物聯網於變更配置電站監測系統中的應用

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1 引 言

       隨著電腦技術的不斷髮展，電腦科學與其他學科之間的融合越來越密切．電腦科學與電力系統各學科之間的融合，促進了我國智能電網事業的發展．但是由於大部分變更配置電站地處野外地區，極易受周圍環境、天氣等影響，變更配置電站裝置的故障率也不斷增加，而且對相應故障作出及時反應和處理所需要的時間也越來越長．因此為了及時有效處理變更配置電站裝置的故障，最大程度的保證供電的穩定性，基於物聯網ZigBee數傳技術的變更配置電站監測技術被引入到電網控制系統中來。

       變更配置電站自動化的實現是建立在變更配置電站監測系統資訊化的基礎上，變更配置電站監測系統需要藉助有效通訊手段，將控制中心的控制命令準確地傳送到遠方變更配置電站的裝置上，並且迅速準確地獲得變更配置電站的運行即時資料．通訊系統設計的合理性將直接影響變更配置電站監測系統的成敗．因此，快速通暢的變更配置電站通訊系統是變更配置電站監測系統中的重要環節．將物聯網ZigBee數傳技術引入變更配置電站通訊系統，可以進一步提高通訊系統的準確性，從而提高變更配置電站監測系統的效率。

2 物聯網技術概況

       物聯網又叫感測網，英文名稱為Internet of Things，簡稱IOT，1999 年在美國召開的移動電腦和網路國際會議上首次提出了物聯網的概念．它以射頻識別（RFID）技術為基礎，結合已有的網路技術、中介軟體技術、資料庫技術等，構築一個物與物、物與人、人與人之間的實物互連網．在這個網路中，系統可以即時地、自動地對實物進行識別、定位、跟蹤、監控並對物品實現“透明”管理．物聯網技術是現代眾多學科的綜合運用，涉及了自動控制、電腦科學以及通訊資訊等學科，其關鍵技術涉及感應器技術、電腦程式軟體系統、微處理技術以及通訊網路技術．物聯網的體系架構被公認為有3個層次，從下到上依次是感知層、網路層和應用程式層．１所示．

圖１ 物聯網的3個層次

(1)感知層

       感知層主要負責資訊的感知和採集．感知層由感應器和短距離網路傳輸系統兩個部分組成．其中，感應器採用射頻識別技術（RFID）讀寫器、智能感應器等資訊感知裝置對資訊進行感知和收集；短距離網路傳輸系統是將感應器收集到的資訊發送至網關，或將應用程式層發出的控制指令傳送到控制器．

(2)網路層

       網路層的主要功能是實現感知層資料資訊的可靠、有效傳輸，它包含互連網、移動通訊網及其它專網．網路層分為接入單元和接入網路兩個部分．接入單元是指對感知層收集的資料資訊進行逐步整合匯聚，並將處理後的資料資訊傳送至網路，它是網路層與感知層串連的橋接器；接入網路是指通過現有的互連網、移動通訊網以及其他專網，將資料資訊傳輸至互連網．

(3)應用程式層

       應用程式層的主要功能是將經過網路層初步整合的資料資訊進行進一步整合、分類和匯總，並將最終的資料資訊與應用平台的終端相結合，完成資料資訊的綜合利用．應用程式層主要支援資訊協同、互連和共用，它包含應用支撐平台和應用伺服器系統．應用支撐平台的關鍵技術是物聯網的中介軟體技術，它是實現各種資料感應器和RFID硬體裝置與應用作業系統之間進行資料轉送、過濾、資料格式轉換的一種獨立的系統軟體或服務程式，它屏蔽了底層資料系統的複雜性，減少程式設計的複雜性，架起了相關硬體裝置和應用程式之間的橋樑．物聯網應用是指使用者直接操作的各種應用終端，由於使用者的需求不同，物聯網應用的種類也非常豐富，可以滿足不同使用者的多種需求．

3 物聯網技術在變更配置電站監測系統中的應用

       電網中變更配置電環節的智能化是智能電網的重要基礎和支撐．變更配置電環節的智能化，重點是提高變更配置電網的可監測性和可控制性，更迅速的反映故障，更可靠地提供電力供應．實現智能的裝置監測與預警、可視化的現場作業支援和智能化的線路巡視．

       目前變更配置電站裝置覆蓋的點多面廣，主要存在三個問題．第一，有的變更配置電站建在城市人口集中、交通密集的地區，因此，電網鋪設的路線情況複雜；第二，對於一些使用年限較長的變更配置電終端站，存線上路陳舊，管道堵塞，光纜覆蓋困難的情況；第三，對於一些重要地區的變更配置電終端站，不宜進行大面積的光纜敷設等施工．解決以上三個問題的最好辦法就是將物聯網技術應用於變更配置電站．將變更配置電站的所有電力裝置接入物聯網，不僅可以輕鬆地完成變更配置電網的通訊任務，而且能夠即時監控各變更配置電站之間的運行資料，更好地掌握變更配置電站的健全狀態．

       物聯網技術中，ZigBee數傳技術是一種短距離、低速率無線網路技術，它具有功耗低、可靠性高以及自組網功能等優點，在短距離通訊方面具有很大的發展優勢．

圖2為基於ZigBee無線數傳變更配置電監測系統框圖，整個系統由三個層次組成．感知層主要採用ZigBee資料擷取技術，ZigBee 網路由一個匯聚節點（ZigBee無線數傳網路終端）和若干個分節點（ZigBee資料擷取器）組成．ZigBee數傳網路終端通過INTERNET、CDMA 等遠程通訊網路，主要負責發起並協調整個ZigBee無線模組網路，同時實現感知層與變更配置電站管理中心的資料互動．ZigBee資料擷取器主要完成變更配置電裝置自身情況資訊的採集以及周圍環境資料資訊的採集．同時在感知層還設定了固定IOT Debice Agent，主要負責對感知層採集的資訊進行初步的整理和匯總．

圖２ 基於ZigBee變更配置電監測系統框圖

       網路層採用有線＋無線混合通訊模式將經過IOT Debice Agent初步處理和整合的資料通過ZigBee無線模組傳送至應用程式層．將ZigBee 資料擷取器收集的資料資訊通過固定IOT Debice Agent進行初步處理和整合，再在ZigBeeZigBee無線模組網路終端設定IOT Server伺服器．IOT Server伺服器將初步處理的感測資訊通過中介軟體平台做進一步分析，然後形成應用程式層所需要的業務資料，以滿足應用程式層變更配置電監測系統的實際要求．

應用程式層採用C++語言或JAVA 語言，結合ASP技術或WEB技術，建立物聯網應用平台，主要針對在IOT Server伺服器端形成的資料流進行智能化的處理，為使用者提供豐富多樣的功能和服務

4 結束語

       隨著物聯網技術的深入發展，將物聯網技術應用到變更配置電站監測系統中，可以協助工作人員及時掌握各個變更配置電站的運行資訊，並對重要變更配置電站進行線上監測．ZigBee是物聯網技術的核心，通過ZigBee數傳技術的運用，增強了變更配置電站監測系統的資料處理能力，進一步完善了基於物聯網技術的變更配置電站監測系統．

物聯網於變更配置電站監測系統中的應用