基于物聯(lián)網(wǎng)的廣域電力安全監(jiān)督系統(tǒng)研究

梁 廣

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510699)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)家庭用電需求呈上升趨勢(shì)，這對(duì)電力安全的安全運(yùn)行提出了更高的要求機(jī)組和高電壓是中國(guó)電力安全的未來(lái)趨勢(shì)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)越來(lái)越智能化[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)配備具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，涵蓋了信息收集的全過(guò)程，控制和反饋。物聯(lián)網(wǎng)在智能電力安全監(jiān)控設(shè)計(jì)中的應(yīng)用系統(tǒng)可以減少變壓器系統(tǒng)的外部影響，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控。由于當(dāng)前電網(wǎng)中分布式電源的增加，電網(wǎng)變得越來(lái)越輔助，導(dǎo)致了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的完全監(jiān)控變得困難。傳統(tǒng)的監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別故障，缺乏時(shí)間同步。有可能造成導(dǎo)致災(zāi)難性故障[2]。從物聯(lián)網(wǎng)的角度，分析了網(wǎng)格運(yùn)營(yíng)中的主要問(wèn)題，識(shí)別電網(wǎng)安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)因素，確定外部因素的干擾智能電力安全監(jiān)控系統(tǒng)[3]。同時(shí)，筆者研究了互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，參考國(guó)內(nèi)外研究[4]，并發(fā)現(xiàn)采用智能電力安全監(jiān)控系統(tǒng)中的無(wú)線傳感器技術(shù)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性并網(wǎng)運(yùn)行，便于對(duì)電力安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。智能廣域電力安全監(jiān)督系統(tǒng)可以監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)自我診斷和恢復(fù)，提高電力系統(tǒng)的效率和可靠性以及了安全性。

1 智能廣域電力安全監(jiān)督系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 基于Iot的輸電線路在線監(jiān)控設(shè)計(jì)

當(dāng)前，一些輸電線路的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已投入運(yùn)行。這些系統(tǒng)通常采用3G或其他無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線公共網(wǎng)絡(luò)對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但也存在運(yùn)行維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完整、數(shù)據(jù)傳輸速率低、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題[5]，這將限制輸電線路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，阻礙輸電效率的提高，限制輸電線路巡邏的進(jìn)度。為了實(shí)現(xiàn)輸電線路的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，在高壓輸電線路上部署了輸電線馳振、常規(guī)氣象、風(fēng)振、結(jié)冰、溫度等無(wú)線傳感器。

輸電線路監(jiān)控系統(tǒng)由2部分組成。其中一部分與輸電線路一起安裝，以監(jiān)測(cè)導(dǎo)體的狀態(tài)；另一部分安裝在輸電塔上，以監(jiān)測(cè)環(huán)境和輸電塔的狀態(tài)。輸電線路上的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與傳輸塔之間的通信通?；诙坛虩o(wú)線通信技術(shù)?；谖锫?lián)網(wǎng)的輸電線路在線監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)多跳中繼通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步傳輸信息，保證了大跨、長(zhǎng)距離輸電設(shè)施的有效信息傳輸。根據(jù)輸電線路的不同應(yīng)用場(chǎng)景，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢詾榧烘滎愋?。其中，幾個(gè)集群網(wǎng)絡(luò)組成了一個(gè)鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)來(lái)覆蓋輸電線路如圖1所示。

圖1 輸電線路在線監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Network topology structure of on-line monitoring system for transmission line

每個(gè)傳感器可以直接與附近的主干節(jié)點(diǎn)通信，傳感器與主干節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路一般為單向鏈路，每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)最多可與256個(gè)傳感器通信。骨干節(jié)點(diǎn)之間的距離為幾百米，骨干節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路為雙向連接。部分骨干節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)3G、TD-LTE或電力光網(wǎng)絡(luò)接入公共網(wǎng)絡(luò)。具體監(jiān)控內(nèi)容如下。

(1)傳輸塔傾斜。傾斜傳感器將傳輸塔狀態(tài)傳輸?shù)礁浇墓歉晒?jié)點(diǎn)，將多個(gè)傾斜傳感器的數(shù)據(jù)合并在一起，形成傳輸塔傾斜信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警[6]。

(2)導(dǎo)輸電線馳振。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度的計(jì)算和分析，可以分析輸電線的垂直和水平半波數(shù)，并計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡。從而可以確定導(dǎo)體是否存在馳振危險(xiǎn)，并可以避免相導(dǎo)體與塔架倒塌之間的放電。

