5）设备操作安全.运行人员登入系统或平台时需要设定权限（访问目录和文件权限、控制网络设备配置权限等）并定时更新，设定之后，登录系统采取多等级认证机制，防止登录人员的越权操作，同时采取完善的密码、日志管理.

4.8 输变电设备物联网标准

标准的建立是物联网成功应用的一个关键性指标.目前，物联网标准工作尚处于起步阶段，在体系架构、编码、网络通信、智能传感器等基础技术标准上存在不确定性，例如RFID标准化中EPC global［53］和 UID［54］是2套不兼容标准，但都希望作为国际标准框架的一部分，因此制定上存在着限制.现在，国际上参与物联网标准制定的组织主要包括ITU，ETSI，IEEE，IETF，IEC，ISO，EPC global等，中国研究物联网标准的组织主要是传感器网络标准工作组和中国通信标准化协会.

2009年4月，IEC成立了智能电网战略工作组（SG3）［55］负责智能电网技术标准体系的制定，输变电设备物联网标准需要结合智能电网的核心标准IEC 62357，IEC 61970，IEC 61968，IEC 61850 和IEC 62351，在体系架构、设备监测装置、电力设备编码、电力通信网络［56］、全景信息模型等方面制定适合输变电设备状态监测应用背景的行业标准.根据欧盟在物联网标准制时提出的3个问题［57］，在建立这些行业标准过程中将需要解决：①制定的行业标准不能依赖于现有国际标准或国家标准，这样才能更好的为输变电设备监测服务，如输变电设备物联网体系架构标准和国际物联网体系架构标准之间的关系；②制定的某些行业标准中和现有标准的矛盾调和，如电力设备编码标准和RFID标准、南方电网的《电网设备信息分类与编码》之间数据结构上可能会不一致；③制定的行业标准之间需要具备兼容互用性，如输变电设备物联网体系架构标准中装置、网络、信息模型、接口等的标准化需要兼容相应的行业标准.

输变电设备物联网标准的制定是一项庞大而复杂的工程，从标准规划、立项、出台到完善都需要一个过程，需要电力系统各个领域和部门的协调和配合，在避免标准和规范的重复建立的基础上，可按功能将行业标准划分为多个部分，逐步阶段性完成制定工作，最后将各部分整合形成统一完善的行业标准，从而有效规范输变电设备物联网的规划设计、建设运行、设备制造、网络通信等各领域、各环节的实现.

5 结语

目前，电力系统正经历从数字化向智能化发展的阶段，物联网技术在智能电网领域的应用整体来说还处于发展初期，但物联网以其计算机、通信和控制多个学科的交叉特点以及全方位、深度感知的“智能信息感知末梢”特性，在智能电网中的应用情景将十分广阔.笔者在分析物联网应用于智能电网输变电环节设备监测的基础上，提出了分层分布式的四层输变电设备物联网体系架构，并根据每一层的技术特点，从一体化智能监测装置、编码和标识体系、通信技术、全景信息建模、信息处理技术、全寿命周期管理、安全威胁与措施和标准这几个方面讨论了如何构建合适的输变电设备物联网，通过对体系架构和关键技术的分析，明确了输变电设备物联网的研究内容和发展方向，为更多电力系统部门和研究人员参与进来提供参考.虽然目前输变电设备物联网的相关产品和技术还不成熟，但随着传感、通信技术、信息技术和控制理论进一步综合发展，以及智能电网研究和开发的成熟化，输变电设备物联网将成为物联网在智能电网中的一个成功应用.

［1］IBM.A Smarter planet［EB／OL］.http：／／www.ibm.com／smarter planet，2010-02-01.

［2］Commission of the European Communities.Internet of Things-An action plan for Europe COM （2009）278final［R］.Brussels：EC Publication，2009.

［3］韩国国通信委员会.物联网基础设施构建基本规划［EB／OL］.http：／／www.cnttr.com／viewnews＿178672.html，2009-10-19.

［4］Japan IT Strategic Headquarters.i-Japan Strategy 2015［EB／OL］.http：／／www.kantei.go.jp／foreign／policy／it／i-JapanStrategy2015＿full.pdf，2009-07-06.

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