电力物联网传感装置安全接入技术

电力物联网传感装置安全接入技术

梁彦东窦梦娇刘富年辛万智

（国网新疆电力有限公司伽师县供电公司新疆喀什844000）

摘要：电力行业是关系到国计民生的重要能源行业，保证电力输配电系统的安全稳定运行具有重要意义。结合电力输配电系统监控及运行需求，基于物联网技术，建立了分层电力输电、配电、用电系统的监测、巡检、安防、互动服务等系统的应用体系，提出电力物联网安全防护体系架构及解决方案，并建立了示范工程进行系统验证。

关键词：物联网；智能电网；电力系统；输电；配电；监控系统

引言

随着智能电网的全面建设，物联网技术在各业务环节得到广泛应用。电力物联网以国家电网公司SG-ERP信息系统总体架构为基础，包括感知层、网络层和应用层，并且形成了基于统一信息模型、统一通信规约、统一数据服务和统一应用服务的电力物联网体系架构。其中感知层实现电力生产各环节传感数据的统一感知与表达，建立统一信息模型，规范感知层的数据接入。网络层按照规范化的统一通信规约实现对数据的传送。应用层将多种数据信息统一管理并向外提供统一的数据服务，支撑各类业务应用，基于统一应用服务，开发各类电力物联网应用服务，供其他业务系统调用。电力物联网的感知层主要由各种传感识别设备实现信息的采集、识别和汇集。随着电力物联网不断深化应用，日益增多的传感器数量及种类将导致多种传感技术及规范的同时使用，由此导致各种采集数据的数据表达(语义、数据表达格式等)无法统一。因此，需建立传感设备信息交互的统一信息模型，以规范电力物联网应用的建设，指导信息模型及数据接入规范的制定，达到高效的应用集成和数据共享的目的。

1电力物联网总体架构

智能电网各个环节重要运行参数的在线监测，可以从安全性、可靠性、可调节、抗扰动等方面加强对设备状态的预测、预防、调控，为输电线路的可靠监控及配电环节的科学运维提供智能辅助决策，从而进一步提升电网运行水平，强化与用户间的双向互动，拓展新的增值服务。上述目标的实现，依赖于透彻的信息感知、可靠的数据传输、高效的网络构建及海量感知信息的智能管理与数据处理分析技术。物联网利用部署在目标区域内的大量节点，协作地感知、采集各种环境或监测对象信息，通过对信息进行深层次的多元参数融合、协同处理，抽象环境或物体对象的状态。物联网以其独特的优势，能够在多种场合满足智能化电网发电、输电、变电、配电、用电等重要环节上信息获取的实时性、准确性、全面性等需求，可以协助实现有效的电网态势感知，为提高电网规范化管理能力提供有效支撑[5]。

对智能电网而言，电力无线传感器网络总体架构可以划分为感知层、网络层和应用层，如图1所示。

1)感知层，主要由部署在各个感知对象的若干感知节点组成，通过自组织方式组建感知网络，实现对电网对象及运行环境的智能协同感知、智能识别、信息采集处理和自动控制等。通过各种新型微机电系统（MEMS,micro-electro-mechanicalsystem）传感器，基于嵌入式系统的智能传感器、智能采集设备等技术手段，完成对智能电网中发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节关键设备的机械状态、能耗情况、环境状态等信息的识别和采集。2)网络层，通过将电力无线宽带、无线公共通信网络、无线传感网、电力光传输网络等不同种类的通信网络进行融合、扩展，实现感知层和应用层之间的信息传递、路由和控制等功能，为感知的信息提供高可靠、高安全、大规模数据传输服务。在智能电网应用中，电力物联网信息的传递、汇聚与控制主要依托电力通信网实现，公共电信网作为补充。网络层一般包括接入网与核心网，其中，核心网以电力骨干光纤网为主，接入网以电力光纤接入网、电力线载波、无线数字通信系统为主。电力通信网为电力物联网的应用提供了一个高速带宽的双向通信网络平台[6]。3)应用层，应用层把感知层信息与数据根据不同业务需求进行分析和处理。应用层包括应用基础设施、中间件和各种应用。应用层的各类应用涉及智能电网全生命周期的生产、管理等各个环节。通过采用智能计算、模式识别等技术，实现电网信息的综合分析和处理及电网智能化决策、控制和服务水平的不断提升，促进电力更便捷、绿色和高效。

2传感器信息模型的设计

2.1设计思路

依据IEC61850-7-4标准中的设计原则，将用逻辑设备、逻辑节点，数据对象描述的抽象模型作为整个设计思路的架构，重点结合IEEE1451.4的TEDS思想，实现电力物联网中感知层设备的抽象数据模型。由于电池电量、无线带宽，传输速率等限制，传感器须将尽量少的变化的数据传送出去。TEDS的理念正好可以满足这样的要求。TEDS以XML文件的形式存在于应用层服务器中。TEDS不仅可以解析传感器数据，同时可以描述传感器的其他固有参数属性。传感器电子表单的设计思想是将各种传感器抽象为统一的数据模型。并依据传感器自身资源有限的特点，将传感器详细的模型描述存储在具有丰富资源的服务器上。应用层收到传感器发来的精简TEDS后，根据ID号中表单编号选择相应的详细TEDS，并将相关数据填入其中，供其他系统使用。基本TEDS和标准TEDS是必须具备的元素。校准TEDS和用户TEDS是可选的元素。

2.2基本TEDS

基本TEDS是传感器上报数据中必须具备的元素，如表1所示。它表示数据的来源。也是服务器调用相应表单的依据。从基本TEDS中，也可以得到传感器逻辑节点类型的相关信息。

基本TEDS中，64bits全为0或全为1作为预留位，用于系统维护或管理。传感器厂商代码由相关机构统一分配，为每个传感器厂家分配一个唯一代码；每种传感器的最小逻辑节点会被分配一个模板号。每种模板中元素的定义是统一的。不同厂家和不同形态的传感器都要遵循这种模板描述自家的传感器参数。应用程序通过调用该模板号的表单对Sensor传上来的32字节数据流进行解析。产品序列号由各厂家自己定义，占3个字节。一个传感器逻辑设备分配一个序列号。不同逻辑节点通过模板号的不同来区分64bits的值。对矩阵传感器可通过在标准TEDS中相关字段做定义加以区分。

结语

本文主要讨论了对物联网感知层数据通过对传感器信息模型进行建模，使数据在网络层中以统一的信息模型进行交互，主要用来指导高可靠性和高性价比的智能传感器、标准化采集终端及信息模型转换设备的研发，并形成相关标准规范。通过示范应用，规范了各类传感设备的接入，在感知层实现了数据模型的统一，同时也为网络层数据通信奠定了良好的基础，从而推动电力物联网在智能电网中的应用不断深化。

参考文献

[1]刘建明，李祥珍．物联网与智能电网[M]．北京：电子工业出版社，2012：20-52．

[2]LiuJianming，LiXiangzhen，ChenXi，etal．ApplicationsofinternetofthingsonsmartgridinChina[C]//13thInternationalConferenceonAdvancedCommunicationTechnology(ICACT2011)．GangwonDo：IEEE，2011：13-17．

[3]刘建明．物联网在智能电网中的应用[C]//第十二届中国科协年会．福州：中国科学技术协会，2010：548-552．

[4]甄岩，李祥珍，欧海清，等．物联网与智能电网[J]．数字通信，2012，39(5)：76-80．