智能電網(wǎng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

亓宏波

摘 要：通過對(duì)各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器進(jìn)行利用，電力企業(yè)對(duì)電網(wǎng)里的配電、發(fā)電，以及輸電和供電等設(shè)備時(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，了解其運(yùn)行狀況，促進(jìn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控能力的提升，進(jìn)而可以對(duì)故障現(xiàn)象及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，對(duì)故障區(qū)域迅速的做好定位，提升電網(wǎng)的質(zhì)量。作為消費(fèi)者和電力運(yùn)營雙方之間連接的平臺(tái)，智能電網(wǎng)能夠?qū)烧叩年P(guān)系進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。本文首先介紹了智能電網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概況，之后具體闡述了智能電網(wǎng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.175

0 引言

隨著我國社會(huì)及經(jīng)濟(jì)的迅猛提升，用戶需求的多樣化，電力系統(tǒng)受到了越來越多的挑戰(zhàn)，不僅要滿足用戶對(duì)安全性要求越來越高的需要，還要滿足用戶對(duì)用電的時(shí)段需要，以及互動(dòng)方面的需求。面對(duì)這些需求，過去的電網(wǎng)系統(tǒng)很難滿足，而智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，很好的適應(yīng)了當(dāng)前新形勢(shì)下對(duì)電力的需求。智能電網(wǎng)與很多產(chǎn)業(yè)都有關(guān)聯(lián)，例如通信產(chǎn)業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)、傳感器和檢測(cè)產(chǎn)業(yè)以及新材料和IT產(chǎn)業(yè)等。其中，最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的技術(shù)要輸通信技術(shù)以及微傳感器網(wǎng)絡(luò)。從電力系統(tǒng)的分布來看，不論是在城市，孩子在鄉(xiāng)村，每個(gè)角落都有配電網(wǎng)絡(luò)和輸出網(wǎng)絡(luò)，因此，了解各個(gè)點(diǎn)力參數(shù)有助于對(duì)局部電網(wǎng)的運(yùn)行狀況及時(shí)有效的了解，進(jìn)而對(duì)電力資源進(jìn)行調(diào)整，合理的進(jìn)行分配，從而更為有效的對(duì)電力資源進(jìn)行利用。通過對(duì)各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器進(jìn)行利用，電力企業(yè)對(duì)電網(wǎng)里的配電、發(fā)電，以及輸電和供電等設(shè)備時(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，了解其運(yùn)行狀況，促進(jìn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控能力的提升，進(jìn)而可以對(duì)故障現(xiàn)象及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，對(duì)故障區(qū)域迅速的做好定位，提升電網(wǎng)的質(zhì)量。作為消費(fèi)者和電力運(yùn)營雙方之間連接的平臺(tái)，智能電網(wǎng)能夠?qū)烧叩年P(guān)系進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)。從電力企業(yè)方面來看，能夠?qū)τ脩舻挠秒娦畔⒆詣?dòng)進(jìn)行采集，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)和分析，從而為其營銷運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，并為電力建設(shè)的決策提供參考，從而可以對(duì)需求真正的做到智能化管理。從消費(fèi)者方面來看，能夠通過傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)自己家的用電情況更好的了解，還能夠使智能電表與家用電器之間進(jìn)行互聯(lián)，進(jìn)而使家居實(shí)現(xiàn)智能化，達(dá)到對(duì)電力使用的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)和互動(dòng)。

