基于物联网技术的智能终端设备感知技术现状研究

黄书旭 刘燕平 吴仁炜 张新强 林远兴 刘林元 陈忠辉

摘  要：在智能电网发展背景下，物联网技术在配电网中取得了广泛应用，具有提升设备运行效率、减少能耗等作用。基于此，本文从物联网技术应用背景入手，结合智能终端设备系统，分析智能终端设备感知技术的应用内容、应用方式、应用成果，总结物联网技术在智能配电网建设中的应用要点，以实现配电网的智能化、信息化管理，提高智能配电网管理水平。

关键词：物联网技术  终端设备  传感器 智能配电网 信息化管理

中图分类号：TM76                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（c）-0143-03

Abstract： Internet of things technology can improve the efficiency of equipment operation and reduce energy consumption. Based on this， this paper starts with the application background of the IOT technology， combines the intelligent terminal equipment system， analyzes the application content， application mode and application results of the intelligent terminal equipment perception technology， so as to achieve intelligent and information management of the distribution network.

Key Words： IOT; Terminal equipment; Sensors; Smart distribution; Information management

为满足用户的用电需求，降低系统能耗，增强用电安全性，智能电网建设成为电力企业发展重点。智能配电网是指基于计算机技术、通信技术与无线感知技术，全面采集用电用户的终端数据、配电设备的运行数据，进行整合分析，实现配电网的智能管控。在智能配电网运行中，各项数据的获取离不开感知技术。

1  基于物联网技术的智能终端设备系统

在智能配电网建设中，配电网的智能管控依托于感知技术对终端及设备数据的实时感知与监测。就目前技术发展状况而言，感知技术以物联网为主，可利用多种信息感知设备，按照设定要求进行各项数据信息的感知，实现物与物、人与物间的交互，共享配电网的各项信息。通常来说，基于物联网技术的配电网大都选择射频识别设备、二维码识别设备、GPS定位系统、传感器设备及红外感应器等信息感知设备，发挥感知技术作用，实现智能配电网的有效建设[1]。在此基础上，基于物联网的智能终端设备系统可划分为感知层、传输层、应用层三个层次。

2  基于物联网技术的智能终端设备系统的感知层

2.1 感知层应用的物联网技术

在智能配电网终端设备系统建设中，感知层利用多个物联网信息感知设备，进行关键数据信息的采集，信息采集对象涵盖变压器、开关柜、终端设备及电源设备等。物联网技术的应用原理如下：将配电网一次设备、二次设备的数据信息采集技术为基础，感知获取的数据通过A/D转换后，传输至处理器单元，处理器单元对采集的数据进行补偿及修正处理，通过网络传输至MAC单元，实现感知层与传输层的有效交互[2]。在该过程中，技术原理如下：利用读写器将带有EPC码的射频标签进行处理，完成PEC码的自动上传，进而获取所需的EPC码信息。

2.2 物联网技术的应用要点

在感知层应用物联网技术时，数据的补偿及修正是保障感知数据准确性，切实发挥物联网技术优势的关键。基于配电网的数据特点及工作实践，关于数据的补偿与修正有多个方案，技术人员可根据智能配电网建设需求，选择其中一种。

其一，节点协作补偿。有研究学者将电网数据为基础，利用数据传输的节点，制定协作补偿方案，重点在于不同节点间的协作及数据传输中路由的选择。

其二，构建优化模型。有研究学者构建了日前优化模型，以可延时负荷群跟踪调度信号为核心，可体现发电侧的调度要求，进而优化配电网的调度，为节点协作补偿提供参考。

其三，消除协作冗余。在感知层采集数据时，会使大量数据涌入网络，加大网络流量，采用相关方案进行节点协作补偿时，会产生大量冗余信息，加大系统能耗，降低智能配电网的运行效率。就此，技术人员可将簇层次为基础，进行网络结构的重新划分，使同一簇内的节点将采集数据整合至簇的首节点，进而实现冗余消除的目的。

另外，在感知层物联网技术应用中，信息感知设备的配置，会对数据感知效果产生直接影响，技术人员应结合智能配电网终端设备配置状况、信息感知设备特点，选择合适信息感知设备安装位置，并合理设置sink节点，进一步完善感知层结构，保障数据采集的全面性、准确性及有效性[3]。

3  基于物联网技术的智能终端设备系统的传输层

3.1 传输层应用的物联网技术

在智能配电网中，物联网技术在传输层的应用方式较为多样，常用方式有以下三种：其一，针对用电用户的家庭特点，选择电力复合光纤通信技术、电力线载波通信技术或无线宽带通信技术，用于传输智能配电网的各项信息，該技术应用方案可将传输层和用电用户的家庭智能产品相连接，提升配电网的智能化水平;其二，针对智能配电网数据传输面临的数据过多、传输受限问题，技术人员可引进光传送网技术，该技术具备大容量、高效率优势，适用于感知层数据较多的区域;其三，针对传输层环境复杂的区域，技术人员可将传输层协议为基础，制定动态附加传输通道保障制度，妥善处理传输层环境中的各类阻碍，提高数据传输速率与质量。

3.2 物联网技术的应用要点

基于物联网技术在传输层中的不同方案原理，其应用要点在于通信路由的合理选择与有效控制、用户侧信息的有效接入。

在路由的合理选择与有效控制方面，技术人员可将以太网无线数据基站为基础，将EPON网络的ONU为通信技术，实现感知层采集数据的有效传输。对于未覆盖光纤网络的区域，可结合配电网建设现场的状况，选择合适的无线通信方式，进行数据的传输。在该模式下，可在主站与区域内分散的用电用户中构建双向信息流，减少传输层数据传输的成本。

