基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的儲能系統(tǒng)設(shè)計

謝 麗 君

（無錫科技職業(yè)學(xué)院電信系，江蘇 無錫 214000）

在經(jīng)濟、科技協(xié)同發(fā)展的當(dāng)下社會，國內(nèi)居民的生活水平穩(wěn)步提升，同時增加了對各項資源、能源的迫切需求。自然資源的過度開發(fā)和不可再生能源的過度消耗也給社會的未來發(fā)展帶來了不穩(wěn)定因素，如生態(tài)環(huán)境破壞、自然資源短缺等問題在當(dāng)前的發(fā)展階段中顯得尤為突出。為緩解能源應(yīng)用和環(huán)境保護壓力，越來越多的科研人員投身于新能源的開發(fā)、利用與存儲項目之中，這不但改變了原有的能源結(jié)構(gòu)體系，也為新能源及儲能領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的動力與活力。

隨著電子技術(shù)和信息化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，各類新興的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)層出不窮，這一方面顯著地改善了公眾的生活行為方式，使其生活更加便利、舒適，另一方面也為傳統(tǒng)工業(yè)、商業(yè)的升級轉(zhuǎn)型工作帶來了新的發(fā)展機遇?？紤]到電子信息化技術(shù)發(fā)展所帶來的各項優(yōu)勢，能源領(lǐng)域科研人員與工程技術(shù)人員正著手將這些新技術(shù)應(yīng)用在實際的生產(chǎn)與建設(shè)過程之中，以不斷提升能源領(lǐng)域的發(fā)展速度和發(fā)展能力。本文著眼于儲能系統(tǒng)綜合性設(shè)計的實際課題，立足于工程建設(shè)實踐，探討了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在儲能系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用方案，并對該類網(wǎng)絡(luò)的基本概念和技術(shù)要點、儲能系統(tǒng)的設(shè)計核心進行簡要敘述，以為儲能領(lǐng)域的發(fā)展提供幾點參考與指導(dǎo)。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念及技術(shù)概要

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種基于無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，通過將眾多傳感器節(jié)點自由組合或結(jié)合形成動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，且主要構(gòu)成模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和能量供應(yīng)模塊等。其中，數(shù)據(jù)采集模塊主要通過傳感器設(shè)備對監(jiān)控區(qū)域信息數(shù)據(jù)進行收集；數(shù)據(jù)處理模塊通常用以處理傳感器節(jié)點的管理任務(wù)和定位信息；數(shù)據(jù)傳輸模塊主要負責(zé)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間信息傳輸與通信，且傳輸速度和傳輸安全性均較傳統(tǒng)方法有明顯提升；能量供應(yīng)模塊則是指用以傳感器能源供給的供給設(shè)備，且考慮到傳感器的占地面積與應(yīng)用場景，能量供應(yīng)模塊常以微型電池或太陽能供能為主。

2 儲能系統(tǒng)設(shè)計過程中的設(shè)計重心及關(guān)鍵點

充分認識儲能系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)重心與關(guān)鍵點是實現(xiàn)更快、更好、更優(yōu)儲能系統(tǒng)建設(shè)的重要步驟，不但能夠幫助工程人員清晰地了解設(shè)計環(huán)節(jié)中的瓶頸與不足，而且能夠引起工程建設(shè)人員的廣泛關(guān)注，進而有效地提升儲能系統(tǒng)的設(shè)計水平與建設(shè)質(zhì)量。

（1）儲能系統(tǒng)需進行實時的動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控。在儲能系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用階段，操作人員需要對儲能系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，微小的數(shù)據(jù)變化都有可能導(dǎo)致嚴重的生產(chǎn)問題。因此，在儲能系統(tǒng)的設(shè)計階段，設(shè)計人員便應(yīng)就系統(tǒng)中需要檢測的部分進行整理與羅列，并安裝適宜的監(jiān)控傳感器設(shè)備，如信號傳感器、檢測傳感器、監(jiān)測傳感器等，以實時地獲取動態(tài)數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)在后續(xù)的系統(tǒng)分析中同樣意義重大。

（2）儲能系統(tǒng)需滿足較高的安全性與穩(wěn)定性。儲能系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性仍然是系統(tǒng)建設(shè)中的兩座大山。其中，儲能系統(tǒng)的安全性主要指系統(tǒng)能否準確地發(fā)現(xiàn)運行過程中存在的異常問題或設(shè)備故障，并及時地進行處理；穩(wěn)定性則是指儲能系統(tǒng)能否在運行過程中長期保持一個穩(wěn)定的可控范圍或參數(shù)范圍，這在儲能領(lǐng)域的實際生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用意義。

（3）儲能系統(tǒng)需具備高速度、低延遲控制能力。儲能系統(tǒng)的控制與調(diào)配也是設(shè)計人員廣泛重視的問題之一。在儲能系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，操作人員可能會根據(jù)產(chǎn)能狀況或供能需求對系統(tǒng)進行靈活的調(diào)整，且在部分特殊場景下調(diào)配與控制的頻率會明顯提升，而這均需要依靠高速、低延遲的系統(tǒng)通信能力來支持。此外，高速度、低延遲的通信能夠使儲能系統(tǒng)控制人員更好地處理突發(fā)問題，如設(shè)備故障、安全事故等，進而充分地保障儲能系統(tǒng)整體的運轉(zhuǎn)效果。

