無(wú)線傳感器網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

張樂(lè)+鄧麗娜

摘 要：傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，為了及時(shí)正確地調(diào)整電力資源達(dá)到有效利用電力資源的目標(biāo)，必須對(duì)智能電網(wǎng)的電力參數(shù)及時(shí)感知，了解電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)傳感器也可以自動(dòng)收集記錄分析電力數(shù)據(jù)為用戶以及電力企業(yè)的行為作出指導(dǎo)。本文闡述了智能電網(wǎng)的主要特征以及無(wú)線傳感網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)無(wú)線傳感器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；特征；無(wú)線傳感器網(wǎng)；技術(shù)；應(yīng)用；

一、智能電網(wǎng)的主要特征

智能電網(wǎng)是基于新技術(shù)、新能源、新架構(gòu)的智能電力系統(tǒng)。我國(guó)智能電網(wǎng)定義是：智能電網(wǎng)應(yīng)該是利用先進(jìn)的信息、通信和控制技術(shù)，骨干網(wǎng)架采用特高壓電網(wǎng)，以各級(jí)電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)配合的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，建設(shè)成具有互動(dòng)化、信息化、自動(dòng)化特點(diǎn)的統(tǒng)一智能化堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。智能電網(wǎng)的主要特征表現(xiàn)為：自愈性，當(dāng)智能電網(wǎng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常，智能電網(wǎng)可以自動(dòng)快速檢測(cè)故障并恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)；互動(dòng)性，可實(shí)現(xiàn)用戶與智能電網(wǎng)的交互行為；安全性，在電網(wǎng)遭受人為攻擊或外力破壞情況下可以自動(dòng)做出應(yīng)對(duì)恢復(fù)運(yùn)行；兼容性，智能電網(wǎng)應(yīng)兼容未來(lái)的分布式電源、新電子設(shè)備；市場(chǎng)化，擁有非常成熟的市場(chǎng)運(yùn)行模式；高效性，提高單個(gè)電力設(shè)備的利用效率；電能優(yōu)質(zhì)性，擁有電能質(zhì)量問(wèn)題的快速診斷和解決方案；集成性，能夠與其他各種信息系統(tǒng)綜合集成，集成多種業(yè)務(wù)。

二、無(wú)線傳感網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)的分析

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有鮮明特點(diǎn)：以數(shù)據(jù)為中心的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袆?dòng)態(tài)性，傳輸能力有限，具有多跳路由等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，必須運(yùn)用到多種基本技術(shù)，這些主要技術(shù)有：（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于自組織網(wǎng)絡(luò)，所以其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很大差別，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)中也需考慮傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件局限性、網(wǎng)絡(luò)脫皮的動(dòng)態(tài)性等；（2）時(shí)間同步，只有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步才能共同完成網(wǎng)絡(luò)任務(wù)；（3）定位技術(shù)，位置信息是未來(lái)數(shù)據(jù)分析中涉及的重要方面，所以傳感器采集到的數(shù)據(jù)需要附帶有該節(jié)點(diǎn)的位置信息；（4）數(shù)據(jù)管理，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受通信帶寬、存儲(chǔ)容量等限制，需要對(duì)收集到的信息進(jìn)行去除冗余等預(yù)處理，所以對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的融合和有效管理非常必要；（5）能量管理，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)常常處于無(wú)人區(qū)域及惡劣環(huán)境中，對(duì)節(jié)點(diǎn)電能的補(bǔ)充也是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題；（6）安全管理，確保無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信安全和信息安全。

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一，節(jié)點(diǎn)定位過(guò)程中需要網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)相互合作，通過(guò)已知節(jié)點(diǎn)的位置確定觀察節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)而確定檢測(cè)目標(biāo)的位置。定位算法的性能將對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生重要影響，定位算法性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有：（1）規(guī)模，在一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)同一無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，不同定位算法可以定位的目標(biāo)規(guī)模；（2）定位精度，是定位算法最直接的評(píng)價(jià)參數(shù)；（3）容錯(cuò)性及自適應(yīng)性，性能良好的定位算法可以通過(guò)自我調(diào)整、減少誤差，達(dá)到提高定位精度的目的；（4）節(jié)點(diǎn)密度，傳感器節(jié)點(diǎn)密度大會(huì)增加節(jié)點(diǎn)之間通信沖突，浪費(fèi)帶寬，節(jié)點(diǎn)密度會(huì)影響定位算法精度；（5）代價(jià)，不同定位算法在資金、空間、時(shí)間上的代價(jià)不同，相同性能下代價(jià)小的算法更加有優(yōu)勢(shì)；（6）功耗，傳感器功耗會(huì)直接影響到對(duì)傳感器的供電，直接關(guān)系傳感器網(wǎng)絡(luò)性能。經(jīng)典的無(wú)線傳感器定位算法有Dv-hop定位算法、凸規(guī)劃定位算法、APIT算法等。

三、無(wú)線傳感器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

1、無(wú)線傳感器在對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修中的應(yīng)用分析。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(guò)傳感器對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行的檢測(cè)，能夠通過(guò)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(lái)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(lái)看，是十分復(fù)雜的。在這樣的環(huán)境當(dāng)中，過(guò)去的有線通信設(shè)備不夠方便，也不夠靈活，因此安裝起來(lái)不是十分的方便。但無(wú)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、無(wú)線傳感器對(duì)分布式母線進(jìn)行保護(hù)的應(yīng)用分析。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(kāi)拓的越來(lái)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(guò)流或是變壓器來(lái)對(duì)隔離配電網(wǎng)的母線故障進(jìn)行保護(hù)。從目前來(lái)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(lái)越多的研究人員開(kāi)始在分布式母線保護(hù)當(dāng)中引入無(wú)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(wú)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)。

3、無(wú)線傳感器在電網(wǎng)災(zāi)變里的應(yīng)用分析。在電網(wǎng)災(zāi)變中，無(wú)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(lèi)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(wú)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(wú)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。

4、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居和計(jì)量中的應(yīng)用分析。結(jié)合傳統(tǒng)思維概念，對(duì)電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)需要通過(guò)電表進(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(lái)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(lái)的智能計(jì)量，會(huì)是對(duì)傳統(tǒng)概念的顛覆，通過(guò)給用戶安裝智能電表，能夠很好的避免竊電，能夠獲得比過(guò)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(wú)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(kāi)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(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的距離控制。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線傳感器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，可以使電力企業(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。

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