摘要：电力能源是整个国民生产中非常重要的资源，电力系统能否正常运转关系到社会生产是否能够正常进行。构建一套有效的智能电网监控系统对于提升电力系统服务的稳定性具有非常重要的意义。智能电网本质上是数字化的电力网络，是一种基于先进通信技术的动态调节网络系统，它通过在网络终端部署大量的传感节点对整个网络状态进行快速检测和反馈，能够实现在高峰时段对电力调度的快速决策。可见智能电网的研究与发展已经对国民改革产生了非常深远的影响，这在一定程度上也对智能电网的升级提出了更高的要求。越来越多的科研工作者都投入了大量的精力进行智能电网监控系统的研究。
关键词：电力系统；智能电网；物联网；监控系统
一、物联网技术分析
随着互联网技术的不断发展，物联网被应用在各行各业，在智能家居、交通、环保、安全及工业监测等多个领域发挥着重要作用。物联网又叫传感网，是利用底层RFID（射频识别）、红外感应器等各种信息传感设备，按约定的通信协议，将被监控对象与互联网相连接，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种综合智能网络。
物联网是以数据为中心的面向应用的网络，网络的组成包括感知结点、传感网、核心承载网和信息服务系统等几大部分。系统硬件平台组成如图1所示，其中，传感网包括感知结点（数据采集、控制）和末梢网络（汇聚结点、接入网关等）；核心承载网络为物联网业务的基础通信网络；信息服务系统硬件设施主要负责信息的处理和决策支持。
物联网与传统网络的主要区别在于：物联网扩大了传统网络的通信范围，即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信，所以物联网的价值主要在于网，而不在于物。因此，如何借助物联网技术来构建智能电网的远程监控系统是课题的研究重点。
二、监控系统总体设计方案
智能电力监控系统是由智能测控装置、网络设备及计算机设备等互联布局而成。主要功能是对电力系统中的高压开关柜、低压开关柜、应急发电机组、电力变压器和EPS/UPS/ATS等的工作状态进行监控。通过实时记录单相/三相电压、单相/三相电流、功率、功率因数、电度、频率和电流开关状态等各项参数而实现监测，当参数值超出允许范围时便产生预警、报警，并对相关设备进行控制。底层传感网由ZigBee网络构成，终端结点都采用智能终端。如图2所示，每个终端结点都具备无线电收发器、微控制器、数模转换等结构，因此每一个结点都具有一定的数据处理和运算的能力。
ZigBee射频芯片采用德州仪器(TI)所生产的CC2530-F256，片上集成高性能低功耗8051内核、128-bitADC、2个USART以及功能强大的DMA功能，支持ZigBee2207/Pro协议栈。较CC2430相比，CC2530在发射功率、链路预算、射频噪声抑制能力、低功耗以及ESD防护能力等方便都有较大的提升。因此，本设计中采用CC2530作为ZigBee解决方案。整个ZigBee网络采用网状结构，包括一个ZigBee协调点和多个ZigBee终端终点。协调点采用全功能设备FFD，负责建立和维护整个网络。其他结点一般选择简化功能设备RFD，同时在关键设备上放置FFD，以便保证数据的处理能力。整个网络采用多跳自组织形式，具有完善的自恢复能力。
为增强整个网络的数据处理能力，底层的数据采集部分将在数据传送至通信层之前设置数据融合中心，底层的数据将集中传送到该中心。该中心由现场PC机担当，具有一定的数据实时处理能力和控制功能，可以对现场的故障状况作出及时的反应。
监控系统的通信层由GSM/GPRS通讯网络来构建。GSM是全球移动通信系统，是世界上最先推出的数字蜂窝通信系统，具有频谱效率高、容量大、话音质量高、安全性强、可以实现智能业务和国际漫游的功能。我国从1993年开始正式开放GSM业务，经过多年的发展，GSM已经成为目前国内最成熟和市场占用量最大的一种数字蜂窝通信系统。但是GSM是基于电路交换方式的9.6kb/s的数据业务，这个速率对于监控系统的多媒体业务来说，速率太低而无法实现图像和视频的监控。因此，在GSM的基础之上采用通用分组无线业务GPRS是实现有效监控的一种方式。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则及相同的TDMA帧结构。因此GPRS既可以利用现有完善的GSM网络资源，又可具有比GSM更高的数据传输效率，可担当监控系统的数据传输系统。如果监控系统要采用视频监控的话，应当选择3G网络来完成数据的传输。
智能电网的上层管理功能由中央监控中心来完成。中央监控中心内设置高性能服务器，选择SQLServer2005作为数据库管理系统，利用VC编制相应的监控应用软件。服务器与一部GSM通讯机相连，通过GSM无线网络对所辖台区的漏电保护器及其它智能电力设备进行管理。具体功能包括所有设备的运行参数查询、故障信息收集，对漏电保护设备的运行信息查询，对所有设备进行远程操作及信息的存储和传递。
智能电网的上位机部分除完成基层电力设备的信息存储、查询外，还设有相应的专家决策系统，从而帮助系统有效协调电网的整体运行状况。专家决策系统由三部分组成，分别为数据支持层、网络分析层、指挥系统协调层。数据支持层主要完成实时收集电力系统数据和监控系统运行状态的作用，内设两个数据库，一个为运行状态数据库，另一个为故障数据库。运行状态数据库中的数据会在应用程序中与系统中的工作标准数据相比较，如果运行数据合乎运行标准，则进行保存，如果运行数据不合乎标准，则将数据传送至网络分析层。网络分析层设置模糊规则数据库，利用模糊算法结合故障数据库的数据对疑似故障数据进行安全性分析，并所出相应的判断。第三层为指挥系统协调层，这一层根据网络分析层所分析的结果，决定系统的控制功能，以保证系统的安全运行。
三、总结
智能电网的发展关乎我国工业发展的命脉。将先进的物联网技术应用于智能电网的建设当中，有利于电力系统的发、输、变、配、用环节管理的智能化，还可以有效地对电力系统的基础设施资源进行整合，全方位提高当前电力系统基础设施的利用效能和可靠性。本文从物联网三层结构出发，详细论述了物联网技术在智能电网中的技术细节，为推动智能电网与物联网技术的融合，打下了良好的基础。
参考文献
[1]王雷.智能电网调度技术支持系统的研究与应用[D].保定：华北电力大学，2012：5-7.
[2]邢伟伟.基于ZigBee的无线嵌入式系统的研究与开发[D].无锡：江南大学，2012：6-7.
论文作者:孙溢
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/6
标签：电网论文; 智能论文; 监控系统论文; 数据论文; 网络论文; 结点论文; 电力系统论文; 《电力设备》2019年第15期论文;