(3)風(fēng)振可通過(guò)導(dǎo)體上的三維加速度傳感器計(jì)算。由風(fēng)速傳感器和加速度傳感器得到的風(fēng)振數(shù)據(jù)，可以為導(dǎo)體的風(fēng)振驗(yàn)證提供現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。操作人員可采取合理的措施，抵抗風(fēng)引起的偏差，找到排放點(diǎn)。

(4)常規(guī)氣象的溫度、濕度、風(fēng)速、陽(yáng)光和降雨可以由沿著導(dǎo)線或塔上的無(wú)線傳感器記錄。

(5)導(dǎo)體結(jié)冰可根據(jù)微氣象傳感器和張力傳感器的結(jié)果來(lái)確定。監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)傳感器收集到的信息進(jìn)行分析，并做出預(yù)警決策。這樣就可以減輕或避免冰的閃絡(luò)。

1.2 SCADA電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

傳統(tǒng)的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)為SCADA即監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。離線終端單元是SCADA系統(tǒng)的主要組成部分。SCADA系統(tǒng)是一種基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化和控制系統(tǒng)。監(jiān)控控制系統(tǒng)是通過(guò)遠(yuǎn)程位置進(jìn)行操作和控制的。該控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相結(jié)合。SCADA的主要功能是監(jiān)控、數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、報(bào)警顯示。它由硬件和軟件的組成。SCADA的主要部件有遠(yuǎn)程終端單元(RTU)、可編程邏輯控制器(PLC)、遙測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、人機(jī)接口(HMI)。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)，并將信號(hào)發(fā)送到控制單元。傳感器采集的信號(hào)為模擬或數(shù)字的，并與系統(tǒng)相連，但是這些信號(hào)都無(wú)法提供電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)也沒(méi)有時(shí)間同步。由于SCADA提供的信息是穩(wěn)定的、采樣密度低的、不同步的，無(wú)法提供系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，因此在發(fā)生故障時(shí)不能立即采取行動(dòng)。

圖2 SCADA監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 SCADA monitoring system structure

1.3 同步相位測(cè)量系統(tǒng)(SPMS)

同步相位測(cè)量裝置出于20世紀(jì)80年代中期，它測(cè)量電壓、電流和局部頻率的相位及其變化速率。該SMPS主要由相位測(cè)量單元(PMU)、相位數(shù)據(jù)集中器(PDC)和通信系統(tǒng)組成。PDC從幾個(gè)相位測(cè)量單元(PMU)中收集數(shù)據(jù)，并拒絕不良數(shù)據(jù)，并將時(shí)間軸對(duì)齊。相位測(cè)量單元(PMU)是廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMs)的一個(gè)使能器。它是一種測(cè)量所連接的總線的電流和電壓的相位的裝置。相位測(cè)量單元(PMU)是在20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的，它利用GPS接收器從位于不同地方的總線上收集數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)相位數(shù)據(jù)集中器發(fā)送到控制單元。相位測(cè)量單元(PMU)為廣域監(jiān)控提供時(shí)間同步數(shù)據(jù)和高分辨率。通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從交流波形中采集數(shù)據(jù)樣本，并采用離散傅里葉變換。通過(guò)與公共參考軸進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)不同總線的電壓。

相位測(cè)量單元(PMU)是一種基于微處理器的設(shè)備，擁有處理數(shù)字信號(hào)的能力，它可以測(cè)量50/60 Hz交流波形，采集樣本的速率為48～60個(gè)樣本/每周期。這些相位測(cè)量單元(PMU)被放置在不同的變電站的最佳位置，提供所有被監(jiān)控總線的時(shí)間戳正序列電壓和電流。為了充分發(fā)揮同步相位測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，該體系結(jié)構(gòu)涉及相位測(cè)量單元(PMU)、通信鏈路、相位數(shù)據(jù)集中器。相位測(cè)量單元(PMU)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 相位測(cè)量單元(PMU)的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of the phase measurement unit(PMU)

PMU包括抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、相位微處理器、鎖相振蕩器、調(diào)制解調(diào)器和GPS。隨后技術(shù)的發(fā)展，高精度GPS的商業(yè)化成為可能，其計(jì)時(shí)脈沖的精度為1 μs，電壓和電流的模擬輸入信號(hào)從互感器接收。

