金安桥水电站有限公司 浦璐妮

1 无线监控系统的网络结构

目前经常能看的无线通信技术含有公用的网络、电力系统专用的网络、自己组织的网络和短程无线。公共无线网络包括电信运营商的2G/3G/4G/5G、Nb-lot；电力系统专用的无线网络有230MHz频段的网络；现在自己组织的网络包括WiFi网络、ZigBee、6LoWPAN无线传感器网络和Lora，部分系统使用北斗短消息通信系统来完成监控、还有蓝牙与红外通信。因为WiFi和蓝牙、红外通信这些功能在短程无线通信技术被应用于电力系统状态监测的联网和数据传输领域，文章里面不简述。需要注意的是，本文主要侧重于无线通信技术的应用，下面几种无线网络中心里面的构造也不会对此进行简述。

1.1 基于公共网络无线监测系统的网络结构

在网络方案中，拥有监控终端的DTU经过通信模块连接到网络基站，公共网络无线监测系统网络结构如图1所示。

图1 公共网络无线监测系统网络结构

1.2 电力无线专网接入的网络结构

在服务器前添加安全连接平台，在连接安全性、电力业务需求和技术经济据分析，国家电网公司向工业和信息化部申请增加频率资源，获得了频率资源的认可，从2009年开始设立了230MHz的电力无线专业网络。现在已经有奖近十个省、市和市已经拥有LTE电力无线专网。构建网络，能够解决从电力网末端到最后公里的连接问题，泛电在构筑电力网初期建立包括C类和以上电源范围内地电力无线网络。在开展电力系统设计工作时，需要充分满足物的实际使用功能，并且以节约投资为建设目的，避免造成更多的资源浪费。为了提高节能效果，需要选择现代化的节能设备，降低线路损耗，减少后期实际设备维护和保养的经济投入，全面提升设备运行效率，达到电气现代化设计目的。

1.3 基于北斗卫星的通信网络结构

北斗通信系统一般采用短波通信。通信频率低，一般利用短波通信，在通用电力的网络构筑初期，国家电网打算修建1000个以上的北斗基础设施。

1.4 无线传感器网络结构

无线传感器网络是一种可以把移动通信和计算机网络相结合的装备，也可以用很慢的在很近的输送无线上网协议，选择最为适合的适用于其它可以进行访问和物理的层面，最为要紧的特点就是速度慢、不费电、资金少、还可以使用网上的节点、也能使用不同的网上拓扑、简单易懂、稳定又安全。

2 无线通信参数特性对比分析

2.1 通信模块功耗、通信距离与速率方面

在没有外部供电的情况下，通信模块的功能消耗就成了很重要的因素。然而电力系统里面，当需要高速时，就该先采用4G和5G；当单跳距离要求较长时，可选择北斗、Lora和公网。就上面来说，通信模块的功能消耗，在使用的时候还应对监控装置自己本来的消耗功能也要考量。

2.2 成本与安全性方面

ZigBee和Lora属于自己的组织网络，因此用以后支付数据费，所以维护费用少，其他网络都要交数据费用。可以通过无功补偿的方法，提高整体电力系统节能设计效果。工作人员需要提高对于无功补偿设计的重视程度，合理改变变压器的功率因素，达到节能效果。一般在无功补偿过程中，可以采取三项互补的方法，但是在实际的工程电气设计过程中具备较多的大功率电气设备，对于工作人员开展三项平衡设计工作提出了更高的要求。为此，工作人员可以采取单向无功补偿的方法，适量地加大经济投入，综合考虑设计各方面因素，使得无功补偿的效果得到充分发挥。

3 无线网络结构设计策略

3.1 应用场景划分

电力物联网无所不在的特点也在很大程度上起了关键性的作用，而且还要采集许多的电力设备信息，其中就有发电、输电、配电、用电等不同的节点，而且监督着一次设备与二次设备的全部信息。采用比较实用的计划，先要把即将进行收集的数据的输送拖延、数据量也要全部区分。第一，具有高传输时延要求的信息，好像跟毫秒拖延一样，要把不同的信息全部真实的传输。第二，对于不需要高传输延迟的信息，就跟秒时的拖延，把各种状态监测信息传输。在开展工程设计过程中，首先要考虑的是适用性，即在满足基本的电力系统设备运行要求和运行安全的基础上，对整体的供电设计进行优化和完善，对设计的负荷容量进行计算，保障整体电力线路的绝缘距离、绝缘强度等能够符合实际的供电要求。同时，需要在供电设计过程中设置相应的防雷设备，提高整体工程电气设计的安全性。

3.2 无线网络方案设计及其质量评价

拿监控系统来讲，根据不同类型的数据上传数据的重要程度、实时上传来说有着很大的区别，例如，故障数据必须上传，常规监测数据未超限不能在信道拥挤的时候上传。所以，网络资源也有一定的局限性，就要考量一下网络服务的品质。所有的不同类型的应用数据处理要通过由高到底的级别来解决，不然就会使得整个通信的通道拥挤，对上传重要信息有一定的影响。另外，在传输线路发生问题的时候，无线传感器网络中里包含的许多的不同节点在同一时刻发生“井喷”，就很容易产生波形数据，也会使其比较拥挤，我们就能选择在通信协议的传输和应用的层面，采取一种预防拥堵的办法，从整体上进行防御拥塞，保证整个系统的服务品质。

4 应用案例分析

4.1 应用需求与无线网络结构设计

以超高压输电线路设备状态监测系统来说，该系统需要对绝缘子泄漏电流、导线电流、导线张力、接头温度、导线舞动等信息进行监督，并对使用范围实行了调研分析。可以利用现代化测量技术提高电力系统工程设备安装位置的精确度，比如BIM技术、云计算技术、视觉扫描和检测技术等。现代化电气工程设备安装的视觉扫描和检测技术取代了传统的人力视觉观察，对电力系统工程安装施工过程进行多种部位的特征提取，然后与后台庞大且全面的安装知识进行融合对比，最终提供更加专业的设备安装建议，充分保障了电力系统工程的安全运行。

4.2 通信策略设计

第一从硬件方面来说，采集板的控制传输程序和无线模块的传输控制程序有不一样等级，所有的数据都会有因为等级不同而影响服务的先后顺序。传输信息的先后顺序有四种，顺序信息由高到低依次传输，由报警信息、按时发送报文、随时抽查较长的报文、按时检测的报文，四个优先小组对应于四种优先类型。

第二从软件方面来说，在采集板上，信息分为四类：危险的事故、有点事故、好像存在的问题和正常数据这四种，而且有了故障信息集生成，包装报警信息，还要把故障信号样本数据存储在本地闪存中，后台引用，服务器软件接收到报警信息之后，接收到报警信息后进行报警。通过统计分析，利用定位算法确定故障点附近的通信节点，并根据故障严重程度查询闪存中的故障记录数据。

结束语：本篇论文介绍了电力系统中几个比较特别的无线通信技术的网络构造，汇总了不同种类的无线通信技术的特质。把无线通信技术的耗能、通信的距离、信息输送时的安全方面、信息传输的速度、建立和养护的资金等方面进行了比较，以及各种无线网络的表现。也列出了在信号的笼罩范围、供电、通信速率、数据量、设备分布等方面的能不能在不同的状态下适配；本文提出了在不一样的时期、不一样的情况下无线通信网络结构的设计策略，并通过实例进行了验证。