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物联网技术及其在电力系统通信中的应用(一)

时间:2012-07-17 16:37来源:未知 作者:陈蕾 点击:
摘要:文章就新兴的物联网技术及对其在电力系统通信中的应用展开分析。首先介绍了物联网的组成架构,从RFID、传感器网络与检测、智能、纳米四大关键技术进行分析论述。并结合电力系统通信的特点,分析了物联网在电力系统应急通信、配网通信、智能电网的应用,为下一代信息技

摘要:文章就新兴的物联网技术及对其在电力系统通信中的应用展开分析。首先介绍了物联网的组成架构,从RFID、传感器网络与检测、智能、纳米四大关键技术进行分析论述。并结合电力系统通信的特点,分析了物联网在电力系统应急通信、配网通信、智能电网的应用,为下一代信息技术发展建立了信息流通道。


关键词:物联网;关键技术;电力系统通信;智能电网
中图分类号:TP391.4 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2010)17-0031-03

        物联网(Internet of Things)的定义是指所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。物联网概念的问世,打破了之前的传统思维,过去的思路一直是将物理基础设施和IT 基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。而在物联网时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在其上进行,包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。
当今,电力通信、信息系统已经实现了电厂、电网、变电站、供电局、供电所的覆盖,根据业务需求的不同建立了传输网络、调度数据网络、综合数据网络等,实现各层面之间通信网络的互联互通。下一步将这个网络延伸至配网,直至生活中的各种物体,实现物体之间的通信,这就需要通过物联网的功能。

1 物联网的技术
        物联网的实质是利用RFID(Radio Freq uency Identification,射频自动识别)、无线数据通信等技术,通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。物品能够在无需人工干预的条件下,在网络里彼此进行“交流”,通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。下面重点介绍物联网的组成架构和关键技术。

1 . 1 组成架构
        物联网网络的组成架构包括:用户层、应用控制层、承载网络、接入层、应用采集控制(末梢节点)层,其中承载网络由计算机网络和通信网络构成。
用户层主要是为用户提供物联网应用的用户界面接口,包括如电脑、手机、客户端、传感器等用户设备。应用控制层由应用服务器及数据库服务器组成,具有汇集、转换、分析数据的功能,以及用户层呈现的适配和实践的触发等。承载网络是指通信网络,如互联网络、移动通信网络等,完成物联网接入层与应用控制层之间的信息通信功能。承载网络结构主要有端到端、环型网、树状网、交叉网等方式,联网方式可以简单分成有线和无线两种,有线方式主要包括光纤、互联网的数据线、语音通信线缆等,无线方式主要包括集群网、W iMAX (W orldwide Interoperabilityfor Microwav e Access,全球微波接入互操作标准)、McW ill(Multi-Carrier W ireless Information Local Loop,多载波无线信息本地环路)等。末梢节点与接入层构成了物联网的信息采集和控制。接入层由接入网关和基站节点组成,末梢节点由各种类型的采集和控制模块组成,接入层负责应用末梢节点信息的组网控制和信息汇集,以及向末梢节点下发信息的转发等功能[ 1]。物联网网络的组成示意图如图1 所示。

1 . 2 关键技术
        国际电联报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术:标识事物的R F I D 射频识别技术,感知事物的传感网络技术(S e n s o r t e c h n o l o g i e s),思考事物的智能技术(S m a r t t e c h n o l o g i e s),微缩事物的纳米技术N a n o t e c h n o l o -g y - R F I D [ 2 ]。
R F I D 通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,是可以在恶劣环境下工作的一种非接触式自动识别技术。R F I D 由3 部分组成,分别是:① 标识(T a g):由芯片及耦合元件组成,标识是具有唯一性的电子编码,附着在物体上识别目标对象;② 读写器(R e a d e r):读取\ 写入标识信息的设备;③ 天线(A n t e n n a):在标识和读写器间传递射频信号。R F I D 技术主要研究:① R F I D 反碰撞防冲突问题;②R F I D 天线;③ 选择合适的工作频率;④ 安全与隐私[ 3 ]。传感器网络与检测技术中,无线传感器网络(W S N ,W i r e l e s s S e n s o r N e t w o r k)是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统,具有低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点。传感器网络节点的基本组成包括传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括C P U 、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)及电源,可选的其他单元包括定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。传感器网络技术研究包括先进的测试技术及网络化测控、智能化传感器网络节点研究、传感器网络组织结构及底层协议研究、对传感器网络自身的检测与控制、传感器网络的安全[ 3 ]。


         智能技术是通过在物体中植入智能系统,使得物体具备一定的智能性,将物体“讲话”的内容解析,利用计算机自动处理。智能技术的研究内容包括计算机实现智能的原理、人工智能、智能控制技术与系统、智能信号处理等。


        纳米技术是研究结构尺寸在0 . 1 ~ 1 0 0 n m 范围内材料的性质和应用,主要包括纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等[ 3 ]。

       这7 个学科主要归纳为纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这3 大研究领域。

2 物联网在电力系统通信的应用
         基于物联网的技术特点,并结合电力系统通信的特点,物联网主要的应用将集中在电力系统应急通信、配网自动化、智能电网等方面,为电网智能化管理提供较好的技术手段。

2 . 1 应急通信
        应急通信发生的时间和地点具有不确定性,导致无法确定指挥中心和事故地点,各类需要接入点的随机性非常大。这往往需要抢修人员到达现场后,检查现场情况,通过电话、视频回传等手段及时向调度中心及应急指挥中心报告现场情况。而物联网能使调度中心或应急指挥中心通过对电网状态信息、各种设备运行状态的智能监测,为调度中心的日常管理和应急指挥提供实时准确的数据信息。当应急情况发生时,通过物联网能够准确定位事故现场,清楚现场设备及部件、杆塔的损坏情况,以便及时调拨合适型号的设备到现场进行更换。同时,结合光纤及无线通信技术提供电话及视频通信,现场人员能够提前做好抢修准备,接受在应急指挥中心的调度及指挥,更快的对事故进行抢修,提高事故处理能力。

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