1.4 廣域測(cè)量

廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMs)是一種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，由先進(jìn)的信息工具、操作基礎(chǔ)設(shè)施組成，通過(guò)收集數(shù)據(jù)來(lái)簡(jiǎn)化復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的操作。它提供完整的監(jiān)控、控制和保護(hù)。本節(jié)將解釋廣域系統(tǒng)的主要組成部分。相位測(cè)量單元(PMU)是廣域測(cè)量系統(tǒng)的推動(dòng)者，它可以防止電網(wǎng)發(fā)生任何停電。廣域測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其應(yīng)用包括同步損耗檢測(cè)、溫度識(shí)別、電力系統(tǒng)恢復(fù)等。

圖4 廣域測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of wide area measurement system

隨著廣域電力安全監(jiān)督系統(tǒng)的出現(xiàn)，電網(wǎng)得到了保障，電力的可靠性也得到了提高。為了解決災(zāi)難性故障，需要盡早檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)安全指標(biāo)，需要分析觸發(fā)動(dòng)態(tài)安全的關(guān)鍵實(shí)時(shí)信息，廣域信息、控制方案和行動(dòng)需要部署。本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)及輔助控制系統(tǒng)包括圖形監(jiān)控子系統(tǒng)、全防護(hù)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及消防子系統(tǒng)、加熱和通風(fēng)子系統(tǒng)、監(jiān)督子系統(tǒng)等。其中，遠(yuǎn)程集中站管理主機(jī)在站內(nèi)主機(jī)處理后接收輔助子系統(tǒng)的更新，包括異常狀態(tài)處理結(jié)果和視頻記錄。

集中控制站的操作人員也發(fā)出不同的控制指令。站內(nèi)主機(jī)接收傳感器網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，評(píng)估輔助子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)檢測(cè)異常情況，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)輔助子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。由物聯(lián)網(wǎng)和傳感器組成的輔助子系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)接收節(jié)點(diǎn)被融合，并上傳到網(wǎng)站內(nèi)控制主機(jī)。智能端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)控制主機(jī)輸出的結(jié)果，如通風(fēng)、除濕、調(diào)節(jié)空調(diào)溫度、設(shè)置視聽(tīng)報(bào)警、火災(zāi)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇，避免火災(zāi)蔓延。

1.5 SSH框架

SSH框架在職責(zé)方面分為4層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久性層和域模塊層。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)便于開(kāi)發(fā)人員在短時(shí)間內(nèi)建立結(jié)構(gòu)良好、維護(hù)友好的基于web的應(yīng)用程序，并具有良好的可重用性。Struts2框架作為基本結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)MVC的分離。對(duì)于Struts2框架的模型，采用休眠框架對(duì)數(shù)據(jù)持久性層提供支持，并采用對(duì)業(yè)務(wù)層提供支持。具體包括：采用面向?qū)ο蠓治龇椒ǎ鶕?jù)需求設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)模型作為Java對(duì)象，編寫基本DAO接口，在休眠框架下實(shí)現(xiàn)DAO，在休眠框架下的DAO類執(zhí)行Java類和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的傳輸和訪問(wèn)。最后，Web完成了業(yè)務(wù)邏輯。SSH的集成框架和技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 SSH的集成框架和技術(shù)結(jié)構(gòu)Fig.5 SSH integration framework and technical structure

在電力安全監(jiān)控系統(tǒng)中，警報(bào)應(yīng)立即向操作人員發(fā)送，從而對(duì)警報(bào)消息傳遞的實(shí)時(shí)性設(shè)定了高標(biāo)準(zhǔn)。由于服務(wù)器推送功能可以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，因而適用于系統(tǒng)的報(bào)警功能。該系統(tǒng)平臺(tái)是基于Java開(kāi)發(fā)的，服務(wù)器推送技術(shù)是Pushlet，它是開(kāi)源框架，這是由Java、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)、Ajax、JavaServlet和各種web技術(shù)的集成開(kāi)發(fā)得出的結(jié)果。

在系統(tǒng)主界面，可以檢查設(shè)備監(jiān)控信息的詳細(xì)信息，該界面會(huì)顯示監(jiān)控類型和被監(jiān)控類型的詳細(xì)參數(shù)。這些圖標(biāo)表示各參數(shù)的狀態(tài)和設(shè)備的整體運(yùn)行情況。在參數(shù)狀態(tài)圖標(biāo)中，綠色表示安全，黃色表示報(bào)警，紅色表示報(bào)警。在智能監(jiān)控界面，用戶可以根據(jù)分類情況檢查智能監(jiān)控單元下設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在設(shè)備健康狀態(tài)界面，用戶可以根據(jù)電力安全內(nèi)的設(shè)備類型來(lái)檢查設(shè)備狀態(tài)。

