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工控中国:物联网电力通信技术应用

信息来源:gkong.biz  时间:2014-01-26  浏览次数:347

    电网公司通过建立设备实物标识系统,集成资产实物流、信息流、价值流,实现账、卡、物永续联动一致,实现资产管理各阶段的信息共享。
    近年来,电网公司对电网资产全寿命周期管理提出了具体的管理要求,不少电网公司积极开展了存量资产PMS、PM与AM数据间的联动对应,同时,将联动成果数据纳入到“资产全寿命周期管理一体化平台”进行指标考核,但依旧存在着因资产变动造成数据质量下降的问题。如果不进一步采取新的管理手段,前期资产联动的成果将无法有效巩固。
    因此,有必要将新技术、新方法应用到资产全寿命周期管理中去,实现对资产变动信息的及时传递与反馈,将资产全寿命周期管理的各阶段业务与“现场实物”紧密联系在一起,形成资产管理与实物管理的横向及纵向闭环,为实现资产整体优化打下坚实的基础。
    开展电网输变电设备全寿命各阶段的跟踪管理,将对资产管理模式带来考验,同时也为提高输变电设备现代化管理水平带来契机。目前,国家电网公司、南方电网公司正在积极开展RFID技术在资产、智能仓储管理等系统的研究和应用。但RFID技术在电网资产全寿命周期跟踪管理应用中,还没有一种标准的模式,缺乏系统性的参考依据,因此,有必要研究RFID技术在电网资产管理的应用模式,对进一步的推广应用具有重要的积极意义。
    1RFID技术在资产全寿命周期管理中的应用需求
    1.1采集设备选型的需求
    RFID技术应用于电网资产跟踪管理将大量使用手持采集终端对现场实物标识进行信息采集,由于在电磁场环境下进行操作,需要考虑终端设备的抗干扰性、读写距离、稳定性、可靠性等因素。
    (1)抗干扰因素。变电设备在运行环境下,会产生工频电场和工频磁场,工频电磁场干扰属于低频感应场干扰。由于手持终端内部的信号没有以大地作为回流路径,因此,在手持终端选型设计上要考虑读写器的电磁防护设计。
    (2)读写距离。电网实物标识安装位置一般都为设备基座的接地扁铁上,且离开地面一定的高度,方便操作人员读写数据,因此,手持机读写距离远近对减少资产巡查人员行走距离,降低工作强度,提高巡查效率有重要的意义。
    (3)手持设备续航时间。220kV以上变电站占地面积较大,设备较多,且标识实施安装时间长,因此,手持设备电池必须具备较长的续航能力,且掉电后可自动保存数据,保证工作人员在现场工作没有后顾之忧。
    1.2关键技术
    国际电联报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术:标识事物的RFID射频识别技术,感知事物的传感网络技术(Sensortechnologies),思考事物的智能技术(Smarttechnologies),微缩事物的纳米技术Nanotechnolo-gy-RFID。
    RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,是可以在恶劣环境下工作的一种非接触式自动识别技术。RFID由3部分组成,分别是:①标识(Tag):由芯片及耦合元件组成,标识是具有唯一性的电子编码,附着在物体上识别目标对象;②读写器(Reader):读取写入标识信息的设备;③天线(Antenna):在标识和读写器间传递射频信号。RFID技术主要研究:①RFID反碰撞防冲突问题;②RFID天线;③选择合适的工作频率;④安全与隐私。传感器网络与检测技术中,无线传感器网络(WSN,WirelessSensorNetwork)是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统,具有低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点。
    传感器网络节点的基本组成包括传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)及电源,可选的其他单元包括定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。传感器网络技术研究包括先进的测试技术及网络化测控、智能化传感器网络节点研究、传感器网络组织结构及底层协议研究、对传感器网络自身的检测与控制、传感器网络的安全。
    智能技术是通过在物体中植入智能系统,使得物体具备一定的智能性,将物体“讲话”的内容解析,利用计算机自动处理。智能技术的研究内容包括计算机实现智能的原理、人工智能、智能控制技术与系统、智能信号处理等。纳米技术是研究结构尺寸在0.1~100nm范围内材料的性质和应用,主要包括纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这7个学科主要归纳为纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这3大研究领域。
    2、物联网在电力系统通信的应用
    基于物联网的技术特点,并结合电力系统通信的特点,物联网主要的应用将集中在电力系统应急通信、配网自动化、智能电网等方面,为电网智能化管理提供较好的技术手段。
    2.1应急通信
