崔皓
国网内蒙古东部电力有限公司供电服务监管与支持中心 内蒙古 通辽市 028000
摘要：随着科学技术的不断进步与发展,互联网与计算机通信技术逐渐趋于完善,与此同时,物联网技术应运而生,改变了人们的生活与工作方式,被广泛应用于各个领域。在该背景下,物联网技术与电力行业相结合成为未来的发展趋势之一,国网公司将致力于探索以及构建面向用户侧电力泛在物联网的新型智能计量体系,统一终端标准,推动跨专业数据同源采集,实现配电侧、用电侧采集监控深度覆盖,提升终端智能化和边缘计算水平。因此,在此基础上探究一种在物联网构架下的智能电力计量体系,以期能够提供一定的参考价值,促进智能电力体系的优化与发展。
关键词：智能电网;泛在电力物联网;智能电力计量
1引言
随着现代计算机知识技术革命的推陈出新，基于物联网技术的应用也越来越广泛，潜在市场的规模不断扩大，其应用包括环境监测、智能电网、智能家居、智能监控、智能交通、智能水系监测、智能物流等各个方面，对大众的日常生活产生了越来越重要的影响。智能电网通过先进的技术、设备、控制方法以及决策支持系统来实现电网的可靠性、安全性、经济性等目标，利用无线嵌入式物联网技术来实现智能电力计量，是优于民、利于民的技术性改革，是有利于国计民生的大事件，是促进我国电力系统改革和完善的重大助力。
2无线物联网技术背景
随着物联网网络的最新进展，具有各种通信技术的智能电表开始在电力计量系统中得到部署和应用。ＬＰＷＡＮ技术是目前应用广泛的远程接入技术，可用于智能计量电表的实施。智能电表可通过配置智能模块实现无线接入电力计量系统的功能。该无线连接技术的数据传输使用低功率、长距离和窄带传输，增大了操作范围，提供了更好的网络稳定性、可靠性和较为低廉的实施成本。无线网络技术已经是较为成熟的技术，拥有完善的标准，如WIFI、蓝牙4.0、ZigBee
和Z－WAVE。这些无线局域网通信技术所存在的一些难以克服的问题为功耗较大、连接范围较小。类似地，诸如ＧＳＭ、３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ的蜂窝网络也是为了更好的网络覆盖和数据吞吐量而开发的专有移动网络，虽然这些蜂窝网络在功耗方面被认为优于无线局域网通信技术，但是在成本上不具有大规模推广的优势。
因此在电力计量系统的应用场景中，新推出的ＬＰＷＡＮ技术具有较为突出的优势，表现为：能够支持固定的中到高密度无线连接，可用于在配电网计量系统中接入自动化的智能电表；对于使用电池供电的智能电表，电池使用寿命长，最适合将电表连接到变电站以实时监控电力消耗。Ｓｉｇｆｏｘ和ＬｏＲａ是过去两年ＬＰＷＡＮ技术领域的主要技术标准。虽然这两个技术标准的商业模式完全不同，但技术和最终目标非常相似。Ｓｉｇｆｏｘ是一种窄带技术，使用称为二进制相移键控（ＢＰＳＫ）的标准无线电传输方法。而ＬｏＲａＷＡＮ则在较宽频谱上对每个符号的多个比特进行编码，并使用集成的分组化和纠错来使用未许可的频谱。另一方面，ＬｏＲａＷＡＮ是一个可以根据规范构建的平台。ＬｏＲａ专门与物联网设备配合使用，这需要更长的电池寿命，低数据传输和最低的部署成本。基于ＬｏＲａ的相关电力计量的应用层技术标准也已经得到许多设备厂家的支持。
3需求分析
传统的计量体系在社会发展的进程中逐渐暴露出环境适应能力差、计量精确程度较低、建设与维护成本较高等问题。而现如今,在物联网时代下,电力部门对计量体系提出了新的需求:(1)构建统一标准:传统的计量体系由于多厂家的终端标准不统一,使得多厂家设备集成较难,导致效率低下。
