宿 鵬

（中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計院有限公司，吉林 長春 130021）

無線射頻識別技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

宿 鵬

（中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計院有限公司，吉林 長春 130021）

為了解決智能電網(wǎng)中無線傳輸問題，將物聯(lián)網(wǎng)中無線射頻識別技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)體系，形成以無線射頻識別技術(shù)（RFID）為基礎(chǔ)的智能電網(wǎng)體系網(wǎng)絡(luò)，從而更好地實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)間無線傳輸，達(dá)到自動化、實(shí)時化的互動模式。該文提出將RFID和信息技術(shù)結(jié)合推動智能電網(wǎng)的快速發(fā)展。實(shí)踐證明，該模式的構(gòu)建可以最大化增加電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為同類應(yīng)用提供了有價值的參考。

智能電網(wǎng)；無線射頻技術(shù)（RFID）；物聯(lián)網(wǎng)；Tag編碼

物聯(lián)網(wǎng)是運(yùn)用多種識別技術(shù)與傳感技術(shù)從周圍環(huán)境各方面進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器進(jìn)行分析與計算，得出需要的核心數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)為載體，讓物和物、物和人信息交換［1－3］。

物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能管理的基礎(chǔ)，扮演著無可替代的角色。電網(wǎng)是信息傳輸?shù)拿浇?，信息化電網(wǎng)以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化［4－5］。

智能電網(wǎng)是以電網(wǎng)作為信息傳輸媒體并集物聯(lián)網(wǎng)各種技術(shù)而形成現(xiàn)代化智能的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)。美國在2003年發(fā)布的Grid2030中提出智能電網(wǎng)的概念，一些發(fā)達(dá)國家在之后便陸續(xù)規(guī)劃對智能電網(wǎng)的研究，而我國由于基礎(chǔ)問題智能電網(wǎng)的提出相對較晚，如今也在迅猛發(fā)展，取得不少可喜成果，并將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用在智能電網(wǎng)的很多領(lǐng)域［6－8］。

1 相關(guān)研究技術(shù)

1.1 RFID的概念

RFID和條形碼的掃描相似，條形碼的掃描是利用特有專用的掃描器通過將信息的光信號轉(zhuǎn)換為磁信號并將做完編碼工作的條形碼貼附在掃描對象上；RFID則是利用特有專用的RFID讀寫器和貼附在對象的RFID標(biāo)簽，通過使用頻率信號將儲存在RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息傳遞到RFID標(biāo)簽［9］。

RFID從整體結(jié)構(gòu)組成上來講屬于一種簡易式的無線系統(tǒng)，通過利用標(biāo)簽和讀寫器兩種基本器件來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和追蹤目標(biāo)。系統(tǒng)的組成是1∶n的詢問器和應(yīng)答器，應(yīng)答器最初只是表示能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳送反饋的電子集成模塊，近年來，隨著無線射頻技術(shù)的高速發(fā)展拓新，對應(yīng)答器進(jìn)行了重新定義和規(guī)定說法，現(xiàn)在稱為智能標(biāo)簽。RFID標(biāo)簽的讀寫器通過利用RFID標(biāo)簽和天線的信息傳輸進(jìn)行無線即時通信，從而完成對標(biāo)簽的標(biāo)志碼的識別和實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)信息的讀寫操作。RFID的另一種優(yōu)點(diǎn)在于可以在識別高速運(yùn)動的對象目標(biāo)的同時對多個對象標(biāo)簽進(jìn)行識別，并且執(zhí)行動作簡便快捷。對于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，正在迅猛發(fā)展的RFID技術(shù)有著非同一般的重要性［10］。

1.2 RFID的技術(shù)原理

RFID技術(shù)利用射頻信號在數(shù)據(jù)傳輸上的非接觸性在讀寫器和標(biāo)簽進(jìn)行全雙工的信息傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對象的識別和進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的操作。開始時，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入讀寫器所形成的磁場時，應(yīng)答器接收到從讀寫器發(fā)送出的無線射頻信號，接著通過利用電感耦合效應(yīng)所獲取的能量傳送標(biāo)簽中儲存的數(shù)據(jù)，或者標(biāo)簽本身通過利用自身儲存的能量主動地傳送出某一固定頻率的射頻信號，由讀寫器接收數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行譯碼后，傳遞到中央信息系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，如圖1所示。

