输变电设备物联网的设备编码标识.doc

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1、：输变电设备物联网的设备编码标识张军永，黄小庆，曹一家，朱玉生，何杰（湖南大学电气工程学院，湖南省长沙市）摘要：根据物联网在电网中的应用趋势，定义了输变电设备物联网并设计其体系架构。 面向信息索引需求，借鉴产品电子代码（）的编码结构、思想，结合现有的设备编码规范，提出了设备标识 码的编制原则和设计方案。 进一步分析了编码方案量化、标识码识别应用等问题，并采用功能模块 化思想，设计了编码标识系统和编码系统，详细阐述了 个系统的结构和功能。 最后研究了设备标 识码与现有电力设备编码之间的关系。关键词：物联网；产品电子代码；输变电设备；设备标识码；编码标识系统引言物联网作为具有全面感知、可靠传输和智

2、能处 理等特点的先进技术，目前已在电网中得到初步 应用，但尚未在电网设施的运行、监控与资产优化管 理等方面得到应用。 输变电设备在电力系统中起 着至关重要的作用，随着电网朝着超高压、大容量、 智能化方向发展，有必要研究输变电设备物联网，以 期促进物联网及其技术和输变电设备管理的融合， 保证其安全运行，避免相关事故给生产和生活带来 不必要的影响和损失。 另外，应用物联网技术后所 感知的信息具有海量、多源、异构等特点，亟需相应 的信息索引。 设备标识码作为关键性的信息索引， 目前主要应用在数据库中。 现场应用的铭牌、条形 码识别距离局限于视野范围内，且易因污秽、腐蚀引 起标识不清。 基于物联网标识

3、技 术 之 一 的 产 品 电子代码 （，）具 有 信 息参考、唯 一 标 识 单 品 的 作 用。 同 时 借 助 射 频 识 别（）技术，可实现非接触性、中远距离自动识别， 已在物流监控、仓储管理等领域应用并取得效果。 该标识技术为设计新设备编码标识提供了新思路。本文首先设计了输变电设备物联网，同时借鉴 的编码结构及 思 想，结 合 现 有 设 备 编 码 规 范， 设计出设备标识码的编制方案，并构建相应的编码 标识系统。 该系统可为输变电设备物联网中的设备 建立信息索引，实现设备信息的动态感知，保障输变 电设备物联网中的信息横向协同、纵向贯通。输变电设备物联网输变电设备物联网以物联网及其

4、技术为基础，以时空环境为依托，注重将输变电设备与人连为一体，极大拓展了信息感知的深度、广度和维度，实现 了对输变电设备的智能监控、状态评估和全寿命周 期管理等，提供了信息、技术支撑的全景、实时、多维 型网络。输 变 电 设 备 物 联 网 体 系 架 构 可 分 为 信 息 感 知 层、网络通信层、应用支撑层和业务应用层，见图。图输变电设备物联网的体系架构 信息感知层主要实现智能化的全景信息感知，包括信息采集、设备识别等，涉及各类物体（例如设备或装置）以 及 悬 挂粘 贴 于 其 上 的 条 码 和 电 子 标签、读写器、智能传感器、感应器、掌上电脑（）、摄像头等信息感知终端。 这些信息感知设

5、备以直接接入或者多跳接入方式接入网络通信层。网络通信层是整个网络的神经中枢，用于数据 的传输，包括有线无线通信网、无线传感器网络。应用支撑层包含物联网中间件、全景信息集成 平台、云计算平台和各类数据中心，用于海量信息的收稿日期：；修回日期：。国 家高技术研究发展 计 划 （ 计 划 ）资 助 项 目（）； 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （）。过滤、整合等，可以实现信息的有效集成、合理分类、交互共享等。业务应用层基于具体业务驱动，面向输变电设 备的智能监测、全寿命周期管理等应用，最终实现智 能化、精细化设备监控与管理。 项。 基于上述各项的数量和扩展性需求，采用分区段的方式编码

