无线传感器网在智能电网中的应用分析

张乐+邓丽娜

摘 要：传感器网络技术是智能电网的关键基础技术，为了及时正确地调整电力资源达到有效利用电力资源的目标，必须对智能电网的电力参数及时感知，了解电网运行状态；网络传感器也可以自动收集记录分析电力数据为用户以及电力企业的行为作出指导。本文阐述了智能电网的主要特征以及无线传感网及其关键技术，对无线传感器在智能电网中的应用进行了探讨分析。

关键词：智能电网；特征；无线传感器网；技术；应用；

一、智能电网的主要特征

智能电网是基于新技术、新能源、新架构的智能电力系统。我国智能电网定义是：智能电网应该是利用先进的信息、通信和控制技术，骨干网架采用特高压电网，以各级电网相互协调配合的坚强电网为基础，建设成具有互动化、信息化、自动化特点的统一智能化坚强电网。智能电网的主要特征表现为：自愈性，当智能电网设备及网络出现异常，智能电网可以自动快速检测故障并恢复网络；互动性，可实现用户与智能电网的交互行为；安全性，在电网遭受人为攻击或外力破坏情况下可以自动做出应对恢复运行；兼容性，智能电网应兼容未来的分布式电源、新电子设备；市场化，拥有非常成熟的市场运行模式；高效性，提高单个电力设备的利用效率；电能优质性，拥有电能质量问题的快速诊断和解决方案；集成性，能够与其他各种信息系统综合集成，集成多种业务。

二、无线传感网及其关键技术的分析

无线传感器网络有鲜明特点：以数据为中心的对等网络，网络拓扑具有动态性，传输能力有限，具有多跳路由等。无线传感器网络的设计和建设中，必须运用到多种基本技术，这些主要技术有：（1）网络协议，无线传感器网络属于自组织网络，所以其网络协议与传统网络有很大差别，网络协议设计中也需考虑传感器节点的硬件局限性、网络脱皮的动态性等；（2）时间同步，只有无线传感器网络中各节点时间同步才能共同完成网络任务；（3）定位技术，位置信息是未来数据分析中涉及的重要方面，所以传感器采集到的数据需要附带有该节点的位置信息；（4）数据管理，由于无线传感器网络受通信带宽、存储容量等限制，需要对收集到的信息进行去除冗余等预处理，所以对节点数据的融合和有效管理非常必要；（5）能量管理，无线传感器节点常常处于无人区域及恶劣环境中，对节点电能的补充也是一个需要考虑的问题；（6）安全管理，确保无线传感器网络的通信安全和信息安全。

在无线传感器网络中，传感器节点定位技术是网络的核心技术之一，节点定位过程中需要网络中所有节点相互合作，通过已知节点的位置确定观察节点的位置进而确定检测目标的位置。定位算法的性能将对无线传感器网络产生重要影响，定位算法性能评价指标有：（1）规模，在一定时间内，对同一无线传感器网络，不同定位算法可以定位的目标规模；（2）定位精度，是定位算法最直接的评价参数；（3）容错性及自适应性，性能良好的定位算法可以通过自我调整、减少误差，达到提高定位精度的目的；（4）节点密度，传感器节点密度大会增加节点之间通信冲突，浪费带宽，节点密度会影响定位算法精度；（5）代价，不同定位算法在资金、空间、时间上的代价不同，相同性能下代价小的算法更加有优势；（6）功耗，传感器功耗会直接影响到对传感器的供电，直接关系传感器网络性能。经典的无线传感器定位算法有Dv-hop定位算法、凸规划定位算法、APIT算法等。