圖1 RFID傳輸原理

電子標(biāo)簽和閱讀器的通信以及能量傳輸可分為兩種方式：主要用于低頻率的感應(yīng)耦合和較高頻率的散射耦合。

RFID系統(tǒng)的基本組成部分有：讀卡器、標(biāo)簽、系統(tǒng)軟件。

a.讀卡器的作用是為無源的電子標(biāo)簽通過電磁波提供能量，并且用于讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。是RFID系統(tǒng)讀取和處理核心。其原理是由讀卡器編碼芯片上載數(shù)據(jù)，再由天線發(fā)射出特定頻率的電磁波，電磁波可用于為驅(qū)動電子標(biāo)簽內(nèi)部電路提供能量，并且載有特定的信號。

b.標(biāo)簽由天線和運(yùn)算電路兩大部分組成。天線用于感應(yīng)讀卡器發(fā)射的電磁波，產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，驅(qū)動芯片，從而讀取芯片中儲存的信息。

c.系統(tǒng)軟件可以用于對信號編碼，信號譯碼，以及將信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫等。

2 無線射頻識別技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 RFID在電力中的應(yīng)用綜述

智能電網(wǎng)對數(shù)據(jù)的采集密度要求非常高，要求信息采集端準(zhǔn)確地采集環(huán)境各種信息參量。并能通過電網(wǎng)及時傳輸至應(yīng)用系統(tǒng)端。RFID作為一種非接觸式的自動識別技術(shù)，能夠滿足上述需求；RFID Tag采用EPC碼，信息存儲量大，Tag編碼具有唯一性，使被標(biāo)識物體具有唯一性；Tag體積小、形狀多樣，讀取時不受尺寸大小的限制；RFID通過無線傳輸數(shù)據(jù)信息，并且信號可以穿過非金屬物質(zhì)等傳輸。鑒于RFID技術(shù)以上優(yōu)點(diǎn)，將此技術(shù)運(yùn)用于智能電網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時收集，電路自動檢測，產(chǎn)品自動標(biāo)注等功能，如圖2所示。

圖2 RFID工作原理

2.2 RFID技術(shù)在信息管理方面的運(yùn)用

基于RFID電力檢測系統(tǒng)，電力檢測工人工作時，只需運(yùn)用隨身的迷你型PDA終端對電力系統(tǒng)故障進(jìn)行排查。這樣的故障排查方式相比傳統(tǒng)的工作方式不但可以大大減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作的效率，還可以降低故障誤查率，增加檢測的準(zhǔn)確性。

其中電力檢測系統(tǒng)的核心技術(shù)就有：系統(tǒng)對RFID電子標(biāo)簽的準(zhǔn)確讀取與寫入；運(yùn)用GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)PDA運(yùn)用程序與服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

電力設(shè)備檢測系統(tǒng)主要由以下3部分組成。

a.電子標(biāo)簽。保存并標(biāo)識設(shè)備的詳細(xì)數(shù)據(jù)和歷史核查等信息。

b.數(shù)據(jù)傳輸與核查端。用可以讀取電子標(biāo)簽的嵌入式PDA設(shè)備，對電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫處理，并將數(shù)據(jù)保存在PDA設(shè)備中進(jìn)行對比檢測，判斷出受檢設(shè)備的合法性。也可現(xiàn)場設(shè)置所在電力設(shè)備上的電子標(biāo)簽信息，以標(biāo)注此電子設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)。當(dāng)PDA設(shè)備連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)時，自動地將未上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。由于PDA設(shè)備實(shí)線具有多元化數(shù)據(jù)傳輸接口，還可通過無線網(wǎng)、藍(lán)牙、USB等進(jìn)行數(shù)據(jù)上載。

c.后臺服務(wù)器系統(tǒng)。用于存儲各電力電路設(shè)備的詳細(xì)信息，如設(shè)備安裝日期，故障統(tǒng)計信息，設(shè)備的實(shí)時工作狀況等。運(yùn)行統(tǒng)計分析軟件，對PDA傳輸回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與統(tǒng)計，實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備的工作狀態(tài)的預(yù)測評估和參數(shù)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)對智能電網(wǎng)的通路的統(tǒng)籌和調(diào)整，減少信息傳輸阻塞，讓信息傳輸更加快速。后臺服務(wù)器系統(tǒng)是以Linux系統(tǒng)作為服務(wù)器操作系統(tǒng)，兼有安全、穩(wěn)定、高性能等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 RFID技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)備全壽命周期管理中的應(yīng)用

在電網(wǎng)資產(chǎn)全壽命周期管理的多個層面上，RFID技術(shù)已經(jīng)開展了眾多應(yīng)用，此項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法是將實(shí)物標(biāo)簽貼附在相關(guān)設(shè)備上，完成對設(shè)備信息的存儲、非接觸批量讀取以及內(nèi)存數(shù)據(jù)信息的交換。此方式通過對已粘貼標(biāo)簽設(shè)備的數(shù)據(jù)信息的日常運(yùn)作和維護(hù)，來實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的動態(tài)追蹤和管理，進(jìn)而克服了資產(chǎn)管理的難度大和盲目性等問題，打破資產(chǎn)管理的阻礙，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的精準(zhǔn)定位管理，最后完成對設(shè)備全壽命周期的精確管理。

