【泛在机会】物联网技术在电力输配系统应用一览-北极星输配电网

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在当前时代背景下，国家电网公司提出打造“枢纽型，平台型，共享型”企业、建设运营好“坚强智能电网”与“泛在电力物联网”就是为了向用户提供更安全、智慧、经济、便捷的综合能源服务，并最终建成世界一流能源互联网企业。泛在电力物联网的概念一下子如火如荼，那么与电力物联网相关的电力输配系统应用关键技术又有哪些呢？

电力物联网关键技术

1.1 感知层

1.1.1激光测距传感器

激光测距传感器用于测量输配电线路周边树木等危险物是否处于输配电线路的安全距离范围内，同时也可用于线路弧垂等辅助测量。

1.1.2导线温度传感器

导线温度传感器是用于输电线路导线在线测温的装置，如图3所示。测温终端采用微功耗技术，使用8 AH/3.6 V的自消耗低、寿命长、耐高温的锂亚电池供电方式，能够使温度采集终端单元工作在5年以上；锂亚电池与微功耗技术相结合，很好地解决了测温终端单元取电的问题。

1.1.3环境微气象传感器

输电线路气象在线监测系统是针对架空线路走廊局部气象环境监测而设计的一种多要素微气象测量系统，监测的气象参数主要包括风速、风向、气温、湿度、气压等。系统将采集到的各种气象参数及其变化状况通过网络实时地传送到中心监控分析系统，当出现异常情况时，系统会以多种方式发出预报警信息，提示管理人员应对报警点予以重视或采取必要的预防措施。

智能防盗螺栓是一款基于无线传感网络技术的多功能设备防盗传感模块，可以代替普通机械螺栓，用于配电设备的防盗预警。1.1.5电压测量传感器

电压变化测量传感器用于测量低压配电线路的电能质量信号，也可用于低压电力设备的防盗预警辅助设备。整机对接入的配网电信号进行电能质量检测，同时该信号也作为外部电源，实现对整机的供电。

1.1.6地埋式震动传感器

地埋式震动传感器用于探测输电线路杆塔周边土壤震动、水土流失等危害杆塔安全的土壤环境信息的检测和报警，如图7所示。采用4个高灵敏度的振动传感器，实时全向探测振动信号，确保可靠的实时探测性能和抗干扰性能。具备捆扎带、螺栓等多种固定方式，便于设备安装。

2.1 网络层

2.1.1组网需求

电力传感器网络场景复杂，涉及通信技术种类多、协议复杂，给数据处理、数据共享与协同带来较大难度。为了实时感知电网运行状态，需要在各种电力设备上部署大量传感器，进行相关的信息和数据采集并上报给控制中心。智能电网传感器节点收集的数据包括多种类别，涵盖电流、电压、温度、压力、湿度等各类数据。通过上述数据分析电网整体运行态势、每个设备运行状态、资产及环境状态。为在电力环境下满足如上电网感知的需求，电力传感器网络所服务的对象及数据传输具有以下3个独特的需求。

1)传输数据量大。传感器节点需周期性发送设备的用电或其他状态信息。由于传感器节点数量多，网络内所需传输的数据量很大。

2) 实时性要求高。对于电网运行与控制信息，需要实时传输至电力控制中心，对电网运行态势进行分析，以便迅速对存在故障的线路采取实时调控措施。

2.1.2智能电网传感器网络特性

结合电网输配电监控需求，智能电网传感网络应具有以下特性。

1)低移动性。传感器的低移动性适用于智能电网中不移动的传感器设备、不频繁移动的传感器设备，或只在限定区域内移动的传感器设备。

2)时间控制。传感器的时间控制特性适用于在智能电网中预先定义的时间段内收发数据的传感器设备，避免在这些时间段外产生不必要的信令。

3)小数据传输。智能电网中传感器收发的数据量都比较小，小数据传输特性非常适用于智能电网环境中的要求。

4)优先告警。智能电网中需要优先告警的传感器设备，例如，被盗、蓄意破坏或其他需要立即注意的情况。优先告警消息应该具有比其他优化分类更高的优先级。

5)非频繁传输。本特性适用于智能电网中部分非频繁传输的传感器设备（2次数据传输之间有很长的间隔）。

6)特别低功耗。智能电网中特别低功耗的传感器特性会提升系统支持要求特别低功耗的传感器应用的能力。网络管理平台能够将传感器设备配置为特别低功耗模式。

7)衰落问题。智能电网中，由于输电线路、设备、杆塔环境内金属设备众多庞杂，会造成杆塔附近的场强分布不均匀和不稳定。

8)强电磁场干扰。在高压输电线路、杆塔、高压走廊的环境下都存在强工频电磁场干扰和闪烙、电晕干扰，强工频电磁场会阻塞通信信道，导致链路增益降低而影响通信可靠性，闪烙、电晕干扰是散弹噪声类干扰，其在时域表现为随机窄带脉冲，在频域表现为宽带白噪声，会严重干扰各频段通信链路。

2.1.3 通信组网架构

智能电网中各个环节的无线传感器经通信网络空口直接上联或通过汇聚节点上联到基站设备，接入电信运营商的移动网络中。后台智能电网管理平台和相关业务平台也通过各种接入手段与移动核心网互联。相关数据从无线传感器收集上来以后，通过移动核心网传送到管理平台或业务平台来使用。

1)无线接入侧

传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，经过多跳路由到汇聚节点，最后到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。

传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量管理模块这4个部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；能量管理模块对传感器节点运行所需的能量进行管理。

汇聚节点是一种多流传感器终端，多个传感器末端节点的传感器业务流集合到汇聚节点，通过移动通信空中接口上传到移动通信网络。汇聚节点可以采用2种方式汇聚来自多个传感器末端节点的业务流汇聚。

2)核心网侧

智能电网中的传感器通过网关或直连方式连接到无线接入网，并承载网络可能通过交互网关与服务器相连。智能电网中的各类传感器通过网关或直连方式连接至无线接入网，通过移动核心网与后台智能电网应用平台服务器（MTCServer）对接，并由MTC Server提供智能电网必需的管理、控制及各种业务能力。在智能电网的各类应用中，需获取各类传感终端接入的有关信息，如接入时间、离线时间、接入位置点等。根据上述信息，MTC Server可以精准判断终端的各种状态，例如，是否将传感器设备专用SIM卡插入非传感器终端、终端是否在非许可时间接入网络、终端是否在非许可位置点接入网络、终端异常离线等状态。上述的状态信息属于接入层信息，由核心网通过特定的接口输出到MTC Server上。对核心网而言，MSC/SGSN能够方便地获取MTC Server所需要的终端状态信息，而GGSN等则相对困难，通过MSC/SGSN获取并提供MTC Server所需要的终端状态信息是最佳选择。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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