    应急通信发生的时间和地点具有不确定性,导致无法确定指挥中心和事故地点,各类需要接入点的随机性非常大。这往往需要抢修人员到达现场后,检查现场情况,通过电话、视频回传等手段及时向调度中心及应急指挥中心报告现场情况。而物联网能使调度中心或应急指挥中心通过对电网状态信息、各种设备运行状态的智能监测,为调度中心的日常管理和应急指挥提供实时准确的数据信息。当应急情况发生时,通过物联网能够准确定位事故现场,清楚现场设备及部件、杆塔的损坏情况,以便及时调拨合适型号的设备到现场进行更换。同时,结合光纤及无线通信技术提供电话及视频通信,现场人员能够提前做好抢修准备,接受在应急指挥中心的调度及指挥,更快的对事故进行抢修,提高事故处理能力。
    2.2配网通信
    配网相对于高压输变电网,特别是10kV及以下电压等级网络具有结构复杂、电压等级多、配电设备数量多、支线多、分布广、变动频繁等特点。根据配网自动化层次要求,整个配网通信可分为通信子站、配网主站、区调分站层3层;
    通信子站层:指配网FTU、TTU、DTU等终端到通信子站层的通信,通信子站通常设置在110kV或220kV变电站。
    配网主站层:指上述通信子站与配电主站之间的通信层,根据电监会二次安全防护及相关要求,该层数据承载在调度数据网中。
    区调分站层:该层主要是区调分站与配电主站的通信层面。该层数据量相对较大,承载在调度数据网中。
    根据配网通信的特点,目前配电网通信无法用单一的通信方式实现,而主要是采用光纤通信、载波通信、租用无线公众网通信及无线宽带技术实现。无线公网(GPRS/CDMA)与载波通信的安全性稍差,光纤专网是作为主干覆盖到110kV变电站,由于配电网改动频繁,在市区内光纤的施工难度较大,很难做到灵活的改动,而郊外光纤的施工成本太高,无线宽带技术WiMAX、McWill可以作为配电网最后一段的补充,但是WiMAX技术也会受到天气及多路径反射影响,而支持McWill的企业和系统丰富程度并不高,不利于推广使用。物联网能较好地解决配电终端、配电主站之间的通信,可以通过把配电网的所有设备及部件连上物联网,轻松地完成配网通信任务,同时能实现配网自动化“三遥”(遥信、遥测、遥控)信息,目前采用的GPRS、载波等通信技术由于带宽不足仅能实现“两遥”(遥信、遥测)信息。而且物联网能较好地解决配电终端数量多、变动频繁等问题。
    通信子站层:指配网FTU、TTU、DTU等终端到通信子站层的通信,通信子站通常设置在110kV或220kV变电站。
    配网主站层:指上述通信子站与配电主站之间的通信层,根据电监会二次安全防护及相关要求,该层数据承载在调度数据网中。
    区调分站层:该层主要是区调分站与配电主站的通信层面。该层数据量相对较大,承载在调度数据网中。
    根据配网通信的特点,目前配电网通信无法用单一的通信方式实现,而主要是采用光纤通信、载波通信、租用无线公众网通信及无线宽带技术实现。无线公网(GPRS/CDMA)与载波通信的安全性稍差,光纤专网是作为主干覆盖到110kV变电站,由于配电网改动频繁,在市区内光纤的施工难度较大,很难做到灵活的改动,而郊外光纤的施工成本太高,无线宽带技术WiMAX、McWill可以作为配电网最后一段的补充,但是WiMAX技术也会受到天气及多路径反射影响,而支持McWill的企业和系统丰富程度并不高,不利于推广使用。物联网能较好地解决配电终端、配电主站之间的通信,可以通过把配电网的所有设备及部件连上物联网,轻松地完成配网通信任务,同时能实现配网自动化“三遥”(遥信、遥测、遥控)信息,目前采用的GPRS、载波等通信技术由于带宽不足仅能实现“两遥”(遥信、遥测)信息。而且物联网能较好地解决配电终端数量多、变动频繁等问题。
    物联网技术能够为智能电网提供较好的测量技术、通讯技术、控制技术,实现远程抄表、电网负荷节能控制、电网设备状态在线监测、事故准确定位跟踪、输电线路杆塔、线路监测(覆冰监测、温度检测)等。例如电网底层的数据包括配电房的开关、电缆沟的信息,这些信息目前无法用有效的通信方式采集,而如果通过物联网有效的联合,就可以实时地把各种各样的底层信息采集上来,使电网管理从事后处理变成事前预防,大大提高电网管理和应急的效率。
    2.4社会服务及社会管理
    物联网还可以应用到智能交通、工业监控、市政设施管理、远程医疗、环境治理、数字家庭等涉及社会服务及管理的众多领域。
    2.5存在的问题
    目前物联网还仅仅是应用在物流领域,而且其技术体系尚未完善,除需要突破上述提到的四大关键技术外,还要有地理信息系统、微型定位系统、全球定位系统等做支撑。另外还需要制定物联网的标准和规范,统一所有物品的编码,信息安全也是物联网技术中难点及重大课题。
    3、应用展望
    电力系统中的物联网,既可以作为输电通信基础网络的补充,加强输电通信网的可靠性,也可以作为配电网络主要通信方式,弥补目前公网及无线通信网络无法实现的功能,同时能作为抵御极端天气的电力应急通讯方案和通信抗灾体系的有效手段。物联网就其本身而言,代表了下一代信息技术的发展,而目前其发展正处于起步阶段,仍然面临技术完备性不足、产品成熟度低、成本偏高、规划管理、无线电频率资源合理安排及分配等诸多因素的制约,但随着各方面的共同努力,物联网将迎来美好的未来,对经济起到积极的推动作用。

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