物联网技术应用架构解析

针对以上探讨的电力行业的物联网应用需求，可分别建立起相应的物联网技术应用架构，其具体分析如下：

1.自动抄表

通过对自动抄表系统的实际需求分析，结合无线传感网技术特点和优势，认为采用无线传感网技术来实现“最后一公里”自动抄表是一个非常理想的解决方案。基于无线传感网技术的自动抄表系统结构如图5-21所示。

无线传感网可以将数百块电能表连接在一起，只使用一台采集器就可以完成与主站的通信，大大节省了价格较高的采集器的使用数量，也节省了GPRS/CD-MA的运行费用。无线传感网具备自组织自愈能力，增加和删除节点、节点位置变化、节点发生故障等，都对网络影响较小，无需人工干预，网络仍可正常运行。从无线传感网、电能量采集器、到GPRS等公网，提供了从电表到计费工作站的一个透明通道，电量数据及电费信息，在电能表、售电终端和计费软件之间加密传输，密钥组由供电局管理，保证了电量及电费数据的安全性。无线传感网自动抄表方案，既实现了用电预付费，又使供电企业能够获得电能量使用的实时数据，为实施峰谷计价做好技术准备，并为供电企业完善需求管理系统打下坚实基础。

图5-21 自动抄表系统架构

2.应急系统

此系统建立IP协同调度指挥中心，集语音、数据、视频等功能为一体，提供电话会议，视频会议，实时监控，E-mail、语音、传真等自动组播通知功能。还可加入热线功能，即免拨号摘机呼叫，可节省大量时间。它可实现电力应急管理与指挥的科学有据和事故处理的快速高效，亦可改变以往事故处理时领导小组需要亲临现场的电力应急管理模式，领导通过调度指挥平台犹如亲临现场指挥调度，快速高效，省去了到达现场所花费的宝贵时间，能够在第一时间处理突发事件，最大程度降低损失。

系统中应急指挥中心配备有大屏综合显示系统、操作台、会议室、值班室等设施，通过专业调度台对所有调度话机进行监控和一键点击调度操作；指挥中心调度员通过大屏综合显示系统和监控终端能够看到具体发生故障的具体位置，通过应急预案组一键呼叫功能，将此事件的应急领导小组成员均呼入会议中，进行紧急会议的召开，在第一时间解决事故。

此系统能够通过IP网络，融合无线，卫星、有线等多种网络，提供多种方式的调度指挥服务，将调度台安装到应急通信车上，可机动地为现场领导、指挥人员提供移动调度服务。

此应急系统整合了由应急领导小组、应急小组成员、应急抢修队伍以及其他相关单位组成的所有资源。当发生大面积停电时，应急领导小组能够在第一时间召开紧急会议，对重大问题做出决策和部署，有效调度各相关职能部门立即开展事故抢险救灾，修复被损电力设施，恢复灾区电力供应等应急处理工作，应急领导小组可以与事故现场的指挥小组和事故处理人员进行实时通信。同时该系统可进行厂网之间、电力公司与地方政府之间、电力公司与电力监管机构之间、电力应急和社会应急之间的协调配合和衔接。

3.资产管理系统

针对电力系统企业的资产管理需求，可考虑使用现代化的技术和完善的信息化系统来管理和分配资产。结合物联网技术的RFID技术，针对供电局的资产可视化及设备巡检等多个方面应用，此资产管理系统可提供完备的解决方案和实施计划。其技术架构如图5-22所示。

图5-22 资产管理系统架构

在室外使用有源RFID保证了实时地获取资产信息，并且通过远距离读取方式保障了操作人员的安全。室内的无源RFID应用成本较低与有源RFID相结合，在保证系统可用的前提下减少用户的投资，从而获得了更高的性价比。RFID可以支持写入数据，例如该资产的状态，并且可以在盘点的同时进行校对、标记，在软件系统的支持下确保可以对资产的整个生命周期进行管理。应用了RFID技术之后，由于可以一次读取多个标签，大大提高了盘点效率。使用高度集成的手持设备，可以同时支持有源、无源标签，并且可以使用条码读取作为系统的补充，使客户可以更加灵活地应用。室外有源RFID标签在电磁干扰情况下有效的稳定读取距离为12m（50万V主变设备下安全距离为5m），最大读取距离为25m。(www.xing528.com)

