无线传感器网络在智能电网中的应用

2020-12-27杨文琛

通信电源技术 2020年16期

关键词：智能家居无线电网

杨文琛

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山 528000）

0 引言

电力企业的智能电网中应用无线传感器网络，可以通过对传感器技术、嵌入式计算机技术以及通信技术等多种技术的结合应用，对电力企业经营管理中的电力输电和供电等信息进行感知与监测。无线传感器网络技术对智能电网的安全和平稳运行具有重要作用。

1 智能电网的主要特征

所谓智能电网就是建立在新技术、新能源以及新架构基础上的智能电力系统。智能电网是一种将特高压电网作为骨干网架，通过利用先进的信息技术、通信技术以及控制技术，使得各级电网相互协调配合，从而在此基础上建立起来的一个具备信息化、智能化、自动化以及互动化的统一智能化电网[1]。与传统电网相比，智能电网具备以下特点。第一，自愈性。如果智能电网设备或者网络在智能电网运行中出现异常情况，智能电网可以在技术的支持下快速进行自检，并对故障进行维修，使得电力网络恢复正常运行。第二，互动性。用户可以在智能电网系统技术的支持下实现与智能电网的交互。第三，安全性。一旦电网运行中遭受人为攻击或外力破坏，则可以迅速自动做出应对，并尽快恢复运行。第四，兼容性。智能电网中可以兼容未来介入电网的分布式电源和新电子设备。第五，高效性，即有效提升了单个电力设备的实际利用效率。第六，集成性。智能电网可以实现与其他各类信息系统的综合集成，将多种业务集成在系统中。

2 我国无线传感器网络概况

无线传感器网络是一种以数据为中心的对等网络，虽然传输能力有限，但是具备多跳路由，且其网络拓扑具有动态性。在无线传感器网络的设计与建设中，还需要运用多种技术[2]。就当前的无线传感器网络应用实际情况来看，在学术界对无线传感器网络的研究较为广泛。在较多的领域和行业中需要应用无线传感器网络，这就需要对其具体应用情况进行持续和深入的研究部署，从而将其开发成新型的应用型技术。进入信息时代后，我国的无线通信技术、电池技术以及微制造行业在良好的发展环境中迅速发展，逐渐升级和完善了无线传感器网络的性能。就我国目前的无线传感器网络的应用实际情况来看，无线传感器网络有以下显著特点。首先，无线传感器网络是一种将数据作为系统核心的对等性网络。其次，无线传感器网络在具体的运行和应用中还尚未解决硬件资源局限的问题。再次，在无线传感器网络运行中还存在传输能力和能源上的局限性。最后，在无线传感器网络运行中还存在一定的潜在安全威胁。基于此，在智能电网中应用无线传感器网络进行设计，必须充分考虑各种基本技术，从而保证无线传感器网络各项功能的正常。

3 分析无线传感器在智能电网中的具体应用

3.1 设备运行状态检修中应用无线传感器网络技术

为了能够有效提升电力企业的生产运作和经营管理质量，需要不断提升远程控制与监视水平。在电力企业的智能电网设备状态检修中应用无线传感器网络，相关的技术人员可以通过应用传感器检测电力设备的运行情况，根据检测获取的数据信息实现对设备运行状态的在线监控。通过应用网络获取数据信息，将该信息传输到系统的监测中心，然后监测中心进行电力系统运行状态评估，从而结合电力系统的实际运行情况确定该系统是否存在潜藏的运行故障，判断是否要对电力系统中的部分设备进行维修或者替换[3]。在电力系统的设备运行状态检修中，一旦发现设备存在故障，该系统的状态监测中心就需要及时将该故障信息反馈到修理工作人员系统，并在修理工作人员维修设备时发挥协作作用，从而保证设备维修的顺利开展，有效提升与优化维修效果。通过在设备运行状态检修中应用无线传感器网络，能够使维修成本最小化，并能够有效缩短停电时间，减少对用户的用电影响。根据电力系统的设备维护情况来看，在设备的内部维护状态传感器时，始终处于较为复杂的工作环境。如果使用传统的有线通信设备，往往会因为受到设备限制而影响安装。与传统的电力设备相比，无线传感器网络不用另行布线且更加灵活，能够充分发挥无线传感器网络技术在电力系统设备状态检修中的作用与优势。