電網(wǎng)設(shè)備PMS系統(tǒng)的異動管理涵蓋設(shè)備新投、退運(yùn)、調(diào)撥、報廢和變更五大方面，所以以物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)應(yīng)用為核心的有關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息收集和中間件開發(fā)必須與PMS系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。同時，PMS系統(tǒng)與pm、am模版聯(lián)動協(xié)調(diào)后才能適用于電網(wǎng)資產(chǎn)管理的實(shí)際管理。另一方面，電網(wǎng)公司在使用RFID技術(shù)展開資產(chǎn)全壽命周期管理時多設(shè)想電網(wǎng)行業(yè)資產(chǎn)管理的具體情形是至關(guān)重要的。

由RFID技術(shù)在具體電網(wǎng)企業(yè)長久以來的實(shí)際應(yīng)用探索和歸納，該技術(shù)在電網(wǎng)資產(chǎn)全壽命精確管理的主要應(yīng)用方式可分為以下幾個方面。

a.設(shè)備入庫后標(biāo)簽識別業(yè)務(wù)。智能電網(wǎng)和RFID相關(guān)技術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一對智能電網(wǎng)的進(jìn)步有著不可或缺的促進(jìn)功效，在電網(wǎng)中結(jié)合RFID技術(shù)充分體現(xiàn)了智能電網(wǎng)的互動化、自動化和信息化。將采購的設(shè)備入庫以后，其中一部分設(shè)備的物資代碼和設(shè)備類型、資產(chǎn)分類建立關(guān)系的物資，可以提前實(shí)施打印實(shí)物標(biāo)識。再由管理人員根據(jù)入庫信息生成“實(shí)物標(biāo)識粘貼業(yè)務(wù)單”，并將標(biāo)簽貼到對應(yīng)的物資上。該階段可實(shí)現(xiàn)以下功能：更改新入庫設(shè)備為“已收斂”狀態(tài)；更改經(jīng)過技改、維修地點(diǎn)等設(shè)備為“拆除待處理”狀態(tài)。

b.物資直送現(xiàn)場標(biāo)識業(yè)務(wù)。一般電網(wǎng)設(shè)備都是直接送往施工的現(xiàn)場，員工在RFID中間件系統(tǒng)發(fā)出“實(shí)物標(biāo)識粘貼的任務(wù)”，發(fā)出通知，并由管理人員通過手持式RFID終端下載任務(wù)單，現(xiàn)場驗(yàn)收物資設(shè)備。該階段可實(shí)現(xiàn)以下功能：實(shí)現(xiàn)送往施工現(xiàn)場的物資當(dāng)場驗(yàn)收；安裝實(shí)物標(biāo)識后，標(biāo)識更新為“在建”狀態(tài)。

2.4 完工投運(yùn)后標(biāo)識信息

完工投運(yùn)后，盡快將設(shè)備信息、調(diào)度名稱錄入PMS系統(tǒng)，再由工作人員發(fā)出“設(shè)備信息維護(hù)單”，最后通知工作人員下載任務(wù)單，現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)對標(biāo)識信息的更改，以完善相關(guān)信息。該階段可實(shí)現(xiàn)以下功能：現(xiàn)場完善設(shè)備的標(biāo)識信息；將標(biāo)識信息更改為“投運(yùn)”狀態(tài)。

3 結(jié)束語

將RFID技術(shù)運(yùn)用到電網(wǎng)中，可以最大化促進(jìn)智能電網(wǎng)的高速發(fā)展。然而目前針對智能電網(wǎng)與RFID技術(shù)的融合仍沒有較為規(guī)范的思路，本文通過對智能電網(wǎng)特征的分析和智能電網(wǎng)中RFID技術(shù)具體應(yīng)用的討論，為更加積極有效構(gòu)筑基于射頻識別技術(shù)的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，全面提升智能電網(wǎng)的信息化水準(zhǔn)，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益提供有益的參考。

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Application Study on Wireless Radio Frequency Identification Technology in Smart Grid

SU Peng
（Northeast Electric Power Design Institute Co.，Ltd.of China Power Engineering Consulting Group，Changchun，Jilin 130021，China）

In order to solve the problem of wireless transmission in intelligent power network，the networking of wireless radio frequen?cy recognition technology is applied to the network system.The formation of smart grid system network is based on the radio frequency identification（RFID）technology in order to better achieve the wireless transmission of power grid and achieve automation，real?time interactive mode.In this paper，the combination of RFID technology and information technology are presented to promote the rapid development of smart grid.Practice has proved that this model can maximize the economic benefits and social benefits of power enterprise.It provides a valuable reference for similar applications.

smart grid；RFID；internet of things；Tag coding

TM76；TN92

A

1004－7913（2016）12－0025－03

宿 鵬（1983），男，工程師，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣踊?/p>

2016－07－22）