4.通信成本控制系统

系统采用WiMax（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球互通微波存取）技术，用无线的方式开通宽带接入服务，连接各业务单位，提供数据业务、VoIP（Voice over Internet Protocol）语音业务、视频业务。WiMax电力专网是一个全IP的网络，可以和现有的网络直接连接，充分利用现有的网络设备。基站提供标准的以太网口，支持TCP/IP协议，连接城域网。终端可直接连接二层交换机，综合接入设备，无线路由器和其他常见网络终端设备，提供数据、语音和图像传输。

WiMax电力专网具有按需分配带宽的能力，合理分配带宽资源。可以订制2000种服务流，设置带宽范围，时延和优先级，实现端对端的QoS（Quality of Service）服务。可向终端提供不同的性能质量的数据、视频、话音服务，保证重要的数据和业务优先发送，保证语音，视频等对时延敏感的业务传输流畅。在电力应急通信方面，面对自然灾害、突发事件或者临时施工的现场，需要架设临时应急通信系统。WiMax基站的建立简单快速，覆盖范围大，可提供高速宽带接入服务，可以在短时间内提供VoIP语音和视频会议服务，为现场的应急指挥和调度提供通信手段。其架构如图5-23所示。

5.输电线监控系统

该系统主要由两大部分组成：前端感知终端和后台中控系统。

前端监测终端安装在线路杆塔上，主要由各种传感器、摄像机、主处理器单元、通信模块和供电单元构成。前端感知终端采集上述传感器的数据以及图像数据，通过通信网络传送到在远端的后台中控系统，感知终端将当前的图像数据和相关传感器数据存到数据库或者硬盘中，电力监控网用户通过监控软件访问中控系统并从数据库或硬盘中读取当前杆塔位置的信息，为输电线路灾害预警提供依据。

该系统主要功能包括覆冰状态监测、气象参数监测、图像监测功能、电气参数监测、力学参数监测及导线温度监测等功能。

覆冰状态监测：通过相关的在线监测设备，实时测量导线重量、绝缘子串风偏角、风速、风向、温度等参数，分析软件综合上述数据、导线相关参数及相关数据模型，计算出目前导地线的等值覆冰厚度。

气象参数监测：微气象监测通过在线监测线路环境温度、湿度、风速、风向、雨量、大气压力等参数，对气象数据进行综合分析，将所有数据通过各种报表、统计图、曲线等方式显示给用户。

图像监测：通过在杆塔上或输电线上安装摄像装置，实现在线监测输电线路运行状况。通过图像监测可以直观地实现对线路覆冰情况的观测。远程图像监控适用于危险点、突发事故点的有效监控。

电气参数监测：电气参数监测主要指绝缘子泄漏电流监测。采集运行状态下绝缘子表面的泄漏电流和脉冲频次及温度、湿度等参数，将采集到的信息通过通信网络传输到中控系统，经过系统分析软件的智能分析和判断，显示出绝缘子表面的积污状态及其发展趋势，绘出各种变化曲线，在污秽过限时，发出报警信号；同时，系统分析软件能根据各感知终端采集的运行数据，自动绘制出各地市甚至整个区域的污区分布图，在经过一段时间后，系统还可以更新污区分布图，有效防止和减少线路污闪及冰闪事故，提高线路安全运行及信息化管理水平。

图5-23 WiMax架构

导线温度在线监测：通过采集导线温度，掌握各导线温升情况，当某处温度超限时及时通过短信的方式发给相关管理人员。该系统也为动态提高电网输送能力提供决策依据，增加输电能力，缓解电力紧张形势。

力学参数监测：力学参数监测功能除了结合等值覆冰厚度监测功能实现绝缘子拉力、倾角测量外，还可以实现导线振动频率的监测。