在用户侧信息的有效接入方面，技术人员可将动态附加传输通道保障机制为基础，引进漂白技术，通过传输过程中节点颜色的定义，为数据通信提供最佳的通道，提高数据通信的质量，避免数据在通信过程中出现抖动、丢失等问题。在漂白技术应用中，代理器的控制为重点，技术人员应确保代理器在数据通信期间始终保持较高的复合量度，对于代理器的相关数据，全部交由残余带宽接收。同时，技术人员也可利用二类代理器，在数据通信中构建二类通道，避免节点多次访问，解决传输拥堵问题，提高传输层的数据通信效率。

4  基于物联网技术的智能终端设备系统的应用层

在基于物联网技术的智能终端设备系统中，应用层主要负责在线监测与预警管理工作，对传输层传输的设备进行深入挖掘与综合处理，及时发现智能配电网的运行问题，发挥物联网技术的感知作用，保障智能配电网的稳定可靠运行，促进其可持续发展。细化来说，应用层主要具备如下功能。

4.1 运行状况监测功能

在智能配电网管理中，运行状态监测包括配网设备、电缆导线、用户用电信息三类。监测的运行状态参数包括温度、湿度、电流、电压等，技术人员在配网设备、电缆导线及用户终端设备等区域，安装传感器及计量器，收集运行状态参数。同时，在管理系统中设定运行状态参数阈值，将接收到的运行状态数据，与规定阈值进行对比，在超出正常范围后，管理系统立即报警，并基于人工智能技术，进行故障自诊断，实施自修复[4]。对于自修复成功的故障，则消除报警信号，并在显示屏中修改故障信息，标注为已修复;对于自修复失败的故障，立即隔离故障区域，并通知工作人员立即安排运维人员到现场排除故障。

对于用户终端设备而言，监测内容还应涵盖用户的用电量、用电高峰与用电低谷等信息，实时感知智能配电网的电力分布状况，为智能配电网的电力调度提供参考，实现电力资源的最优化配置。同时，用户用电量的实时监测，可及时发现窃电行为，实现规范用电，保障企业权益。

4.2 环境状况监测功能

在智能配电网管理中，环境状态监测包括机房等设备环境、发电站环境及自然环境三类。在设备环境中，感知机房环境的温湿度、水位、烟雾状况，及时发现环境内存在的安全隐患，如火灾隐患、漏水隐患等，采取针对性措施处理隐患，保障机房稳定可靠运行[5];在发电站环境中，感知对象以新能源发电站为主，感知内容包括风速、储能状况、能耗状况、功率及污染物等，获取新能源发电站运行参数，实施针对性管理;在自然环境中，感知内容包括风速、覆冰状况等，掌握天气条件对智能配电网的影响，及时采取保护措施，避免故障的出现。

4.3 定位管理功能

在智能配电网管理中，定位管理包括设备定位、故障定位等功能，应用的物联网技术包括GPS定位技术、RFID技术及GIS地图。在故障定位中，为保障感知信息的有效利用，技术人员通常将接收到的感知信息划分为三层，分别是交换机等设备数据信息;电压、电流等状态参数信息;故障记录器的记录信息与用户反馈的信息。将三类感知信息整合，以GIS地图为基础，构建故障定位模块，实现智能配电网故障的准确定位。GIS地图可整合智能配电网设备的各项属性，如物理属性、逻辑属性等，为设备台账管理提供各类数据信息。在故障管理中，运维人员可基于GIS地图，掌握故障的具体位置，规划所在位置到故障现场的最短路线，提高故障处理效率。

同时，在处理现场故障前，运维人员可利用GPS定位系统与RFID技术，了解故障设备的各项信息、故障时的设备运行状态参数，初步判断故障原因与故障类型，准备针对性故障排除工具，抵达故障现场后，立即采取相应方案进行故障诊断，尽快排除故障，使智能配电网恢复运行。

4.4 防盗报警功能

在智能配电网管理中，防盗报警包括门盖状态监测、外力破坏监测与视频监控等功能。在智能配电网运行中，需对机房门、机柜门、电缆井盖等区域进行重点监测，实时感知其闭合状态、动作次数，感知设备应选择无线门磁传感器，评估门盖是否因非正常外力打开，及时发现异常。同时，对于智能配电网的重点区域，电力企业应布设监控设备及红外线传感器，及时报警，避免不法分子进入站所盗窃或误入站所，保障电力设备的安全[6]。

5  结语

综上所述，在智能终端感知方面，技术人员可围绕物联网技术，设计智能终端设备系统，利用感知層采集智能配电网运行数据;利用传输层传输运行数据;利用应用层开发利用运行数据，实现配电网的智能化、信息化管理，提高智能配电网管理水平，发挥智能配电网优势，促进电力行业可持续发展。

参考文献

[1] 高波，李飞，唐如意，等.泛在电力物联网配用电侧智慧感知设备设计[J].河北电力技术，2019，38（6）：11-13，30.

[2] 马峻岩，张颖，李易，等.HA2：层次化的物联网感知设备固件异常分析技术[J].计算机工程与应用，2019，55（22）：60-68，179.

[3] 石苗.浅析物联网交互技术和信息感知技术[J].科技资讯，2019，17（23）：19，21.

[4] 丛磊.从图灵机到态势感知——物联网安全的智能模式[J].人工智能，2019（1）：38-48.

[5] 王晓波. 配电网中无线信道分配策略研究[D].北京：华北电力大学，2019.

[6] 张金平. 配电网电缆防盗技术及应用[D].广州：华南理工大学，2015.

[7] 袁博.面向软件定义的智能物联网网关的研究与设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2020.

[8] 周哲雨.通信工程技术在物联网的应用[J].科技资讯，2020，18（6）：7-8.

[9] 刘琪.物联网中频谱感知能耗优化模型的研究[D].南京：南京邮电大学，2019.