6、标识设备属性、设备类别和电压等级，具体细化方案如表 所示。表对象分类及代码分配 编码标识技术 是 推出的新一代产品标识技 术，可以与产品一一对应，存储在电子标签中，通过 接入网 络，建 立 产 品 与 后 台 数 据 库 中 数 据 的 动态链接，便 于 产 品 信 息 的 感 知、交 换 和 共 享。 其中的通用性标识类型为通用标识符（），采 用 位二进制的 代码进行定义。 它不依赖任 何已知的、现有的规范或标识方案，既保证后期应 用时标签的低成本，又能满足将来一段时期的设备 编码需求。 所以选择该编码模型的数据结构、编码 思想和现有设备编码规范设计设备标识码。对象分类代码区间设备类属设备类

7、别 电压等级设备的序列号由设备管理者根据其管辖范围内的设备数量顺序编制。设备类属的原新代码转换如 表 所 示。 由 于 位数较少，直接采用二进制代码表示。表设备类属的代码转换设备类属原代码新代码输电变电 配电 直流 交流 调度 其他 设备标识码的编制原则与设计方案编制原则鉴于输变电设备物联网中信息的特点，考虑成本、扩展等因素，全面展开信息编码缺乏经济性。 同时，考虑到标签容量和读写器的性能，大量的信息编 码会降低读写和查询的速度。 因此，提出设备标识 码的编制原则。）符合物联网中实体标识和电力行业中编码规 范标识设备的要求，如唯一性、系统性和规范性。）反映设备分类信息，如设备类属和类别等。）信

8、息结构简单、稳定，能唯一标识设备，保障 编码的简单、经济、可靠，同时具备可扩展性等。设备类别的原代码与新代码转换如表 所示。限于篇幅，此处仅列举部分。 另外，鉴于该部分位数较多，将代码换算成 进制代码表示。表设备类别的代码转换层次设备类别原代码新代码主变压器调压装置 调压开关换流变压器 换流阀设计方案鉴于所参考的编码模型，其标头的代码值为固 定值（），通 用 管 理 者 代 码 （ 位）由 分配。 在标识产品设备时，对象分类代码和 序列号（分别为 位和 位）的代码编制原则和内 容不够明确。 所以，本文从用户的角度，展开对象分 类代码和序列号代码的细化方案设计，以期编制出 符合电力行业应用的设备

9、标识码。鉴于输变电设备在结构上分为本体和部件，而 某些组合类设备（如变压器）的部件亦可看做某类型 的设备。 本文选择设备类属、设备类别和电压等级 细化对象分类。 根据中国南方电网公司（以下简称 南网）的电网设备信息分类和编码标准，可知设备 属性共有 项；设备类别包含输电设施、变电设施和 配电设施。 输电设施中，架空线路包含 项、电缆 线路包含 项；变电设施中，一次设备有 项、二 次设 备 有 项；电 压 等 级 中，交 流 项、直 流变电设备架空线路杆塔 耐张塔 导地线绝缘子串输电设备电压等级的原新代码转换如 表 所 示。 由 于位数较少，直接用二进制代码表示。表电压等级的代码转换电压等级原代

10、码新代码交流交流直流直流输变电设备编码标识系统设计实际应用中，不仅需要编码方案的量化，还需识 别和感知设备的详细信息。 故本文设计编码标识系 统，以解决设备标识码的量化、识别应用等问题，为 将编码方案真正应用于输变电设备物联网提供技术 支持。分配、数据库的维护、代码查询等。）系 统 安 全 模 块。 针 对 不 同 用 户 分 配 不 同 权 限，保证编码系统的安全。 对登录人员采取权限设 定，并及时更新设定。 设定之后，登录系统采取相关 认证机制，防止登录人员的越权操作，同时采取完善 的密码、日志管理。标识系统设计编码系统设计基于设备标识码的编制方案，以解决系统实现 的关键问题为出发点，首先

