物联网技术在智能电网监测中的应用分析

于洋 孙笑一 翟京

摘 要：在智能电网中引进物联网技术，可以进一步提高电网的信息化、自动化、智能化和互动化管理，提高供电质量。本文以通州区的智能电网监测为例，针对通州区当前的物联网应用现状，根据北京城市副中心的电网需求，设计了一套基于物联网的智能电网监测系统，可以完成对输电线路运行状态的实时监视和控制，为故障的及时发现和抢修争取更多的时间。

关键词：物联网；智能电网；实时监测

首都北京的快速发展使通州区逐渐承担起北京城市副中心的重要职能，目前已进入全面建设阶段，大量的人口聚焦和大规模的工业分布都对电力供应提出了更大的需求。尽管“十三五”以来通州区在电网投资上不断增加，但电网容量仍无法完全满足区域经济发展需求[1]。电网负荷的高速增长也给供电可靠率的保证提出了更大的挑战，各类故障现象时有发生，尤其是近年通州区逐步推广智能电网以来，故障类型呈现多样化特点，检修和排查难度进一步增加，严重影响了供电质量和抢修速度[2]。因此对通州电网进行自动化监测显得十分迫切。物联网技术的发展为这一问题的解决提供了良好的条件。

1物联网在通州电网的应用现状

统计数据表明，通州区近年发生了多次严重的输电线路大面积停电事故，例如，2018年3月18日，北京迎来年初首场大雪，通州区张家湾220KV输电线路开发区段出现严重的覆冰现象，导致输电线路断线；2017年8月13日，受北京连续高温天气影响，用电量剧增，通州梨园线110KV输电线某处并沟线夹持续发热导致线路起弧烧断；实际上，上述事故在引起断线停电前都是可以通过监测手段提前发现的。

理论上讲，物联网技术在智能电网中的应用，可以实现将所有用电设备互相联系起来，组成一个庞大的数据网，实现电网的信息化、自动化、智能化和互动化管理，提高供电质量[3]。随着通州区电网压力的逐步增加，通过物联网技术进一步提高电网的可靠性已成为不可扭转的趋势。

2基于物联网的智能电网监测系统设计

2.1总体结构设计

综合考虑应用需求、成本控制、性能指标等因素，本文采用了ZigBee技术进行无线组网，通过树形网络结构进行数据上传，充分发挥了ZigBee低功耗、低成本、安全可靠等优势。在传感器布点上，分别在三相电路中安装无线传感器，以保证数据采集的准确性。本系统可以满足多参数实时采集需求，包括温度、电压、电流、冰冻和张力等。沿输电线路的走向，每隔100米布置一个汇聚节点，实现数据的收集和统一上传。在上位机软件中设计人机交互界面，方便值班人员查询和控制。

本文設计的智能电网物联网监测系统主要由采集终端、路由器、协调器、GPRS模块、监控中心和用户终端等节点组成，终端节点在ZigBee的控制下按照预定的频率采集各物理量数据，然后通过路由器向协调节点汇聚，由GPRS模块统一发送至远端监控中心，用户通过PC机或手机等移动终端就可以实时监控电网运动状态。

2.2 系统硬件设计

本系统整体上可以分为三个层次：感知层、传输层和应用层。物联网技术在智能电网中的应用最关键体现在感知层上，因为感知层由各种不同的传感器构成，并且通过无线组网实现信息的共享，即实现了物物相联。传感器终端硬件采用了TI公司研发的成熟芯片CC2530，并且构成无线组网的ZigBee模块，满足了低成本条件下对大量节点进行控制的需求。ZigBee模块是整个硬件系统的重要组成部分，它控制着所有传感器进行有规律的信息传输，并且通过无线网络将各节点联系起来，能够对各节点上传的数据进行存储和运算。协调器采用了超低功耗MSP430F149单片机作为微控制器，由于负责对所有硬件节点进行调度控制，因而成为整个系统的核心模块，所有数据的发送、接收、存储、计算等行为均由单片机完成。各硬件之间通过网状网络形成无线局域网，采用这种网络形式的原因是看重其可靠性高和自愈能力强等优点，即使网络中的某一条或几条路径出现故障，也不会影响到其它路径的正常工作，整个网络仍然具备完整的功能和性能。

2.3 系统软件设计

系统软件由下位机和上位机组成，因而软件设计也分为两部分进行。其中下位机由协调器、终端和路由组成，协调器可以根据实际情况自动选出一个可用的信道和网络ID，从而实现了电网采集现场和远程监控中心之间的互联，为数据的传递提供通道。终端设备负责采集现场数据，同时接受协调器指令的控制。协调器会定期对终端进行问询，如长时间无响应，则判定为终端离线，将立即通过GPRS以短信的形式将故障信息发送到相关人员的手机上，为工作人员可以快速组织抢修。上位机软件采用的是C#语言开发，可以完成数据实时显示、数据库资料查询、网络系统安全保障、远程监控系统等功能。

3 结语

本系统在通州区电网某线路进行了部署试运行，结果表明，本系统进一步提高了输电线路的可靠性和稳定性，可以及时了解线路运行情况，提高故障排查和抢修速度，使通州区电网基本实现了对输电线路中的绝缘子污秽、导线温度过高、避雷器受损、覆冰雪等常见问题的在线检测，成为了通州区智能电网应用的重要成果，取得了良好的应用成效，具有较大的推广应用价值。

参考文献

[1] 高兆丽，刘昭，孙刚，et al. 物联网技术与智能电网系统之研究[J]. 自动化与仪器仪表，2017（4）：185-186.

[2] 王思齐. 基于物联网的智能电网监控系统研究[J]. 电源技术，2018.

[3] 高帆，王玉军，杨露霞. 基于物联网和运行大数据的设备状态监测诊断[J]. 自动化仪表，2018，v.39；No.442（06）：8-11.

[4] 高春雨，赵丽娟. 基于物联网技术的高压线路监测研究[J]. 自动化与仪器仪表，2017（3）：151-153.