無線射頻識別技術在智能電網(wǎng)中的應用研究

宿 鵬

（中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130021）

無線射頻識別技術在智能電網(wǎng)中的應用研究

宿 鵬

（中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，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應用到網(wǎng)絡體系，形成以無線射頻識別技術（RFID）為基礎的智能電網(wǎng)體系網(wǎng)絡，從而更好地實現(xiàn)電網(wǎng)間無線傳輸，達到自動化、實時化的互動模式。該文提出將RFID和信息技術結合推動智能電網(wǎng)的快速發(fā)展。實踐證明，該模式的構建可以最大化增加電力企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，為同類應用提供了有價值的參考。

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

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

物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)智能管理的基礎，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，實現(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)各種技術而形成現(xiàn)代化智能的電力傳輸網(wǎng)絡。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)技術運用在智能電網(wǎng)的很多領域［6－8］。

1 相關研究技術

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標簽，通過使用頻率信號將儲存在RFID標簽的數(shù)據(jù)信息傳遞到RFID標簽［9］。

RFID從整體結構組成上來講屬于一種簡易式的無線系統(tǒng)，通過利用標簽和讀寫器兩種基本器件來實現(xiàn)監(jiān)控和追蹤目標。系統(tǒng)的組成是1∶n的詢問器和應答器，應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，隨著無線射頻技術的高速發(fā)展拓新，對應答器進行了重新定義和規(guī)定說法，現(xiàn)在稱為智能標簽。RFID標簽的讀寫器通過利用RFID標簽和天線的信息傳輸進行無線即時通信，從而完成對標簽的標志碼的識別和實現(xiàn)標簽內(nèi)數(shù)據(jù)信息的讀寫操作。RFID的另一種優(yōu)點在于可以在識別高速運動的對象目標的同時對多個對象標簽進行識別，并且執(zhí)行動作簡便快捷。對于物聯(lián)網(wǎng)領域，正在迅猛發(fā)展的RFID技術有著非同一般的重要性［10］。

1.2 RFID的技術原理

RFID技術利用射頻信號在數(shù)據(jù)傳輸上的非接觸性在讀寫器和標簽進行全雙工的信息傳輸，從而實現(xiàn)對象的識別和進行數(shù)據(jù)讀寫的操作。開始時，當應答器進入讀寫器所形成的磁場時，應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所獲取的能量傳送標簽中儲存的數(shù)據(jù)，或者標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)信息并進行譯碼后，傳遞到中央信息系統(tǒng)并進行相關的數(shù)據(jù)處理，如圖1所示。

圖1 RFID傳輸原理

電子標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、標簽、系統(tǒng)軟件。

a.讀卡器的作用是為無源的電子標簽通過電磁波提供能量，并且用于讀取標簽中的數(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)動電子標簽內(nèi)部電路提供能量，并且載有特定的信號。

b.標簽由天線和運算電路兩大部分組成。天線用于感應讀卡器發(fā)射的電磁波，產(chǎn)生一定的感應電流，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，以及將信息導入數(shù)據(jù)庫等。

2 無線射頻識別技術在智能電網(wǎng)中的應用

2.1 RFID在電力中的應用綜述

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)及時傳輸至應用系統(tǒng)端。RFID作為一種非接觸式的自動識別技術，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技術以上優(yōu)點，將此技術運用于智能電網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)信息實時收集，電路自動檢測，產(chǎn)品自動標注等功能，如圖2所示。

圖2 RFID工作原理

2.2 RFID技術在信息管理方面的運用

基于RFID電力檢測系統(tǒng)，電力檢測工人工作時，只需運用隨身的迷你型PDA終端對電力系統(tǒng)故障進行排查。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擔，提高工作的效率，還可以降低故障誤查率，增加檢測的準確性。

其中電力檢測系統(tǒng)的核心技術就有：系統(tǒng)對RFID電子標簽的準確讀取與寫入；運用GPRS遠程數(shù)據(jù)傳輸技術實現(xiàn)PDA運用程序與服務端進行數(shù)據(jù)傳輸。