1 智能電網(wǎng)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概況

1.1 智能電網(wǎng)介紹

所謂智能電網(wǎng)，是結(jié)合其所處在的實(shí)際環(huán)境的需要，同時(shí)將其具有的實(shí)際的物理電網(wǎng)作為基礎(chǔ)而構(gòu)建的（總體結(jié)構(gòu)見圖1），其把互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，并將其當(dāng)做最為重要的核心，進(jìn)而通過互聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。智能電網(wǎng)是聚集了很多前沿理論的技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行的更新和升級(jí)，能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)、控制、測(cè)量和監(jiān)測(cè)的一種電力設(shè)施，從而確保更加的經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保和可靠，進(jìn)而達(dá)到人們期待的智能電網(wǎng)的需求。傳感技術(shù)、通信技術(shù)、狀態(tài)檢測(cè)以及測(cè)量和計(jì)算技術(shù)等都是智能電網(wǎng)的核心支撐技術(shù)。為了最大程度的使運(yùn)營成本減少，使得智 能電網(wǎng)的運(yùn)營與管理得到全面的優(yōu)化，促進(jìn)其可靠性的提升，設(shè)計(jì)者在智能電網(wǎng)中引入了傳感器，利用傳感器，有機(jī)的將各種物理設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，從而構(gòu)建一個(gè)把電力消費(fèi)者和各種服務(wù)，包括其他設(shè)備進(jìn)行結(jié)合的一個(gè)規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而能夠更為智能、人性化的對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。

圖 1表示智能電網(wǎng)總體的結(jié)構(gòu)。

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概況

從當(dāng)前來看，在社會(huì)科學(xué)研究當(dāng)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為大家探究的新熱點(diǎn)，不僅和多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行融合和相交，同時(shí)在很多方面使需要進(jìn)一步進(jìn)行研究和開發(fā)的一種應(yīng)用型技術(shù)。隨著電池技術(shù)、通信技術(shù)以及微制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，傳感器結(jié)點(diǎn)在發(fā)展性能等很多方面也越來越完善。從特征上來看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下幾方面的特點(diǎn)：首先，無線傳感器是將數(shù)據(jù)作為中心的一個(gè)對(duì)等性的網(wǎng)絡(luò)；其次，在硬件資源上具有一定的局限性；再次具有動(dòng)態(tài)性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；第四，在傳輸能力以及能源上具有一定的局限性能源的有限性；具有安全上的潛在威脅等。因此，在對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)，相關(guān)人員一定要對(duì)各種基本的技術(shù)充分的給予考慮，這時(shí)確保網(wǎng)絡(luò)功能可以正常運(yùn)行，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的基礎(chǔ)。

2 智能電網(wǎng)中無線傳感器的應(yīng)用

2.1 無線傳感器在對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

從當(dāng)前來看，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和監(jiān)視是促進(jìn)電力企業(yè)資產(chǎn)運(yùn)作以及管理水平提升的關(guān)鍵，通過傳感器對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行的檢測(cè)，能夠通過獲取信息數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，再利用通信網(wǎng)絡(luò)將獲取的信息數(shù)據(jù)傳送給狀態(tài)監(jiān)測(cè)中心，之后利用監(jiān)測(cè)中心所做出的狀態(tài)評(píng)估，結(jié)合其實(shí)際的情況而對(duì)設(shè)備是否要進(jìn)行替換或進(jìn)行修理進(jìn)行確定。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)生故障，狀態(tài)監(jiān)測(cè)中心要立刻向維修人員提示，協(xié)助維修人員進(jìn)行操作和優(yōu)化，進(jìn)而使維修成本達(dá)到最小化，停電的時(shí)間最短。通常來看，因?yàn)橐谠O(shè)備的內(nèi)部對(duì)狀態(tài)傳感器進(jìn)行維護(hù)，所以從工作環(huán)境上來看，是十分復(fù)雜的。在這樣的環(huán)境當(dāng)中，過去的有線通信設(shè)備不夠方便，也不夠靈活，因此安裝起來不是十分的方便。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則是多變靈活、不用進(jìn)行布線，所以能夠在對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢修時(shí)就可以更好的使作用得以發(fā)揮。