三、无线传感器在智能电网中的应用分析

1、无线传感器在对设备进行状态检修中的应用分析。远程控制系统和监视是促进电力企业资产运作以及管理水平提升的关键，通过传感器对电力设备进行的检测，能够通过获取信息数据而实现在线监控设备的运行状态，再利用通信网络将获取的信息数据传送给状态监测中心，之后利用监测中心所做出的状态评估，结合其实际的情况而对设备是否要进行替换或进行修理进行确定。如果发现设备发生故障，状态监测中心要立刻向维修人员提示，协助维修人员进行操作和优化，进而使维修成本达到最小化，停电的时间最短。通常来看，因为要在设备的内部对状态传感器进行维护，所以从工作环境上来看，是十分复杂的。在这样的环境当中，过去的有线通信设备不够方便，也不够灵活，因此安装起来不是十分的方便。但无线传感器网络则是多变灵活、不用进行布线，所以能够在对设备状态进行检修时就可以更好的使作用得以发挥。

2、无线传感器对分布式母线进行保护的应用分析。为了能够保证用户的供电质量，可靠性的配电网非常的重要。随着对电力市场开拓的越来越深入，为确保配电网具有更高的可靠性，目很多电力用户都希望在配电网中装入母线保护装置。母线作为其中非常重要的构成部分，其是否具有稳定的工作状态对于整个电力系统是否具有可靠性具有直接的影响。然而处于成本的原因，电力企业通常不会单独的对母线保护进行设置，而是由发电机过流或是变压器来对隔离配电网的母线故障进行保护。从目前来看，通信网络中所采用的主要是有线进行传输的方式，但是因为布线的不灵活，使得组网比较困难，因此越来越多的研究人员开始在分布式母线保护当中引入无线传感器网络。如果母线在连接时很容易改变、出线较多，且距离较短时，这时就比较适宜将无线传感器网络作为前提而构建的分布式母线保护。

3、无线传感器在电网灾变里的应用分析。在电网灾变中，无线传感器具有许多的应用，例如，在对冰灾进行监测时，预警系统会结合目标，根据本地具体的地理状况和杆塔的类型，在让系统覆盖范围得以满足的基础上，挑选一个最为合适的地方作为传感器应用的节点。最先考虑的是成本的最优，其次是对传感器节点进行合理部署。而以无线传感器网络作为基础的冰灾监测预警系统，是利用无线网络多跳路由，将从系统各杆塔上获取的监测数据信息传递给监控中心，之后监控中心再进一步对数据进行处理和分析。

4、无线传感器网络在智能家居和计量中的应用分析。结合传统思维概念，对电量进行统计需要通过电表进行，之后在结合电表中显示的数值计算电费。从电力企业和消费者双方而言，所获得的数据就是一个家庭或是一个用户的用电数量，因此从精细度上来看，明显不够，所包括的数据信息也显然不足，其中有很多隐藏的数据未能真实的获得。而将来的智能计量，会是对传统概念的颠覆，通过给用户安装智能电表，能够很好的避免窃电，能够获得比过去更为精准、全面和用电数据，同时还能够对负载情况有一个实时和细致的了解。而从电力消费者角度而言，智能计量管理系统的引入，会让电力用户具有较强的体验性，进而能够很好的调动其积极性，同时还可以使用户可以真实的了解用电情况，有针对性的调节自己的生活，关闭不必要的电子设备，进而实现能耗减低的目的。此外，无线传感器网络的应用还能够促使更多的设备制造企业对智能家居产品进行研发。例如，可以对远程监控系统进行开发，实现对家电设备的远程控制，将智能电表和电冰箱、热水器进行连接，这样用户就能够通过通信网络实现对家电设备的距离控制。

结束语

综上所述，无线传感器在智能电网中的应用，可以使电力企业对电网里的配电、发电，以及输电和供电等设备时时进行检测，了解其运行状况，促进对远程设备监控能力的提升，进而可以对故障现象及时的发现，对故障区域迅速的做好定位，提升电网的质量。

參考文献：

[1]王文光等.无线传感器网络概述[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2010（9）

[2]董浩.无线长安其网络在智能电网中的应用研究[D].南京邮电大学，2014endprint