無線傳感器網在智能電網中的應用分析

張樂+鄧麗娜

摘 要：傳感器網絡技術是智能電網的關鍵基礎技術，為了及時正確地調整電力資源達到有效利用電力資源的目標，必須對智能電網的電力參數及時感知，了解電網運行狀態；網絡傳感器也可以自動收集記錄分析電力數據為用戶以及電力企業的行為作出指導。本文闡述了智能電網的主要特征以及無線傳感網及其關鍵技術，對無線傳感器在智能電網中的應用進行了探討分析。

關鍵詞：智能電網；特征；無線傳感器網；技術；應用；

一、智能電網的主要特征

智能電網是基于新技術、新能源、新架構的智能電力系統。我國智能電網定義是：智能電網應該是利用先進的信息、通信和控制技術，骨干網架采用特高壓電網，以各級電網相互協調配合的堅強電網為基礎，建設成具有互動化、信息化、自動化特點的統一智能化堅強電網。智能電網的主要特征表現為：自愈性，當智能電網設備及網絡出現異常，智能電網可以自動快速檢測故障并恢復網絡；互動性，可實現用戶與智能電網的交互行為；安全性，在電網遭受人為攻擊或外力破壞情況下可以自動做出應對恢復運行；兼容性，智能電網應兼容未來的分布式電源、新電子設備；市場化，擁有非常成熟的市場運行模式；高效性，提高單個電力設備的利用效率；電能優質性，擁有電能質量問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綜合集成，集成多種業務。

二、無線傳感網及其關鍵技術的分析

無線傳感器網絡有鮮明特點：以數據為中心的對等網絡，網絡拓撲具有動態性，傳輸能力有限，具有多跳路由等。無線傳感器網絡的設計和建設中，必須運用到多種基本技術，這些主要技術有：（1）網絡協議，無線傳感器網絡屬于自組織網絡，所以其網絡協議與傳統網絡有很大差別，網絡協議設計中也需考慮傳感器節點的硬件局限性、網絡脫皮的動態性等；（2）時間同步，只有無線傳感器網絡中各節點時間同步才能共同完成網絡任務；（3）定位技術，位置信息是未來數據分析中涉及的重要方面，所以傳感器采集到的數據需要附帶有該節點的位置信息；（4）數據管理，由于無線傳感器網絡受通信帶寬、存儲容量等限制，需要對收集到的信息進行去除冗余等預處理，所以對節點數據的融合和有效管理非常必要；（5）能量管理，無線傳感器節點常常處于無人區域及惡劣環境中，對節點電能的補充也是一個需要考慮的問題；（6）安全管理，確保無線傳感器網絡的通信安全和信息安全。

在無線傳感器網絡中，傳感器節點定位技術是網絡的核心技術之一，節點定位過程中需要網絡中所有節點相互合作，通過已知節點的位置確定觀察節點的位置進而確定檢測目標的位置。定位算法的性能將對無線傳感器網絡產生重要影響，定位算法性能評價指標有：（1）規模，在一定時間內，對同一無線傳感器網絡，不同定位算法可以定位的目標規模；（2）定位精度，是定位算法最直接的評價參數；（3）容錯性及自適應性，性能良好的定位算法可以通過自我調整、減少誤差，達到提高定位精度的目的；（4）節點密度，傳感器節點密度大會增加節點之間通信沖突，浪費帶寬，節點密度會影響定位算法精度；（5）代價，不同定位算法在資金、空間、時間上的代價不同，相同性能下代價小的算法更加有優勢；（6）功耗，傳感器功耗會直接影響到對傳感器的供電，直接關系傳感器網絡性能。經典的無線傳感器定位算法有Dv-hop定位算法、凸規劃定位算法、APIT算法等。

