基于物联网的变电站一键顺控技术数据传输优化研究.pdf

2023 年 10 月基于物联网的变电站一键顺控技术数据传输优化研究吴昊璟（国网湖北省电力有限公司直流公司，湖北 宜昌 443000）【摘要】随着电力系统的扩展和升级袁变电站一键顺控技术面临着实时性要求高尧数据传输量大尧通信安全和网络延迟等难题遥 通过引入物联网技术袁变电站一键顺控技术能够获得多方面的优势遥 为了解决数据传输问题袁分析传统变电站一键顺控技术数据中存在的问题及原因袁探讨物联网在解决数据问题上的优势袁提出基于物联网的优化策略袁以有效提升变电站一键顺控技术的数据传输性能袁支持变电站的自动化和智能化发展遥【关键词】物联网曰变电站一键顺控曰数据传输曰优化策略【中图分类号】TM63【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）10-0094-030 引言随着信息技术的不断进步和电力系统智能化发展，变电站一键顺控技术作为自动化和智能化电力系统的重要组成部分，为实现对变电站设备的远程监控和控制提供了强有力手段。变电站一键顺控技术是指通过信息技术和通信技术，快速、集中、准确地监控变电站设备的智能化技术。借助变电站一键顺控技术，操作人员可以通过简单的一键操作或少量操作，对多个设备进行集中控制，从而极大地提高了变电站设备的操作效率和运行可靠性。然而，随着电力系统规模不断扩大和设备数量的增加，变电站一键顺控技术在实际应用中面临着数据传输方面的诸多挑战。数据传输在变电站一键顺控技术中起着至关重要的作用，直接影响着对变电设备的实时监控、故障快速响应以及远程操作的效率和可靠性。然而，传统变电站一键顺控技术数据传输中存在网络延迟、数据丢失、数据安全等问题，限制了变电站一键顺控技术的进一步发展1。1 传统变电站一键顺控技术数据传输中存在的问题及原因（1）网络延迟问题。在传统变电站一键顺控技术中，从数据发送到接收的时间存在明显的延迟，这种延迟可以被量化为往返时间（round谣trip time，RTT），即发送数据到接收确认的总时间。网络延迟问题可能导致操作人员在接收到关键信息之前就进行了操作，从而产生误操作的风险，可能导致电力系统异常或事故。同时，电力系统的整体性能也会受到延迟的制约，导致电力系统响应速度变慢，影响用户体验和工作效率。网络延迟问题的主要原因如下：淤网络拥塞。当网络流量过大或网络设备负载过重时，数据包可能会在传输过程中遇到阻塞，导致网络延迟。于网络协议和处理延迟。随着变电站设备数量和复杂性不断增加，更多设备产生的海量数据，会导致网络传输压力急剧增加，同时设备之间的互联和通信也变得更加复杂，增加了数据传输的难度，从而造成网络延迟问题。盂传输介质差异。不同的传输介质，如光纤、电缆等，具有不同的传输速度和稳定性，可能也会导致数据传输出现延迟2。（2）数据丢失问题。在传统变电站一键顺控技术中，数据包在网络传输过程中可能无法完整地到达目的地，也就是出现缺失部分数据或完全丢失某些数据包的情况。数据丢失问题可能导致电力系统对当前电力设备状态的误判，从而产生错误的报警或控制指令，增加了误操作的风险。此外，数据丢失问题可能导致不同设备上的数据不一致，使监控系统的信息不同步，对电力系统的整体一致性产生负面影响。数据丢失问题的主要原因如下：淤网络拥塞。网络通路中出现高网络流量或网络拥塞的现象都可能导致数据包丢失，因为网络设备无法及时处理所有传入的数据，会使部分数据出现丢失或者残缺。于传输介质干扰。不稳定的传输介质，如电磁干扰、信号衰减等，可能导致数据包在传输过程中受到干扰而丢失。盂设备故障。由器、交换机或其他网络设备的故障都有可能会导致数据包在传输过程中发生丢失问题。电力信息942023 年 10 月（3）数据安全问题。在传统变电站一键顺控技术中，可能出现未经授权的访问、数据泄露、数据篡改等数据安全问题。数据泄露可能导致敏感信息的泄露，特别是有关电力设备配置和运行的敏感信息泄露，会损害电力系统的机密性。数据篡改可能导致错误的控制指令被发送，影响电力设备的正常运行，降低电力系统的稳定性。数据安全问题可能会导致用户对电力系统的信任丧失，特别是在涉及电力系统关键基础设施的情况下，可能引起严重的信任危机。