远程视频监控系统在当前的智能电网监控系统中应用较为广泛。远程监控系统可以对电网的输电线路、线路各级铁塔以及输电变电站点进行远程视频数据和动力环境数据，进行全面、及时以及准确的采集，并对电网进行远程实时监控管理，从而提升智能电网运行安全性与可靠性。具体应用时，需要电厂在各监控点部署4G无线路由器，将监控点的视频数据，如红外、声光报警、电力数据以及温湿度数据等动环数据接入4G路由器，通过4G链路将数据传输至电力监控中心，实现远程监控管理，从而提升设备运行状态检修质量。图1为智能电网监控系统拓扑方案。

3.2 在分布式母线进行保护中应用无线传感器网络技术

图1 智能电网监控系统拓扑方案

企业想更好地满足用户用电需求，提升供电质量，需要改善与优化配电网可靠性。一些电力企业和学者提出，可以通过在配电网中装入母线保护装置来提升配电网运行的可靠性。在配电网中，母线是其中较为重要的构成部分。通过在配网中装入母线，能够使整个电网的工作状态更加稳定，提高电力系统运行的可靠性。但是，实践中因为保护装置的成本较高，电力企业为节省成本通常不会对电力系统中的单独母线设置保护装置。就目前的研究与应用实际情况来看，以往通信网络中采用的有线传输方式组网存在较大的困难，已经不能满足人们的需求。基于此，研究人员提出要在分布式母线保护中引入无线传感器网络[4]。

3.3 在电网灾变里应用无线传感器网络

无线传感器网络在电网灾变里的应用较为广泛。在电网灾变里应用无线传感器网络，能够及时分析电力系统运行的外在天气和气候条件，然后向系统传输预警信息。以电网的冰灾监测来看，应用的无线传感器网络中的预警系统在结合冰灾预警目标的基础上，结合当地的地理情况和电网架设塔杆类型等进行分析，将无线传感器网络的传感器节点布置在一个合适的地方，满足了该系统的覆盖范围要求，可以较为科学地作出冰灾预警。在冰灾预警系统中应用无线传感器网络，是对无线网络多跳路由技术的应用。通过将塔杆上获得的冰灾检测数据信息传输到监测中心，再由监控系统对该数据信息进行处理与分析，最终有效预警冰灾。在电网灾变里应用无线传感器网络，不仅需要电力企业充分控制成本，还要保证无线传感器网络的传感器节点的合理部署。

3.4 在智能家居中的应用

在电力企业以往的经营管理中，要统计电量就必须获得电表信息，然后根据电表中的数据信息进行统计，最终计算电费。不管是对电力企业还是对用户而言，电费的整个统计、计算以及公布过程中，从电表中获得的使用电量数据还不够精细，包含的信息量也不够充足，尤其是电费计量的一些隐藏数据很难获得。在未来的发展中，电力企业需要重视智能计量的发展，这将颠覆传统的用电计量。电力企业可以给用户安装智能电表，很大程度上能够使获取的用电数据更加精准和全面，还能及时把握负载情况。在智能家居中应用无线传感器网络技术，可以有效提升用户体验。用户也可以通过无线传感器网络获得更加真实和细致的用电情况，可以根据系统中所显示的具体用电信息，关闭其中不必要的耗电设备，从而有效减少用电能耗与用电成本。在智能家居中应用无线传感器网络，还可以有效促进设备制造企业不断研发智能家居产品。

如图2所示，某发明专利技术公开了一种基于无线传感器网络的智能家居系统，主要包括中央处理器、无线接收单元以及无线发射单元3个模块。该系统针对现有的智能家居系统缺少反馈装置、家居系统长需要时间待机以及有部分家居系统即使工作结束了仍旧不能自行关闭而导致电力资源浪费的现实情况进行设计。部分用户在查看相关信息时，还存在不同程度的困难，需要在智能家居系统设计时增加语音播报功能。这样用户能更加全面地了解家居系统运行情况，根据使用需求进行调节，从而减少电力资源浪费，实现真正的智能家居化。其中，中央处理器模块输出端分别与语音播报单元和无线发射单元的输入端电连接，中央处理器的输入端与无线接收单元的输出端电连接，通过中央处理中的语音播报单元向用户播报室内的环境测量数值，使得用户可以在较短的时间内了解室内的环境情况，并通过无线发射单元向外接终端输送室内环境测量数值。该发明专利技术通过中央处理器与智能家居终端实现双向连接，可以有效实现节约电力资源的目的，尽可能减少资源浪费。如果该中央处理器检测到室内环境系数未达标，会重新激活智能家居终端，有效实现家居智能化工作，在为人们提供更宜居的环境的同时，有效减少电能损耗。该系统中的电路监测单元由采集单元与警报单元组成，可以监测智能家居系统中的智能家居终端的电流值与电压值，一旦监测到智能家居系统中的电流值或电压值存在异常，会将异常信号发送到警报单元，并向用户发出警报。