电力物联网建设中的关键技术研究

刘涛 王敏 李斌

(1.宁夏信通网络科技有限公司,宁夏银川 750000;2.国网宁夏电力有限公司信息通信公司,宁夏银川 750000)

0 引言

物联网技术是各种技术的集合系统,其包含了通信、信息以及传感、自动化等技术,其主要的特点有三个:第一个为整体感知,即使得物品的状态可以被实时的识别,利用各种传感器可以对物品的动态信息进行采集,进而传输到后台,在管理的时候可以实现信息共享。第二个为稳定传输,这主要是由于通信网来支撑,目前我国已经在加大5G通信设备的铺设数量,这使得我国的通信网络稳定性以及传输速度提高了很多,对于物联网建设的促进作用是非常明显的。第三个为智能处理,这需要有强大的软件系统作为支撑,我国的大数据系统技术目前在世界位居前列,因此这方面的技术储备是足够的,利用该系统可以结合警报系统,对一些问题可以做大快速反应与处理,避免因为问题不能得到及时解决为扩大的情况。

1 总体架构

1.1 感知层

感知层主要是由基层的传感器组成的,这些传感器可以对感知对象的运行状态进行实时的收集和传输,进而形成一个各种基层设备的传感数据系统,利用这个系统就是可以实现各种信息的识别以及采集处理,还可以实现对设备的自动控制[1]。当然自动控制就需要利用各种微机电系统传感器,这种传感器在电网中可以实现对电网各个环境的设备状态的信息收集,并且还可以对这些设备进行智能设置,提高设备的运行稳定性,进而保障电力的传输正常。此外,整个微机电系统是一种嵌入式的系统,其可以和电网的各种设备紧密的结合。

1.2 网络层

网络层的构成主要有无线宽带、无线公共通信网络以及传感网、光传输网等构成,其主要的目的就是实现各种设备信息的传递以及控制,保障信息的可靠性。当然网络层其还需要具有大规模数据传输的功能,因为在整个电力物联网中会产生大量的数据,这些数据的传输都是实时的,而且数据传输的速度直接影响着系统的反应时间。整个网络层的通讯是由专门的电力通信网络来进行的,而公共的通信网络知识作为一个补充[2]。此外,网络层也分为两个,第一个为接入网络,是以电力光纤以及无线数字通信系统为主,而第二个为核心网络,其主要以电力骨干的光纤网为主。

1.3 应用层

应用层的主要作用就是将感知层的数据进行分类、分析以及处理,其包含的内容主要有基础设施、中间件以及各种应用。各种应用设涉及的范围很广,包含了整个智能电网的全部生命周期的生产以及管理等各个环节。利用智能计算和模式识别的技术,使得对于电网信息的分析以及处理有了一个很大的提升,并且也促使决策的发布速度以及执行速度增加了很多,使得电力的传输以及管理变得更快捷、更高效。

2 物联网应用

2.1 电力信息共享

物联网在电力信息中的应用具有智能性以及便捷性的特点,因此这使得电力信息的共享成为了一个可能性,大大地促进了各种决策的实践,并且也提高了相关人员对于电力事故的反应时间。所以站在电力用户的角度来讲,电力使用的稳定性以及便捷的服务内容是比较重要的。在电力物联网应用之后,电力企业可以将各种用户进行统一化管理,不管是居民用电还是企业用电都可以进行标准化的管理[3]。所以电力物联网其实是一个增强平台和用户之间双向互动的一个关键技术,不仅仅满足了个人居民的个性化需求,而且也使得电力行业发展更加多样化。

2.2 远程抄表应用

远程抄表这是电力互联网在电网中应用最为广泛的,这不仅仅提高了抄表的便捷性、降低了相关工作人员的工作效率,而且还具有准确性以及高效性的特点。随着远程抄表功能的应用,对电表的数据就可以实现实时的统计,当然如果需要人工收集殊勋,那么可以将这些数据直接录入到系统中,这依旧降低了工作人员的工作量,提高了人工作业的便捷性。此外,随着远程抄表应用的普及,那么专门的抄表人员队伍 将会被减少,这就使得人工成本大大降低了很多,但是抄表的准确性却没有降低。

2.3 运行状态监测

检测以及维护这是电力物联网的两个重要功能,其可以有效的保障电力运行的稳定性以及质量。并且随着物联网技术的覆盖范围扩大,这就使得电力网络中各项数据的采集会更加的详细,通过大量数据的积累就可以建设一个庞大的数据库,然后对这个数据库中的各种数据进行分类管理,最后进行挖掘。这可以大大的提高各种问题的预测改良,进而保障电网工作的安全性。此外,在电力各项设备运行的过程中,很多数据都是动态的,而不是确定的,利用检测以及维护功能可以将这些活动的数据进行筛选,这大大的提高了数据的准确性[4]。

2.4 电力杆塔定位

电力杆塔的定位这对于进行电力网络的维修以及问题的检查是非常重要的,尤其是在一些位置有些偏僻的荒野中,这些杆塔一直处于无人维护的状态,受到的外界因素比较多,多以会出现标志物丢失的情况,也很容易发生各种问题。但是利用物联网就可以对电力杆塔的坐标进行精确的定位,并且现实在总控系统中,进而在发现问题之后可以第一时间找到问题坐标,并且制定出解决措施。此外,电力杆塔的区分也是非常重要的,物联网技术的应用使得对这两者的区分变得十分简单,进而促进了电力物联网的应用。