因此,在物联网技术支持下的智能电力计量体系应当统一终端标准;确保接口层遵循IEC61968规范;能够有效集成多系统,为电力公司提供统一的数据、统一的应用入口,进一步提升管理效率。(2)提高适用性与可扩展性:传统的电力计量体系主要针对大用户,对偏远地区以及环境恶劣地区适应性较差。因此,基于物联网技术的智能电力计量体系应当预留接口,实现灵活配置,能够兼容各种用电设备终端,应用于各种场景。(3)计量精确:传统计量体系周期较长且数据精确程度较低,因此,应当在提高自动化程度的同时提高精确程度,确保精确计量。(4)支持多种通信方式:随着通信技术的快速发展,以前的计量体系所搭载的通信方式已经无法满足实际需求,因此,基于物联网技术的智能电力计量体系应当适应时代发展,支持RS-485、4G、Wi-Fi、GPRS等多种通信方式,增加智能计量体系的适应性,确保传输效率。
4设计方案
4.1关键技术
系统的成功建立离不开关键技术的支撑,本文所涉及的基于物联网技术的智能电力计量体系主要采用以下关键技术:(1)RFID:RFID技术即射频识别技术,该技术能够通过无接触的射频信号来识别目标并进行相应的数据交换操作。在智能电力体系中RFID技术能够将传统的人工抄表转变为自动化采集、记录与管理模式,通过空间耦合,变换成电磁场波,能够在通信协议下实现近距离的无线信息的通信和传输。(2)LoRa:LoRa属于LPWAN通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案,目前已被广泛应用于各个领域,具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特点,能够提供安全的数据传输和远距离的双向通信。在智能电力体系中采用LoRa模块实现远程通信,利用LoRa模块将接收到的LoRa信号进行解调处理,转换为有线网络信号并传输至智能数据网关,网关收到信息后进一步通过Internet网络传输至控制中心。
4.2基本架构
众所周知,物联网技术由感知层、网络层、应用层所构成,因此将本文所设计的基于物联网技术的智能电力计量系统划分为三个层面,分别是智能计量感知层、智能计量网络传输层、智能计量应用服务层。基于需求分析,智能计量感知层主要由搭载RFID传感器的智能电能表构成,RFID技术能够精确地采集电能数据;智能计量网络传输层则主要采用LoRa通信技术以及现在较为成熟的RS485总线技术,实现数据远程且高效传输;应用层则由手机端平台和PC端的控制中心所构成。整个架构的运行原理为,感知层由搭载RFID的电能表实时采集用户的电能计量数据,并且将数据通过RS485、LoRa模块等传输方式传输至采用嵌入式系统的智能数据网关(智能数据网关设计了多个接口,包括RS485接口以及LoRa接口,以满足支持多种通信方式的需求)实现对所连接的电能表的数据采集、缓存、数据转换、协议转换等。紧接着,由智能网关将数据转换成TCP/IP协议数据包,借助数据线传输至控制中心,控制中心记录储存数据且通过4G、Wi-Fi等传输方式连接应用软件,最终实现电力计量数据的显示与查询等功能。
5结束语
随着无线电力影响力的扩大，物联网将改变大众的生活运作方式。随着物联网和大数据的飞速发展，智能化生活对数据的需求必将越来越大。智能交互终端作为未来家庭实现智能化用户服务的重要终端设备，可以通过无线互联的方式，利用先进的通信技术，对家庭所有用电设备统一监控管理，还能对家庭用电信息、电能质量、供电规律等数据进行采集和分析，指导用户合理用电，调节电网峰谷负荷，节省国家电力资源和用户电费，实现电网与用户之间智能用电。同时，还能给国家个社会带来良好的经济效益，智能用电已经成为电网发展和社会进步的必然趋势。
参考文献:
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