三、無線傳感器在智能電網中的應用分析

1、無線傳感器在對設備進行狀態檢修中的應用分析。遠程控制系統和監視是促進電力企業資產運作以及管理水平提升的關鍵，通過傳感器對電力設備進行的檢測，能夠通過獲取信息數據而實現在線監控設備的運行狀態，再利用通信網絡將獲取的信息數據傳送給狀態監測中心，之后利用監測中心所做出的狀態評估，結合其實際的情況而對設備是否要進行替換或進行修理進行確定。如果發現設備發生故障，狀態監測中心要立刻向維修人員提示，協助維修人員進行操作和優化，進而使維修成本達到最小化，停電的時間最短。通常來看，因為要在設備的內部對狀態傳感器進行維護，所以從工作環境上來看，是十分復雜的。在這樣的環境當中，過去的有線通信設備不夠方便，也不夠靈活，因此安裝起來不是十分的方便。但無線傳感器網絡則是多變靈活、不用進行布線，所以能夠在對設備狀態進行檢修時就可以更好的使作用得以發揮。

2、無線傳感器對分布式母線進行保護的應用分析。為了能夠保證用戶的供電質量，可靠性的配電網非常的重要。隨著對電力市場開拓的越來越深入，為確保配電網具有更高的可靠性，目很多電力用戶都希望在配電網中裝入母線保護裝置。母線作為其中非常重要的構成部分，其是否具有穩定的工作狀態對于整個電力系統是否具有可靠性具有直接的影響。然而處于成本的原因，電力企業通常不會單獨的對母線保護進行設置，而是由發電機過流或是變壓器來對隔離配電網的母線故障進行保護。從目前來看，通信網絡中所采用的主要是有線進行傳輸的方式，但是因為布線的不靈活，使得組網比較困難，因此越來越多的研究人員開始在分布式母線保護當中引入無線傳感器網絡。如果母線在連接時很容易改變、出線較多，且距離較短時，這時就比較適宜將無線傳感器網絡作為前提而構建的分布式母線保護。

3、無線傳感器在電網災變里的應用分析。在電網災變中，無線傳感器具有許多的應用，例如，在對冰災進行監測時，預警系統會結合目標，根據本地具體的地理狀況和桿塔的類型，在讓系統覆蓋范圍得以滿足的基礎上，挑選一個最為合適的地方作為傳感器應用的節點。最先考慮的是成本的最優，其次是對傳感器節點進行合理部署。而以無線傳感器網絡作為基礎的冰災監測預警系統，是利用無線網絡多跳路由，將從系統各桿塔上獲取的監測數據信息傳遞給監控中心，之后監控中心再進一步對數據進行處理和分析。

4、無線傳感器網絡在智能家居和計量中的應用分析。結合傳統思維概念，對電量進行統計需要通過電表進行，之后在結合電表中顯示的數值計算電費。從電力企業和消費者雙方而言，所獲得的數據就是一個家庭或是一個用戶的用電數量，因此從精細度上來看，明顯不夠，所包括的數據信息也顯然不足，其中有很多隱藏的數據未能真實的獲得。而將來的智能計量，會是對傳統概念的顛覆，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、全面和用電數據，同時還能夠對負載情況有一個實時和細致的了解。而從電力消費者角度而言，智能計量管理系統的引入，會讓電力用戶具有較強的體驗性，進而能夠很好的調動其積極性，同時還可以使用戶可以真實的了解用電情況，有針對性的調節自己的生活，關閉不必要的電子設備，進而實現能耗減低的目的。此外，無線傳感器網絡的應用還能夠促使更多的設備制造企業對智能家居產品進行研發。例如，可以對遠程監控系統進行開發，實現對家電設備的遠程控制，將智能電表和電冰箱、熱水器進行連接，這樣用戶就能夠通過通信網絡實現對家電設備的距離控制。

結束語

綜上所述，無線傳感器在智能電網中的應用，可以使電力企業對電網里的配電、發電，以及輸電和供電等設備時時進行檢測，了解其運行狀況，促進對遠程設備監控能力的提升，進而可以對故障現象及時的發現，對故障區域迅速的做好定位，提升電網的質量。

參考文獻：

[1]王文光等.無線傳感器網絡概述[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2010（9）

[2]董浩.無線長安其網絡在智能電網中的應用研究[D].南京郵電大學，2014endprint