3 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的儲能系統(tǒng)設(shè)計方案

為進一步優(yōu)化儲能系統(tǒng)的現(xiàn)有升級方案，并實現(xiàn)技術(shù)上的升級與突破，設(shè)計人員將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全方位地應(yīng)用在了儲能系統(tǒng)的各個設(shè)計環(huán)節(jié)之中，并針對儲能與供能需求進行了一系列優(yōu)化，進而有效地提升了儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測、系統(tǒng)運維和系統(tǒng)通信效果。

（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在儲能系統(tǒng)監(jiān)測中的應(yīng)用。得益于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)監(jiān)控方面的天然優(yōu)勢，該技術(shù)能夠直接被應(yīng)用在儲能系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測過程之中。儲能系統(tǒng)的溫度、濕度、磁場、靜電等環(huán)境數(shù)據(jù)信息對于系統(tǒng)的整體運行具有重要參考意義，而使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則能實現(xiàn)多項數(shù)據(jù)的一體化監(jiān)測和有效整合，這有效降低了傳統(tǒng)監(jiān)測過程中的監(jiān)測任務(wù)難度。同時，在自動化水平高速發(fā)展的當(dāng)下儲能領(lǐng)域，各傳感器之間的信息互通與互聯(lián)是支持整體儲能系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)的重要前提。在此過程中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)字化協(xié)議、信息中轉(zhuǎn)站設(shè)置等步驟實現(xiàn)了各類信息的高效傳輸，繼而實現(xiàn)了儲能領(lǐng)域自動化水平的飛速提升。

（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在儲能系統(tǒng)運維中的應(yīng)用。在儲能系統(tǒng)的日常運營過程之中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息處理能力同樣具有重要作用。系統(tǒng)控制人員可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理模塊進行簡單數(shù)據(jù)分析，進而將分析過程本地化，這將有效地降低儲能系統(tǒng)控制端的數(shù)據(jù)處理任務(wù)壓力并提高儲能系統(tǒng)的工作效率。具體而言，對于儲能系統(tǒng)中收集的大規(guī)模數(shù)據(jù)，其中僅有部分數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的整體控制和系統(tǒng)決策具有指導(dǎo)性意義，因此，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來進行數(shù)據(jù)的第一次過濾，能夠顯著地降低中央處理系統(tǒng)端的數(shù)據(jù)處理壓力，進而實現(xiàn)降本增效的儲能系統(tǒng)控制目標。

（3）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在儲能系統(tǒng)通信中的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢也被充分地應(yīng)用在儲能系統(tǒng)的設(shè)計之中。區(qū)別于傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)設(shè)計方案，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的儲能系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的超高速安全傳輸，這高效地輔佐了系統(tǒng)的控制、操作與緊急問題處理過程。舉例而言，由于網(wǎng)絡(luò)安全問題所導(dǎo)致的信息泄漏或信息安全問題時有發(fā)生，這給儲能領(lǐng)域帶來了巨大的經(jīng)濟損失與數(shù)據(jù)損失。然而，通過將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不屬于儲能系統(tǒng)通信實踐，上述問題得到了充分的處理與解決，繼而為整體的安全性能提高與優(yōu)化做出巨大貢獻。

4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在儲能系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

在當(dāng)前的儲能系統(tǒng)市場中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計應(yīng)用已經(jīng)得到了技術(shù)人員的充分重視，且各項設(shè)計優(yōu)化工作正緊鑼密鼓地逐漸展開。得益于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的加入，儲能系統(tǒng)的設(shè)計方案在監(jiān)測數(shù)據(jù)精度、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、系統(tǒng)反饋速度和系統(tǒng)建設(shè)成本等方面均取得了較大進步，這為國內(nèi)儲能產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢首先體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的監(jiān)測過程之中，該網(wǎng)絡(luò)使儲能系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)更加全面且數(shù)據(jù)精度更高，這既顯著地改善了傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)少、數(shù)據(jù)精度低的發(fā)展瓶頸，又有效地加強了操作人員對數(shù)據(jù)的敏感程度。通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，儲能系統(tǒng)的整體運行效果更加穩(wěn)定，系統(tǒng)的安全性也得到了極大改善，且系統(tǒng)的操作人員可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)及時地做出反應(yīng)，以全面應(yīng)對系統(tǒng)運行過程中各類問題的發(fā)生。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用優(yōu)勢還體現(xiàn)在其適用性場景豐富方面，該類網(wǎng)絡(luò)可以被靈活地部署于平原、山區(qū)、崎嶇地貌等多種復(fù)雜任務(wù)場景下，并穩(wěn)定地完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。除上述方面外，建設(shè)成本更低、具有良好的經(jīng)濟效益也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用優(yōu)勢，這在儲能系統(tǒng)的設(shè)計過程中也是十分重要的影響因素。

綜上，在電子信息化技術(shù)逐步成熟的當(dāng)下階段，儲能系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域的研究人員應(yīng)充分利用新技術(shù)、新方法、新設(shè)備所提供的應(yīng)用優(yōu)勢，不斷地完善儲能系統(tǒng)的設(shè)計水平與設(shè)計效果，并重點解決傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)設(shè)計過程中的各類瓶頸問題，而這也將為我國能源領(lǐng)域的長期穩(wěn)固發(fā)展做出巨大貢獻。