摘要：电力网络技术是物联网技术在智能电网中应用的基础上发展而来的。该技术的应用和推广，可以最大效率的运用现有电力和通信设施。现阶段，各种人工智能用电设备不断被研发和推广，越来越多的电力用户有着强烈的需要提高服务质量和服务效率的要求。在这种行业背景下，电力行业转变服务方式，升级电力技术，提升用户服务体验等一系列改革刻不容缓。本文阐述了电力物联网的基本特征，分析了电力物联网对通信协议的需求、研究了电力物联网通信技术的整体架构，提出了进行电力物联网通讯设计的基本原则。
关键词：电力；物联网；通信协议
引言
在电力行业技术升级过程中，最为关键的就是提高电力系统的自动化和智能化水平；为了实现各种用电设备的正常运行，必须保障各种智能化设备之间能够实现正常的通讯。因此，提高电力行业的技术水平，必须解决电力物联网系统中各种智能设备的通信协议兼容法人的问题。但目前，物联网在电网中的应用相对简单，尚未在电力线运行监测和电力资产优化管理中得到应用。因此，电力线物联网各通讯协议之间的研究，将为电力物联网的整合发挥重要的作用。
1电力物联网特征及架构
1.1基本特征
本文对电力物联网的基本定义是，通过各种分布式传感设备或信息收集器采集信息，并与现有的电力通信网络相结合，可以实现信息从电气设备到电力管理平台的传输和处理的技术。电力物联网还可以分析管理平台通过传感设备收集到的各种信息，然后对数据进行处理，最后将处理的结果通过网络传输给用户。电力线物联网是各种相关技术的结合，它包括通信技术、云计算技术和数据管理技术等，它是一个完整的智能的网络结构。电力线物联网一般具有以下几种功能：(1)监测系统设备的运行，网络可以收集设备的温度及其他影响设备运行环境因素的信息；(2)监测系统中网络节点的参数是否正常合理；(3)实时跟踪设备操作情况；(4)提供设备和管理信息。
1.2 物联网基本架构组成
现今，电力设备智能化程度越来越高的同时，对通信网络的依赖程度也越来越高，将电力设备与通信网络结合起来是重要的一步。通常所说的电力网络由三部分组成，分别是电力基础设施、人员和设备使用环境和设备通信系统。电力物联网是在电力网络的基础上发展起来的，本文将该网络分成三个层次：环境感知层、网络层和应用层。(1)传感层又可以分为感知和通信子层两部分，该层的主要功能就是利用信息采集设备或者传感器采集设备的功率、状态和所处环境等信息。信息采集之后，利用通信子层模块，将信息传输到与之相连的系统应用层和网络层；(2)网络层包括网络核心部分网和其他网络接入部分等，网络层的主要功能是完成传感层采集信息和数据、信息和数据处理结果的传输，另一个功能就是根据操作者的指令对网络路由进行控制。智能电网对信息的传输要求较高，不仅要对信息进行实时的传输，还要保证数据传输过程中的可靠和安全方面的性能。为了实现信息在传输过程中的安全性的要求，本文设计的物联网在信息传输、控制过程中主要通过电力通信网络进行。当电力通信网络无法完成某些特定功能(例如：客户自助服务等功能)时，在对信息进行加密的条件下，可以借助公共网络完成信息的传输；(3)应用层根据设备所处的层次和种类可以分为基础设施、中间设备和软件程序等三个部分。该部分的主要功能是通过对信息进行处理和计算，并将结果反馈给操作和管理人员，实现网络的可视化管理。
2现有电力线通信协议的分析
2.1 电力线通信协议概念
电力线物联网系统(以下简称为“PLIS”)是为了更好利用、调度电力资源。该网络的主要目的是实现家庭生活和生产过程中所涉及到的电气设备的电力网络体系结构和通讯协议的统一，同时实现系统的各方面的相互协调。
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2.2 通讯协议特点