2 監(jiān)控用電網(wǎng)的建模

隨著時(shí)代的發(fā)展，電力行業(yè)面臨著更多的挑戰(zhàn)，如需要增加電力、減少排放、供應(yīng)可靠性、能源效率等。因此，有必要從傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)向可再生能源分散的現(xiàn)代化電網(wǎng)，通過(guò)結(jié)合更多的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理，如SVC、TCSC、Statecom等。WAMPAC對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)控基本上是通過(guò)PMU來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而提供了廣域信息。廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有相位角監(jiān)測(cè)、電壓穩(wěn)定監(jiān)測(cè)、線路熱監(jiān)測(cè)、功率振蕩監(jiān)測(cè)、功率阻尼監(jiān)測(cè)等部分應(yīng)用。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是該系統(tǒng)的一種特性，它能夠在正常狀態(tài)下保持運(yùn)行狀態(tài)，并在受到干擾后恢復(fù)平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性受轉(zhuǎn)子角和功率角動(dòng)力學(xué)關(guān)系的影響。其穩(wěn)定性主要分為轉(zhuǎn)子角穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性?；赑MU測(cè)量，模擬了電力系統(tǒng)的一個(gè)等效部分，即識(shí)別系統(tǒng)，它是廣域監(jiān)控的重要組成部分。采用二區(qū)四機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)作為測(cè)試系統(tǒng)，其布線如圖6所示。

圖6 二區(qū)四機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)布線Fig.6 Wiring of the four-machine power system in the second zone

在廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，為了系統(tǒng)的識(shí)別和系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)，進(jìn)行了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)建模。遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)已被證明是一種非常有效的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)識(shí)別方法。調(diào)整RNN的權(quán)值從而得到這些權(quán)值的最優(yōu)值，從而使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以有效地預(yù)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)。粒子群優(yōu)化(PSO)通常用于調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，在本研究中，PSO-QI被用于預(yù)測(cè)發(fā)電機(jī)的速度偏差。它將實(shí)際測(cè)量的信號(hào)與預(yù)測(cè)的信號(hào)進(jìn)行比較，顯示了在每次迭代中最佳適應(yīng)度是如何逐漸達(dá)到其最佳值的。

包含PSS輸入和PRBS干擾的測(cè)試系統(tǒng)模型如圖7所示。相位測(cè)量單元采用MATLAB模擬建模，并安裝在一個(gè)小型電力系統(tǒng)的輸電線路的兩端。PMU接收來(lái)自儀表變壓器的輸入，電流和電壓互感器的輸出作為PMU的輸入。使用了一種抗混疊濾波器來(lái)限制信號(hào)的帶寬。濾波器中心頻率為50 Hz，帶寬為10 Hz。模數(shù)轉(zhuǎn)換器由一個(gè)脈沖發(fā)生器、量化器和采樣和保持電路組成，用于將電壓轉(zhuǎn)換為離散形式的裝置。

圖7 包含PSS輸入和PRBS干擾的測(cè)試系統(tǒng)模型Fig.7 Test system model including PSS input and PRBS interference

全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器用于時(shí)間標(biāo)記。脈沖發(fā)生器為的采樣頻率為每周期產(chǎn)生1 000次采樣，以1 s作為采樣周期，并相對(duì)于脈沖發(fā)生器的輸出進(jìn)行采樣。量化器以5 s的間隔減少誤差，通過(guò)PMU的輸出，可以看出被監(jiān)測(cè)區(qū)域的穩(wěn)定性。來(lái)自PMU和自動(dòng)控制的實(shí)時(shí)信息可以預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)并響應(yīng)這些問(wèn)題，從而避免了停電等問(wèn)題。

3 結(jié)果和討論

3.1 系統(tǒng)可靠性措施和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

適當(dāng)?shù)慕拥胤椒梢砸种聘蓴_。接地方法可為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地或混合接地。在低頻電路中，當(dāng)信號(hào)的工作頻率低于1 MHz時(shí)，對(duì)組件的感應(yīng)和布線干擾較低，但接地環(huán)電流對(duì)信號(hào)的影響較大，因此選擇單點(diǎn)接地方法。本設(shè)計(jì)的傳感器信號(hào)頻率約為10 MHz，遠(yuǎn)高于1 MHz。因此，系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力，采用多點(diǎn)接地。