2.2 無線傳感器在對(duì)分布式母線進(jìn)行保護(hù)中的具體應(yīng)用

為了能夠保證用戶的供電質(zhì)量，可靠性的配電網(wǎng)非常的重要。隨著對(duì)電力市場(chǎng)開拓的越來越深入，為確保配電網(wǎng)具有更高的可靠性，目很多電力用戶都希望在配電網(wǎng)中裝入母線保護(hù)裝置。母線作為其中非常重要的構(gòu)成部分，其是否具有穩(wěn)定的工作狀態(tài)對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)是否具有可靠性具有直接的影響。然而處于成本的原因，電力企業(yè)通常不會(huì)單獨(dú)的對(duì)母線保護(hù)進(jìn)行設(shè)置，而是由發(fā)電機(jī)過流或是變壓器來對(duì)隔離配電網(wǎng)的母線故障進(jìn)行保護(hù)。從目前來看，通信網(wǎng)絡(luò)中所采用的主要是有線進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，但是因?yàn)椴季€的不靈活，使得組網(wǎng)比較困難，因此越來越多的研究人員開始在分布式母線保護(hù)當(dāng)中引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。如果母線在連接時(shí)很容易改變、出線較多，且距離較短時(shí)，這時(shí)就比較適宜將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為前提而構(gòu)建的分布式母線保護(hù)。

2.3 無線傳感器在電網(wǎng)災(zāi)變里的應(yīng)用

在電網(wǎng)災(zāi)變中，無線傳感器具有許多的應(yīng)用，例如，在對(duì)冰災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)會(huì)結(jié)合目標(biāo)，根據(jù)本地具體的地理狀況和桿塔的類型，在讓系統(tǒng)覆蓋范圍得以滿足的基礎(chǔ)上，挑選一個(gè)最為合適的地方作為傳感器應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)。最先考慮的是成本的最優(yōu)，其次是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理部署。而以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)的冰災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，是利用無線網(wǎng)絡(luò)多跳路由，將從系統(tǒng)各桿塔上獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息傳遞給監(jiān)控中心，之后監(jiān)控中心再進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居和計(jì)量里的具體應(yīng)用

根據(jù)傳統(tǒng)的思維概念，對(duì)電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)就是要通過電表來進(jìn)行，之后在結(jié)合電表中顯示的數(shù)值計(jì)算電費(fèi)。從電力企業(yè)和消費(fèi)者雙方而言，所獲得的數(shù)據(jù)就是一個(gè)家庭或是一個(gè)用戶的用電數(shù)量，因此從精細(xì)度上來看，明顯不夠，所包括的數(shù)據(jù)信息也顯然不足，其中有很多隱藏的數(shù)據(jù)未能真實(shí)的獲得。而將來的智能計(jì)量，會(huì)是對(duì)傳統(tǒng)概念的顛覆，通過給用戶安裝智能電表，能夠很好的避免竊電，能夠獲得比過去更為精準(zhǔn)、全面和用電數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠?qū)ω?fù)載情況有一個(gè)實(shí)時(shí)和細(xì)致的了解。而從電力消費(fèi)者角度而言，智能計(jì)量管理系統(tǒng)的引入，會(huì)讓電力用戶具有較強(qiáng)的體驗(yàn)性，進(jìn)而能夠很好的調(diào)動(dòng)其積極性，同時(shí)還可以使用戶可以真實(shí)的了解用電情況，有針對(duì)性的調(diào)節(jié)自己的生活，關(guān)閉不必要的電子設(shè)備，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能耗減低的目的。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用還能夠促使更多的設(shè)備制造企業(yè)對(duì)智能家居產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)。例如，可以對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，將智能電表和電冰箱、熱水器進(jìn)行連接，這樣用戶就能夠通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的距離控制，例如 想一到家能夠洗到熱水澡，就可以在下班前對(duì)熱水器進(jìn)行設(shè)置等等，進(jìn)而可以對(duì)電力進(jìn)行更好的更有效的作用，從而構(gòu)建舒適的智能家居環(huán)境。

3 結(jié)語

總之，智能電網(wǎng)是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展中受到較大關(guān)注的領(lǐng)域，伴隨電力市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，越來越成熟的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因?yàn)槠渌哂械膬?yōu)勢(shì)，必然會(huì)具有更好的發(fā)展空間，受到更多的關(guān)注和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜加根.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用的研究[D].武漢理工大學(xué)，2011.

[2]董浩.無線長安其網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究[D].南京郵電大學(xué)，2014.

[3]王剛.智能變電站的網(wǎng)絡(luò)通信與信息處理技術(shù)的研究[D].天津大學(xué)，2012.

[4]孫健.智能電網(wǎng)暫態(tài)故障檢測(cè)和電流過載預(yù)防控制研究[D].重慶大學(xué)，2014.