数据安全问题的主要原因如下：淤弱密码和身份验证。在电力系统中使用弱密码或缺乏强身份验证机制可能会导致未经授权的访问发生，使电力系统容易遭受外部攻击。于网络漏洞。未修补的网络漏洞可能会被攻击者利用，以获取电力系统访问权或执行恶意操作。盂数据缺乏加密处理。如果电力系统未对敏感数据进行充分的加密处理，电力数据信息在传输过程中则容易被窃听或篡改。榆恶意软件的侵入。一些携带网络病毒的恶意软件可能会通过硬件接触的方式侵入电力系统，从而窃取敏感信息，或对数据进行破坏3。2 物联网在解决数据传输问题上的优势（1）实时性和低延迟。物联网技术支持快速、实时的数据传输，能够满足变电站一键顺控技术对于毫秒级数据传输的实时性要求。物联网通信协议和技术的优化能够最大限度降低数据在设备之间的传输延迟，支持高效的实时控制。（2）大数据处理能力。物联网平台和系统能够通过数据聚合、压缩和过滤，减少传输的数据量，减轻网络负担，同时实时传输重要数据，可以应对变电站中产生的大量数据4。（3）通信安全性。物联网技术重视数据的安全传输，采用多种加密和认证手段，确保数据的机密性和完整性。物联网平台和系统通常具备安全漏洞检测和防御机制，提供安全的数据传输通道。（4）自组织网络。物联网技术支持设备之间的自组织网络，设备可以相互连接并进行自主通信，无须中心控制节点。这种自组织网络结构增强了网络的鲁棒性和可靠性，在网络不稳定的情况下，仍能保持数据传输的连续性。（5）适应多种网络环境。物联网技术可以适应多种网络环境，包括有线和无线网络。针对变电站一键顺控技术，物联网技术可以根据实际情况选择最合适的通信方式，提高了数据传输的灵活性5。（6）设备的智能化和自适应性。物联网技术使得设备变得智能化和自适应，设备能够根据网络状况和负载情况自主调整数据传输策略，优化传输性能。3 基于物联网的变电站一键顺控技术数据传输优化策略3.1 数据压缩和聚合在变电站一键顺控技术中，大量设备会产生大规模的数据，其中部分数据可能呈现较高的重复性和相似性。为了有效利用网络带宽和降低数据传输成本，采用数据压缩和聚合技术是一种重要的优化策略。数据压缩技术能够使用各种算法和编码技术，将冗余或者相似的数据进行合并和压缩。这样可以大幅减少传输的数据量，节省网络资源。例如，针对连续时间段内的温度数据，如果发现这段时间内温度保持相对稳定，那么只需传输温度变化的极小值和相应时间戳，而不必传输连续的重复温度数据。数据压缩技术的应用有效地降低了数据传输的时延和网络负载，提高了数据传输的效率。数据聚合技术则是将多个相似的数据合并为一个汇总数据进行传输。设备可能会产生多个相同类型的数据，例如，同一变电站内多台变压器产生的电压数据，可以聚合成一个数据包，仅传输一个平均值或总和值，而不是逐个传输每台变压器的数据。通过数据聚合，能够减少大量相似数据的重复传输，降低数据传输的成本和时延6。3.2 优先级传输在变电站一键顺控技术中，不同类型的数据具有不同重要性和紧急程度。为了确保实时传输关键数据，优先级传输是一项关键的优化策略。设定数据传输的优先级，确保关键数据和紧急数据在传输时优先级较高，从而保障这些数据能够在网络中得到快速传输和准确接收。例如，对于电力系统中关键设备的温度监测数据和紧急故障报警数据，采用高优先级传输，以保证操作人员及时获得重要信息并迅速做出响应。而其他一般数据则可以采用低优先级传输，以免影响关键数据的传输效率。优先级传输策略可以有效保障关键数据传输的实时性和准确性，确保变电站一键顺控技术具备快速响应能力，同时合理分配网络资源，提高整体数据传输的效率。优先级传输策略响应如图 1 所示。3.3 自适应传输在变电站一键顺控技术中，自适应传输策略是通过物联网技术实现设备智能化，自动根据网络状况和负载情况调整数据传输方式的优化策略。这种策略使得设备能够根据实际情况灵活地调整数据传输方式，以保障数据传输的高效率和稳定性。具体来说，自适应传输策略可以根据网络质量电力信息952023 年 10 月和负载情况动态调整传输速率。当网络质量较好且负载较轻时，设备可以选择较高的传输速率，快速传输数据。