物联网于变配电站监测系统中的应用

1 引 言

       随着计算机技术的不断发展，计算机科学与其他学科之间的融合越来越密切．计算机科学与电力系统各学科之间的融合，促进了我国智能电网事业的发展．但是由于大部分变配电站地处野外地区，极易受周围环境、天气等影响，变配电站设备的故障率也不断增加，而且对相应故障作出及时反应和处理所需要的时间也越来越长．因此为了及时有效的处理变配电站设备的故障，最大程度的保证供电的稳定性，基于物联网ZigBee数传技术的变配电站监测技术被引入到电网控制系统中来。

       变配电站自动化的实现是建立在变配电站监测系统信息化的基础上，变配电站监测系统需要借助有效的通信手段，将控制中心的控制命令准确地传送到远方变配电站的设备上，并且迅速准确地获得变配电站的运行实时数据．通信系统设计的合理性将直接影响变配电站监测系统的成败．因此，快速通畅的变配电站通信系统是变配电站监测系统中的重要环节．将物联网ZigBee数传技术引入变配电站通信系统，可以进一步提高通信系统的准确性，从而提高变配电站监测系统的效率。

2 物联网技术概况

       物联网又叫传感网，英文名称为Internet of Things，简称IOT，1999 年在美国召开的移动计算机和网络国际会议上首次提出了物联网的概念．它以射频识别（RFID）技术为基础，结合已有的网络技术、中间件技术、数据库技术等，构筑一个物与物、物与人、人与人之间的实物互联网．在这个网络中，系统可以实时地、自动地对实物进行识别、定位、跟踪、监控并对物品实现“透明”管理．物联网技术是现代众多学科的综合运用，涉及了自动控制、计算机科学以及通讯信息等学科，其关键技术涉及传感器技术、计算机程序软件系统、微处理技术以及通信网络技术．物联网的体系架构被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层．如图１所示．

图１ 物联网的3个层次

(1)感知层

       感知层主要负责信息的感知和采集．感知层由传感器和短距离网络传输系统两个部分组成．其中，传感器采用射频识别技术（RFID）读写器、智能传感器等信息感知设备对信息进行感知和收集；短距离网络传输系统是将传感器收集到的信息发送至网关，或将应用层发出的控制指令传送到控制器．

(2)网络层

       网络层的主要功能是实现感知层数据信息的可靠、有效的传输，它包含互联网、移动通信网及其它专网．网络层分为接入单元和接入网络两个部分．接入单元是指对感知层收集的数据信息进行逐步整合汇聚，并将处理后的数据信息传送至网络，它是网络层与感知层连接的网桥；接入网络是指通过现有的互联网、移动通信网以及其他专网，将数据信息传输至互联网．

(3)应用层

       应用层的主要功能是将经过网络层初步整合的数据信息进行进一步集成、分类和汇总，并将最终的数据信息与应用平台的终端相结合，完成数据信息的综合利用．应用层主要支持信息协同、互通和共享，它包含应用支撑平台和应用服务器系统．应用支撑平台的关键技术是物联网的中间件技术，它是实现各种数据传感器和RFID硬件设备与应用操作系统之间进行数据传输、过滤、数据格式转换的一种独立的系统软件或服务程序，它屏蔽了底层数据系统的复杂性，减少程序设计的复杂性，架起了相关硬件设备和应用程序之间的桥梁．物联网应用是指用户直接操作的各种应用终端，由于用户的需求不同，物联网应用的种类也非常丰富，可以满足不同用户的多种需求．

3 物联网技术在变配电站监测系统中的应用

       电网中变配电环节的智能化是智能电网的重要基础和支撑．变配电环节的智能化，重点是提高变配电网的可监测性和可控制性，更迅速的反映故障，更可靠地提供电力供应．实现智能的设备监测与预警、可视化的现场作业支持和智能化的线路巡视．

       目前变配电站设备覆盖的点多面广，主要存在三个问题．第一，有的变配电站建在城市人口集中、交通密集的地区，因此，电网铺设的路线情况复杂；第二，对于一些使用年限较长的变配电终端站，存在线路陈旧，管道堵塞，光缆覆盖困难的情况；第三，对于一些重要区域的变配电终端站，不宜进行大面积的光缆敷设等施工．解决以上三个问题的最好办法就是将物联网技术应用于变配电站．将变配电站的所有电力设备接入物联网，不仅可以轻松地完成变配电网的通信任务，而且能够实时监控各变配电站之间的运行数据，更好地掌握变配电站的运行状况．

       物联网技术中，ZigBee数传技术是一种短距离、低速率无线网络技术，它具有功耗低、可靠性高以及自组网功能等优点，在短距离通信方面具有很大的发展优势．

图2为基于ZigBee无线数传变配电监测系统框图，整个系统由三个层次组成．感知层主要采用ZigBee数据采集技术，ZigBee 网络由一个汇聚节点（ZigBee无线数传网络终端）和若干个分节点（ZigBee数据采集器）组成．ZigBee数传网络终端通过INTERNET、CDMA 等远程通信网络，主要负责发起并协调整个ZigBee无线模块网络，同时实现感知层与变配电站管理中心的数据交互．ZigBee数据采集器主要完成变配电设备自身情况信息的采集以及周围环境数据信息的采集．同时在感知层还设置了固定IOT Debice Agent，主要负责对感知层采集的信息进行初步的整理和汇总．

图２ 基于ZigBee变配电监测系统框图

       网络层采用有线＋无线的混合通信模式将经过IOT Debice Agent初步处理和整合的数据通过ZigBee无线模块传送至应用层．将ZigBee 数据采集器收集的数据信息通过固定IOT Debice Agent进行初步处理和整合，再在ZigBeeZigBee无线模块网络终端设置IOT Server服务器．IOT Server服务器将初步处理的传感信息通过中间件平台做进一步分析，然后形成应用层所需要的业务数据，以满足应用层变配电监测系统的实际要求．

应用层采用C++语言或JAVA 语言，结合ASP技术或WEB技术，建立物联网应用平台，主要针对在IOT Server服务器端形成的数据流进行智能化的处理，为用户提供丰富多样的功能和服务

4 结束语

       随着物联网技术的深入发展，将物联网技术应用到变配电站监测系统中，可以帮助工作人员及时掌握各个变配电站的运行信息，并对重要变配电站进行在线监测．ZigBee是物联网技术的核心，通过ZigBee数传技术的运用，增强了变配电站监测系统的数据处理能力，进一步完善了基于物联网技术的变配电站监测系统．