（云南电网公司昆明供电局）
摘要：随着信息化技术的发展，物联网已经成为不可逆转的趋势，传感器、无线传输设备的造价随着工业生产水平的提升而不断下降，为变电站智能化改造提供了良好的经济基础。本文详细叙述了中心集控式物联网技术在变电站智能化改造中的应用，并对其中的网络架构、生产安全等细节提出了解决方案。
关键词：中心集控式物联网 智能变电站 改造
1概述
物联网是信息化技术发展的必然阶段，其核心思想为构建一个根据需要将设备接入互联网的庞大系统。物联网已经在消费领域得到成功应用，在工业生产中，物联网技术正处于逐步发展中。随着电网的复杂性日趋加强，对设备运行状态的实时掌握已经逐渐成为了设备快速维修、运维方式和策略的制订的关键。此外，电网企业仍处于发展期，人员、管理架构等较为庞杂，如果能将关键信息快速置于相关人员和部门的掌控中，则可以形成安全生产的合力。
近年来投产的变电站基本已经实现了集中式和数字化监控，EVENT LOG、SER等监控系统也得到普及，虽然已经逐步实现数字化，但信息化在其中的比例仍处于极低的水平，因此，在可见的未来中，存在足够的信息化提升空间。
2基于中心集控式物联网架构
在工业级的生产应用中，中心集控式物联网的架构主要由三层组成，分别为感知层、通信层和应用层。感知层以传感器为基础，将设备的状态、环境的参数等进行采集，并转化为物联网系统可以计算的数字格式，并上送至其它层级或者设备；通信层为设备间、层级间的通信中枢，通过通信终端模块和路由器等，实现设备和参数的网络化与信息化；应用层是用户根据实际需求，建立相应的分析和应用程序，将采集到的数据进行自动计算和在线诊断，并将处理结果分配到相应权限和需要的用户中，同时，该层级也是控制命令的生成层。
3变电站物联网技术
电力系统物联网是实现电力系统信息交换和通信的网络。电力物联网实现的关键技术之一是监测信息的组织与存储问题。解决数据存储与管理问题的数据库理论和技术发展极为迅速, 应用也非常广泛.以关系型为代表的三种经典 (层次、网状和关系型 )数据库在商务和管理等事务型的应用领域中取得了很大成功。但是关系型数据库系统占用内存大，数据存取速度较慢。而电力物联网系统不仅要维护和存储大量的实时数据 ,而且对数据及其处理具有严格的时限性。在数据通信方面，目前电力系统已颁布了一系列的电力通信协议，如 IEC60870-5、IEC60870-6等。
在国内，相关政府部门和机构颁发了一系列关于智能变电站的文件，如《智能变电站技术导则》（Q／GDW_383-2009）、《110kV～220kV智能变电站设计规范》（Q／GDW_393-2009）、《330kV～750kV智能变电站设计规范》（Q／GDW_394-2009）等。为智能变电站的设计提供了依据[1]。
综上所述，本文所提出的中心集控式物联网智能变电站的信息化部分结构如图1所示：
图1 中心集控式物联网智能变电站信息化部分结构图
如图1所示，基于中心集控式物联网的智能变电站应以应用层、通信层、感知层为基本架构，在感知层中，一次设备状态，如断路器的分合闸及动作参数等量，都以传感器的方式转换为数据，并通过IEC61850协议进行通信[2]。依次类推至环境参数、电量信息、站用电系统等。
当感知层获取数据后，为了保证传输通道的高速性和实时性，应当以分布式的方式进行传输，即若干片区的设备，共享同一个设备级路由器。设备级路由器的设置以地理区域为划分，将某一面积的设备归入到本设备级路由器中，固定由其进行数据传输。全站设置主备两台站级通信路由器，并且设置备份服务器，将数据以FTP协议进行在线存储[3]。
应用层通过站级服务器进行数据交换，通信协议为HTTPS，保证数据的安全性。同时，应用层应当为分布式的，如网页版的应用页面、手机版应用程序等。为了保证闭环管理，数据应当加以层级之分，不同部门、不同工种应有所差异化，以简化使用者对数据的检索工作量，提高效率。
4 原有非智能变电站的物联网改造方案
由于目前绝大多数变电站均不是智能变电站，因此，对其进行改造必须遵循循序渐进、安全生产优先的原则。根据当前的实际情况，提出以下改造方案：
4.1 一次设备备用辅助节点利用
对于部分一次设备，在设计之初就预留有较多的备用辅助节点，如刀闸、地刀、断路器的分合位节点等，这些节点在保证充裕并条件允许的前提下可以加以利用，接入布尔型传感器，以将位置信息进行上送。
4.2环境传感器铺设
大多数变电站或附近都装有气象站，但这些气象站的数据查看较为繁琐，且主要用于与设备运行策略直接相关的用途，但相关生产班组完全有必要对该数据进行查看，同时，如果将环境参数传感器进行更大规模的铺设，使用DH11型等低成本传感器，既不会过度增加成本，也能实现设备的精细化管理，为设备的故障诊断等提供更加详实的数据。
4.3设备级路由器架设
变电站占地面积大，电磁环境复杂，因此，有必要改变路由器的架设方式，增加路由器的传输范围，以保证路由器放置在条件合适的位置也能顺利与传感器进行通信。本文提出了采用433MHz传输模块以及802.11协议相结合的方案进行设备级路由器架设。设备级路由器和站级路由器之间的通信协议仍采用802.11协议，但设备级路由器与RFID设备，即传感器之间的通信，以433MHz的方式通信，如果条件较为苛刻，还可以采用接有ESP拓展的单片机与设备级路由器通过802.11协议通信，单片机通过433MHz模块与传感器通信的方式，这样可以大大降低架设的成本，并且充分利用了433MHz频段穿透力强、传输范围远的优点。
4.4应用层设计
应用层的设计是变电站智能化最灵活的环节，各单位可以根据自己的实际需求，编写相应的软件，以充分利用数据。应用层应当包含了数据分层分级利用的思想，以保证不同的工种与部门高效利用。
5结论
本文详细描述了一种基于中心集控式物联网的智能变电站概念，并对其中的通信架构进行详细的叙述，最后根据实际变电站的设备状况，提出了具有较高可行性的旧有变电站改造方案，其中在最关键的设备级路由器架设中，本文提出了433MHz传输模块以及802.11协议相结合的较为成熟的方案，该方案完全适合当前国内变电站的相关改造需求。
参考文献
[1]鲁东海,孙纯军,秦华. 基于物联网技术的智能变电站辅助控制与监测系统设计与应用[J]. 华东电力,2011,04:567-571.
[2]朱姣. 基于物联网技术的智能变电站辅助监测及预警研究[D].华北电力大学,2013.
[3]张子成. 基于物联网的智能变电站在线监测系统的设计与实现[D].华北电力大学,2014.
论文作者:周泰源
论文发表刊物:《电力设备》2016年第13期
论文发表时间:2016/10/9
标签：变电站论文; 设备论文; 路由器论文; 智能论文; 通信论文; 数据论文; 传感器论文; 《电力设备》2016年第13期论文;