電力設備檢測系統(tǒng)主要由以下3部分組成。

a.電子標簽。保存并標識設備的詳細數(shù)據(jù)和歷史核查等信息。

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

c.后臺服務器系統(tǒng)。用于存儲各電力電路設備的詳細信息，如設備安裝日期，故障統(tǒng)計信息，設備的實時工作狀況等。運行統(tǒng)計分析軟件，對PDA傳輸回來的數(shù)據(jù)進行計算與統(tǒng)計，實現(xiàn)對各設備的工作狀態(tài)的預測評估和參數(shù)調(diào)整。實現(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。后臺服務器系統(tǒng)是以Linux系統(tǒng)作為服務器操作系統(tǒng)，兼有安全、穩(wěn)定、高性能等優(yōu)點。

2.3 RFID技術在電網(wǎng)設備全壽命周期管理中的應用

在電網(wǎng)資產(chǎn)全壽命周期管理的多個層面上，RFID技術已經(jīng)開展了眾多應用，此項技術實現(xiàn)的方法是將實物標簽貼附在相關設備上，完成對設備信息的存儲、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簽設備的數(shù)據(jù)信息的日常運作和維護，來實現(xiàn)對相關設備的動態(tài)追蹤和管理，進而克服了資產(chǎn)管理的難度大和盲目性等問題，打破資產(chǎn)管理的阻礙，實現(xiàn)對設備的精準定位管理，最后完成對設備全壽命周期的精確管理。

電網(wǎng)設備PMS系統(tǒng)的異動管理涵蓋設備新投、退運、調(diào)撥、報廢和變更五大方面，所以以物聯(lián)網(wǎng)RFID技術應用為核心的有關設備的數(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)管理的實際管理。另一方面，電網(wǎng)公司在使用RFID技術展開資產(chǎn)全壽命周期管理時多設想電網(wǎng)行業(yè)資產(chǎn)管理的具體情形是至關重要的。

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

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

b.物資直送現(xiàn)場標識業(yè)務。一般電網(wǎng)設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“實物標識粘貼的任務”，發(fā)出通知，并由管理人員通過手持式RFID終端下載任務單，現(xiàn)場驗收物資設備。該階段可實現(xiàn)以下功能：實現(xiàn)送往施工現(xiàn)場的物資當場驗收；安裝實物標識后，標識更新為“在建”狀態(tài)。

2.4 完工投運后標識信息

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

3 結束語

將RFID技術運用到電網(wǎng)中，可以最大化促進智能電網(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技術具體應用的討論，為更加積極有效構筑基于射頻識別技術的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，全面提升智能電網(wǎng)的信息化水準，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益提供有益的參考。

［1］湯 琳.基于智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術及其應用研究［J］.綿陽師范學院學報，2016（5）：79－83.

［2］張 麗.物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧城市建設中的應用［J］.信息通信，2015（8）：140－141.

［3］潘 寧.面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)信息聚合技術研究［J］.信息通信，2016（5）：135－136.

［4］李 婷，劉 沁，劉 園.智能電網(wǎng)在中國的發(fā)展以及面臨的困難探討［J］.中國新通信，2016（10）：108－110.

［5］秦 恒.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能電網(wǎng)系統(tǒng)分析［J］.江西建材，2016（5）：242－246.

［6］吳作君.物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)建設中的應用研究［J］.通訊世界，2016（3）：193.

［7］王金鵬，殷璐璐，李文輝，等.物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中應用研究［J］.機電元件，2016（2）：33－36.

［8］姜家寅，劉曉光，崔傳波.農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設技術［J］.農(nóng)村電氣化，2016（3）：43－44.

［9］亓宏波.智能電網(wǎng)中無線傳感器網(wǎng)絡的應用［J］.山東工業(yè)技術，2016（8）：186－187.

［10］黃留鎖，宋 艷.智能電網(wǎng)體系中的物聯(lián)網(wǎng)相關研究［J］.電子測試，2016（Z1）：110－111.

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，研究方向為電氣工程及其自動化。

2016－07－22）