而当网络质量较差或负载较重时，设备可以自动降低传输速率，以减少传输时延和丢包率，确保数据传输的稳定性。此外，自适应传输策略还可以选择不同的传输协议或网络路径，以适应不同网络环境下的数据传输需求。通过自适应传输策略，变电站设备能够智能地感知和应对网络状况的变化，保持数据传输的连续性和稳定性，提高数据传输的适应性和灵活性，从而更好地满足变电站一键顺控技术对数据传输的实时性和可靠性要求。3.4 加密与认证为了保障数据传输的机密性和完整性，在变电站一键顺控技术中，采用加密与认证技术是一种必要的优化策略。加密技术通过对传输的数据进行加密，将数据转换为密文，使未经授权的第三方无法解读数据内容。只有合法的接收方使用相应密钥才能将密文还原成原始数据。这样一来，即使数据在传输过程中被截获，黑客也无法获取有用信息，保障了数据的机密性和完整性。同时，认证技术用于验证数据发送和接收双方身份的合法性。通过使用数字证书或密码学技术，确认数据的来源和目的地，防止数据被冒充或篡改。认证技术确保了数据传输的真实性和可靠性。综合应用加密与认证技术，可以使变电站一键顺控技术的数据传输变得更加安全可靠。任何敏感数据在传输过程中都能得到保护，防止黑客入侵和恶意攻击，确保变电站运行的稳定性和可信度。3.5 网络质量监测由于变电站可能位于偏远地区或恶劣环境，网络连接可能受到天气等因素的影响，导致网络质量波动。因此，实时监测网络质量是确保数据传输稳定和可靠的关键手段。网络质量监测技术可以实时检测网络延迟、丢包率和带宽等关键指标。当网络质量出现异常时，系统能够及时发现并进行相应的处理。例如，当网络延迟较高或丢包率较大时，系统可以通过重新发送或采用其他路径来保证数据传输的完整性。当网络带宽不足时，系统可以根据优先级调整数据传输策略，确保及时传输关键数据。此外，网络质量监测还能帮助发现潜在的网络故障，实现网络负载均衡和故障处理。通过应用网络质量监测技术，变电站一键顺控技术能够保证数据传输稳定和可靠，避免因网络异常而引发的数据传输失败，从而提高整个电力系统的运行效率和可靠性。4 结语目前，物联网技术在变电站一键顺控技术数据传输中扮演着关键的角色。物联网技术具有实时性和低延迟、大数据处理能力、通信安全性和自组织网络等优势，为解决传统变电站一键顺控技术数据传输难题提供了新的方案。通过应用物联网技术，可以实现对变电站设备的快速响应和准确监控，提高电力系统的运行效率和可靠性。然而，随着物联网技术的不断发展，变电站一键顺控技术在数据传输方面仍然有巨大的发展空间。进一步优化数据传输策略、加强数据安全保护、探索新型通信技术以及提高网络稳定性，都是未来发展的重要方向。随着 5G、6G 技术的普及和应用，物联网在变电站一键顺控技术中的应用范围将更加广泛，实现更高速、稳定的数据传输，为电力行业的可持续发展和提升服务质量做出更大贡献。参考文献1 王小霞，刘义博.变电站智能辅助控制系统实施方案的探讨J.现代工业经济和信息化，2022，12（9）：280-282.2 黄正.物联网技术在变电站一键顺控系统中的应用J.自动化应用，2022（9）：55-57.3 游鑫，田维文，范富江，等.基于视频监控智能识别的变电站一键顺控技术研究J.电气自动化，2022，44（3）：85-87.4 王鑫，陈诚，梁旭东，等.一键顺控在变电站自动化系统中的升级应用J.自动化应用，2022（4）：101-104.5 雷海涛，史兆江.基于变电站“一键顺控”技术的研究及应用J.电网与清洁能源，2021，37（8）：62-67.6 吴任博，熊文，石磊，等.基于物联网的智能变电站一键式顺控操作系统J.电子设计工程，2020，28（8）：165-169.作者简介院吴昊璟（1996），男，汉族，湖北武穴人，本科，助理工程师，研究方向为柔性直流输电。图 1 优先级传输策略响应设备 1设备 2设备 3网络控制中心采集关键数据数据包 1（优先级：高）采集一般数据数据包 2（优先级：低）采集关键数据数据包 3（优先级：高）优先级传输数据包 1（优先级：高）设备 1设备 2设备 3网络控制中心数据包 3（优先级：高）数据包 2（优先级：低）数据包 2（优先级：低）数据包 1（优先级：高）数据包 3（优先级：高）电力信息96