PLIS主要分为三层协议，即系统应用层、数据链路层和物理层。这些通讯协议有一些共同点，具体可以分为以下三点。(1)数据在传送过程中丢失后的重新传送机制。因此，要求通讯协议必须可靠的，如果在传输过程中存在消息丢失的情况，系统必须建立一个发现并且可以自动或者半自动恢复错误消息的功能。现在，在国外应用较多的错误恢复协议就是传输丢失或者错误的数据进行自动重新传输；(2)对电力线当中的设备和信道进行编码，实现信息在传输过程中差错信息的可控。在网络信息传输过程中，传送端发出的数字信号会因为信道自身的局限性和环境噪声等因素的干扰而出现错误。因此，为了获得传输性能更好的信道，必须对上述涉及到的设备进行编码；(3)网络进行相互连接与寻址管理。为了正确地向发送信息，系统需要通过信道共享机制共享地址。
3 电力线物联网模型设计
3.1 传输配套标准采用
在通信协议设计的过程中，为了满足整个系统通信协议的一致性，必须遵循传输标准中的相关规定。现阶段，我国的电力系统通行的标准是102标准，本文的通讯协议是在该标准的基础上设计的专用通信协议。虽然102标准只是为了电力系统数据的传输功能设计的，但在实际应用中暴露出一些问题。标准只定义电力功率有关的数据，但没有定义电网设备和输电电站的管理参数。在这种情况下，电力系统传输的信息类型将被减少，因此，不可能对电力线系统的参数、设备的信息、电力站收集的信息等各种通信信息进行统一的收集、分析和计算。在本文的电力物联网通信协议的设计中，需要扩展包括电网设备和电站信息在内的信息类型，并在系统各个连接的网络上对信息进行收集和处理。
3.2 通信协议的组成设计与其特点
102标准中相关规定，进行电力网络设计时，可以对网络中专用通信协议进行研发，传统的通信协议往往采用的是信号传输与反馈机制。研发之前，必须确定该协议由哪些内容组成。通常，协议是由对象绑定表和单元标识符两部分组成的。本文设计的元标识符采用的是102标准中规定的格式；而对象绑定表可以分为标识符和值两个部分，在通信或承租监视对象数量会发生变化，继而会导致序列长度的变化。本文设计的通信协议与传统通信协议相比具有实时性和动态性，在传输的过程中通信协议是变化的，因此本通信协议更加复杂。但是本文设计的通信协议准确率更高。在通信协议设计过程中，信息编码是十分重要的一步。本文中，采用ASN.1编码规则对传输信息进行编码。该规则中的编码方式是TLV方法，也就是说，TLV和三个字段被用来形成每个传输值的类型。
3.3 通信协议设计
通信协议一般需要满足：相对于物理网络拓扑和硬件方面的设计过程来说，网络中通信协议应该是相对独立的。通信协议主要作用于数据链路层，该层的功能和作用是检测和校正数据，并在此基础上完成整个网络的数据传输任务。在传输过程设计中，主要考虑了以下两个方面的内容：(1)框架、应用层数据可分为处理数据单元；(2)错误控制，检测和重传损坏的帧或丢失的帧。
4 结语
通过本文的研究，可以得出以下结论:(1)现阶段电力物联网各子网络或通讯协议之间存在着网络架构和通讯协议不一致的情况。本文设计的物联网通信协议，可以改善信息不同设备和信息传输方式下信息传输的正确性问题，提高整个网络的工作性能；(2)电力线物联网通信协议的设计应该在遵循电能计量传输的相关标准的基础上，通过构成物联网通信协议字段和数据信息编码规则来实现通信协议的设计。本文设计通讯协议，经试验表明结果可靠。
参考文献
［1］王涛．物联网异构型节点自组网通信协议研究［D］．电子科技大学，2017．
［2］杨雄．变电站监测中基于虚拟多天线的无线物联网抗干扰研究［D］．北京:华北电力大学，2017．
论文作者:蒋洪亮1,刘姝2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：电力论文; 通信协议论文; 信息论文; 电力线论文; 设备论文; 网络论文; 过程中论文; 《电力设备》2019年第8期论文;