11、分析设计编码系统，其结 构如图 所示。在明确编码系统的架构和功能需求的基础上，考虑到投资少、效益最大化等因素，面向某省级电网公司，构建 输 变 电 设 备 物 联 网 中 的 编 码 标 识 系 统。系统的架构如图 所示。图 编码系统结构 图 编码标识系统的架构编码系统分为数据库单元、编码单元（编码规则模块、代码生成模块）和管理单元（代码管理模块、系 统安全模块） 个部分。）数据库单元采用 数据库存 储数据，通过设备清单表、初始化表、协议表、用户表等创建编码系统的数据库。 其中设备清单表记录设 备的信息，包括设备厂商信息、铭牌信息等；初始化 表记录各个代码段可以取值的信息，根据这些信息， 用户

12、通过选择可以实现信息代码的自动生成；协议表用于记录 编 码 方 案，包 括 代 码 段 名 称、代 码 段 长度、代码段的从属关系以及用户可以对代码段进行 的操作等信 息；用 户表记 录系 统用户的用户名、密 码、权限以及职位信息。）编码规则模块。 该模块依据初始化表和协议 表中的信息，约束代码生成模块，按照编码方案生成 设备标识码。）代码生成模块。 根据已制定的编码方案，对 输变电设备进行编码。 采用计算机辅助编码管理软 件进行编码（自动生成所需的设备代码）和维护（比 如判断设备是否重复编码、代码审核、对错误代码进 行更正，完成与已有其 他 类 型 的 设 备 编 码 映 射 关 联）。）代

13、码管理模块。 设备代码主要有“待审核”、 “在用”和“错误” 种状态。 编码模块生成的代码均 为待审核状态，经过相关工作人员审核后，确认代码 无误则变为在用状态，若代码有误，则设置为错误状 态以便修改。 该模块具有新建、查询、更新、删除等 功能，可以根据需求进行用户注册、修改密码、权限 首先，将 由 编 码 系 统 生 成 的 设 备 标 识 码 由 读写器 写 入 标 签 中，建 立 代 码 与 设 备 一 一 对 应的关联。 同时，该代码备份到数据中心的数据库中，为定位和追溯设备静态动态信息等提供索引。其次，设备标识码的应用模式分为在线应用和现场应用。在线应用过程包括： 智能传感器读取标签

14、中 的设备标识码以及设备的状态信息； 采取有线 无线的混合通信模式上传信息（其中，设备标识码上传至数据中心，实时信息上传至全景信息集成平台，若有需要则备份到数据中心）； 上传至数据中心的设备标识码，经过物联网中间件 基于局 部 过 滤 器和全局过 滤 器 的 数 据 清 洗 机 制和 基 于 复 杂 事件处理的 数 据 处 理 模 型来 滤 除 不 可 靠 数据、冗余数据，保证数据的准确性、精简性和时序性； 以设备标识码作为指针，可在相应的数据库中找到所需信息，继而完成历史信息的定位、获取； 将 实时信息和历史信息上传至全景信息集成平台，继 而完成数据的并行处理、数据挖掘、分类整合和交互 共享

15、，最终实现输变电设备的全景信息感知、智能监 测与管理、状态评估等。现场应用过程：例如在巡检工作中，根据需要可先从数据中 心 下 载 巡 检 对 象 的 信 息 到 中，通 过其中的 模块读出该标 识 码，并 以 此 码 值 为 索引读 取 相 应 的 信 息。 另 外，根 据 巡 检 结 果 可 在 当前的界面展开其他操作：编辑标签信息、更新历史信息等，继而基于其内置的无线模块上传至 全景信息集成平台或者数据中心。设想电力系统自动化，（）： ， ， ， ，（）：李娜，陈晰，吴帆，等面向智能电网的物联网信息聚合技术信息通信技术，（）： ， ， ， ，（）：郭创新，高振兴，张金江，等基于物联网技术