2.5 设备巡检

设备巡检应用,主要是利用内部数据库以及激光扫描技术,然后对各个关键设备进行运行状态的识别,如果出现和数据库不相匹配的数据,那么就代表该设备或者是该位置有问题出现,而且在这个过程中还可以集合RFID技术对设备的运行状态进行检测,当然还可以利用红紫外检测技术进行检测。最后还可以应用定位系统,对设备的问题进行定位分析,这样整个巡检的工作量被大大的压缩,降低了相关人员的工作量,并且也提高了巡检质量。

3 关键技术

3.1 通信

电力物联网对于电子设备的应用非常多,因此在整个物联网运行的过程中对于通信系统的高速传输性能以及稳定性有很高的要求,如果这些条件不能满足,那么整个电力物联网的构建优势也不会体现出来[5]。通信网络和电网是一个性质,其随着不断的发展会进入千家万户,这个网络的构成也使得电力物联网的利用效率得到了提高,进而加强了物联网对于各种因素的抵御能力,并且保障了电力网络的运行稳定性。整个通信系统有两项比较重要的技术,第一个是通信架构,这可以使得整个电网的各种元器件都可以实现无障碍的通信;另外一种则是技术标准,这可以使得各种传感器以及应用的连接更为紧密,整个系统的发挥更为有效。

3.2 量测

参数测量这对于电力物联网的构建是一项基础的技术,如果没有这样技术,那么物联网系统所产生的数据都是不可靠的,对于决策的影响力也就非常小,所有数据根本就没有可利用的价值。参数测量的装置其主要是利用传输检测技术来对整个电力网络中的数据进行监测,然后将这些数据进行转化变为可被管理系统认可的数据,最后传输给管理系统,而管理系统则利用这些数据来判断电网的运行情况。参数测量其保障的就是电力网络中各种设备的运行状态,对于有问题的设备可以做到及时发现进而及时维修,提高管理的效率。

3.3 设备

在电网系统中运行的设备一般都具有很先进的技术,并且输配电的西能也非常高,这主要是由于电网的特殊环境导致的,如果其设备性能不够先进,那么会影响电力的输送稳定性。在今后的物联网建设中,超导以及储能等技术会成为优先级别的建设技术,并且微电子技术的应用效果比较强或者是材料比较先进的设备也会成为物联网建设中优先采购的对象。此外,还可以应用一些改造设备,这样可以在保障电力输配稳定性的前提下提升电网的输送容量。

3.4 控制

所谓的控制,就是保障电力物联网运行过程中不会出现断电或者是电压不稳定的情况,当然这个过程中需要用到分析、诊断以及预防等措施,利用这些方法可以使得电网的在管理更为便捷,并且在一些功能或者是操作的配置上也会更为便利,对于有效掌控整个电力输配网络具有重要的作用。在今后的电力物联网建设的过程中可以引入专家分析的功能,这个功能可以提高故障诊断的效率和质量,并且其还可以在允许的范围内进行自控制行为。将执行控制的整个过程压缩在秒,这可以保障电网的可靠性[6]。

3.5 支持

3.5.1 可视化

简单来讲就是将数据进行分析处理,然后将有效的数据进行分类,再然后将这些数据变为一个电网运行人员可以阅读的数据块,进而让电网的运行人员进行数据的快速分析,然后针对性地采取处理措施。而且随着数据库的增加,还可以该出一些分析建议,这样可以大大地节省分析时间。可视化的数据大大减轻了运行人员的工作量,提高了决策的速度。

3.5.2 决策支持

数据是电网运行状态的直观体现,通过对数据进行全面的分析,就可以对电网各个部分的运行状况进行分析,进而根据电网的正常运行状态来判断是都有问题出来。然后将分析判断的结果传送到相关工作人员的手中,这可以为这些人员的决策提供更多的依据。

3.5.3 调度员培训

随着数据的可视化以及数据分析决策行为的完成,那么就需要执行人员对决策进行执行,而这就需要调度员的参与。所以电网需要组织相关人员进行培训,对相关的软件以及动态仿真器的使用技巧进行掌握,只有电网运行人员的技能水平增加,那么整个电力物联网的效能才会被最大化的发挥。

3.5.4 用户决策

用户对于电力的使用状态也有决策需求,但是当前的物联网技术还是存在和诺的问题,比如说数据的准确度不够、数据的整理分析不足等,都使得用户决策的依据不足。因此相关部门要做好数据接口的统一,并且提高智能传感器的应用,使得电网的状态以及数据更为直观和准确。

3.6 安全防护技术

3.6.1 加密技术

电子标签是一种无线通信技术,其主要的目的是利用无线信号对目标进行标记并且对相关的数据进行收集和整理。不过这种技术很容易遭受到窃取以及破坏,因此在电力物联网的建设中需要加强安全防护技术,比如说可以使用应答认证协议。

3.6.2 认证技术

目前的认证技术主要分为三种,第一种为口令认证,这种认账的安全度比较低,不过随着智能技术的发展动态口令认证的安全性大大提高。第二种为X590认证,其利用了加密算法,安全性有很大的保障。第三种为域认证,其安全性也非常高。

4 结语

总而言之,电力物联网的建设中对于设备的需求应该以及先进技术为目标,然后应用多种先进技术进行。而整个建设过程中所使用的关键技术有很多,这些技术的应用可以大大的提高电网的智能化以及自动化,在保障电网运行安全性的基础上提高了管理效率。