在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，在每個(gè)集成電路的電源和接地之間安裝一個(gè)解耦電容器。解耦電容器具有2種功能：①作為存儲(chǔ)電容，在集成電路的開(kāi)關(guān)時(shí)提供和吸收能量;②繞過(guò)組件的高頻噪聲。

磁屏蔽可防止低頻磁場(chǎng)的干擾。高壓開(kāi)關(guān)柜受到高頻磁場(chǎng)的干擾。因此，采用了磁屏蔽，避免了電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波的干擾。傳感器探測(cè)器建立在由低電阻金屬鋁制成的屏蔽罩中，通過(guò)屏蔽金屬吸收和反射電磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行屏蔽。當(dāng)接收端接收到的信號(hào)能量低于標(biāo)稱接收靈敏度時(shí)，接收端不接受任何數(shù)據(jù)，這說(shuō)明接收靈敏度是數(shù)據(jù)接收的最小閾值。該計(jì)算方式表示為：

式中，PR為接收靈敏度；Pmin為接收端在一定的預(yù)定位誤碼率下接收到的信號(hào)的最小平均功率。

隨著傳輸距離的增加，接收端接收到的最小平均功率減小。接收端靈敏度與開(kāi)放場(chǎng)地試驗(yàn)傳輸距離的關(guān)系如圖8所示。

圖8 開(kāi)放空間靈敏度測(cè)試結(jié)果Fig.8 Open space sensitivity test results

高壓試驗(yàn)下驗(yàn)收靈敏度與傳輸距離的關(guān)系如圖9所示。

圖9 靈敏度與傳輸距離的關(guān)系Fig.9 Relationship between sensitivity and transmission distance

從這些測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著距離的增加，由于接收功率在下降，相應(yīng)的接收敏感度也在降低。同時(shí)，在2組測(cè)試條件下，接收靈敏度與通信距離的關(guān)系曲線有相似的趨勢(shì)。當(dāng)通信距離相同時(shí)，由于設(shè)備阻塞和電磁干擾，電站內(nèi)接收的功率低于開(kāi)放場(chǎng)地接收的功率。

4.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗測(cè)試

當(dāng)節(jié)點(diǎn)活動(dòng)和睡眠時(shí)，使用萬(wàn)用表測(cè)試節(jié)點(diǎn)的能量消耗，結(jié)果如下。節(jié)點(diǎn)活動(dòng)狀態(tài)，電流消耗26 mA，睡眠期間17 μA。將采樣周期設(shè)為1 s，即1 s采集1次數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)周期為300 ms，表示30%的占空比(300 ms/1 000 ms)。節(jié)點(diǎn)電壓的變化如圖10所示。

圖10 節(jié)點(diǎn)電壓的變化Fig.10 Changes in node voltage

設(shè)置測(cè)試參數(shù)是為了加快模擬，便于監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上的電壓變化，實(shí)際應(yīng)用值遠(yuǎn)低于測(cè)試參數(shù)。節(jié)點(diǎn)由2節(jié)堿性電池供電，充電電量為3 000 mAh。根據(jù)實(shí)際電流消耗情況，經(jīng)計(jì)算，節(jié)點(diǎn)可連續(xù)工作115 h，與測(cè)試結(jié)果一致。這些節(jié)點(diǎn)甚至可以在睡眠過(guò)程中工作更長(zhǎng)的時(shí)間。總體上，IEEE802.15.4適用于電力安全環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際測(cè)試可以為網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。該設(shè)計(jì)和分析基于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，具有一定的客觀性。

5 結(jié)論

電力系統(tǒng)在電壓偏差、頻率偏差、通信延遲、自然災(zāi)害等方面缺乏監(jiān)控，目前的能源管理系統(tǒng)缺乏同步性。通過(guò)廣域監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)系統(tǒng)缺乏同步的情況進(jìn)行改善?？紤]到電力安全內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷和多重干擾因素，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和廣域監(jiān)控，設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣域電力安全監(jiān)督系統(tǒng)，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和抗電磁干擾系統(tǒng)，并采用一定的技術(shù)手段對(duì)登錄頁(yè)面和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其接收靈敏度和通信距離關(guān)系曲線具有相似的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)電力監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的抗干擾和系統(tǒng)敏感性系統(tǒng)。