16、的输变电设备状态 监测与检修 资 产 管 理 电 力 科 学 与 技 术 学 报，（）： ， ，（）：刘通，陈波，杜朝波，等输变电设备物联网关键技术研究思路探 讨南方电网技术，（）： ， ， ， ，（）：钱升，杜佩仁 模型在功能位置编码中的应用电力信息化，（）： ， ，（）：陈济，郭创新，刘波，等基于公共信息模型的自适应统一编码体 系设计电网技术，（）： ， ， ， ，（）： ： ： ，：刘鹏，屠康，侯月鹏基于 体系的稻米安全追溯编码系统研 究中国粮油学报，（）： ， ， ，（）：张成海，张铎物联网与产品电子代码（）武 汉：武 汉 大学出版社，谷峪，李 晓 静，吕 雁 飞，等基 于 应 用 的

17、 综 合 性 数 据 清 洗 策略东北大学学报：自然科学版，（）： ， ， ， ：，（）： ， ， ， ， ， ：设备标识码与现有电力设备编码的关系本 文 所 提 出 的 设 备 标 识 码 直 接 存 储 于 电 子 标 签，并在数据库中作为信息索引，而目前工程应用中 已有相应的设备编码，特此提出以下建议，确定关联 并建立两者之间的关系。）优化输变电设备现有的信息模型，主要为资 产基本模型和资产业务模型。 为信息平台中设备标 识码与其他信息的关联提供确切的描述和定位。在资产基本模型的建立中，扩展资产类“全寿命 周期管理周期节点”属性，将设备标识码作为资产的 基本静态属性之一，添加到“全寿命周

18、期管理周期节 点”中。 定义该类型为枚举类，由全寿命周期管理的 所有 个节点（计划、招标、选型、签约、付款、预验 收、到货、安装调试、验收、报账、办固定资产、后期维 护、报废）构成。 标记每个资产所处于的周期节点位 置，实现在设备寿命全周期内设备标识码与现有电 力设备编码的每一个环节上的关联；在资产业务模型（根据业务不同，可以细分为资产试验模型、资产 巡检模型、资产检修模型、资产诊断模型等）的构建 中，在 已包含的资产属性信息基础上进 行扩展工作（主要包括扩展新类、在已有或者扩展类 中扩展相应属性、扩展类与类之间的关系）的同时， 标示出设备标识码在各种业务应用中的流程。）设 备 标 识 码 为

19、 辅，现 有 设 备 编 码 标 识 为 主。 鉴于编码的实施与应用是一项复杂的工作，只有编 码工作得以全面落实后，数据库的编制才能完善，实 际应用才能流畅和便捷，效果或者效益才能得以很 好地展现。 因此，目前可先将设备标识码作为辅助 的信息索引，同时应用于数据库的编制或更新完善。结语在大力建设和发展智能电网的背景下，物联网及其技术具有广阔的发展空间。 本文定义了输变电 设备物联网，构建并阐述了其体系结构，所设计的设 备标识码是对现有信息索引的补充，可进一步提高 设备之间的信息联系交互能力和共享能力，对输变 电设备的透明化、高效化管理具有指导意义，对物联 网在输变电设备的智能监测、全寿命周期管

20、理等应 用有促进作用。参 考 文 献杨永标，丁孝华，朱金大，等物联网应用于电动汽车充电设施的电力信息集成。曹一家（），男，教授，博士生导师，主要研究方向：张军永（），男，通 信 作 者，硕 士 研 究 生，主 要 研 究方向：物 联 网 及 其技术在智能电网中的应 用。：黄小庆（），女，博士，主要研究方向：智能变电站、电力系统稳定与控制、信息技术在电力系统中的应用。（编辑杨松迎丁琰）， ， ， ，（ ， ，）：， ， ， （）， ， （ ）（） （）：； （）； ；櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧（上接第 页 ） ， ， ， （ ，； ，）： （）， （ ） ， ， （ ） （）， （），（） （）：；