无线传感器网络在电力系统中的应用

2018-12-07刘桐

建材与装饰 2018年45期

刘桐

（国家广播电视总局五七二台北京 101109）

1 关于无线传感器网络的特点

对无线传感器网络而言，它将无线通信、嵌入式计算、传感器以及分布式信息处理等技术汇聚于一身，可以对全部的对象信息进行协作性实时感知、采集与检测，而且还可以处理数据。无线传感器网络属于无线通信网络的其中一种，它主要依靠诸多密集且廉价的智能无线传感器节点所组成。而它的基础设施并不固定，借助节点多跳的方式构成具有分布性的无线通信网络。每个节点在网络中均承担路由与主机的功能，它们具有相同的地位。收发报文是所有传感器节点都拥有的功能，若受范围限制的影响导致两个节点无法通信时，信息转发便可借助中间节点来完成。

2 关于无线传感器网络的优势

很多价位低廉的微型传感器节点存在于监测范围内，它们共同组成无线传感器网络，借助无线通信的形式构成多跳自组织网络，图1则是这种组织结构的示意图。对于无线传感器网络的传感器而言，它可以对压力、噪音、湿度、温度、光强度、土壤成分、电磁、地震以及移动物体的速度、大小与方向等多种情况进行探测。无线传感器网络在MEMS的无线联网与微传感的技术支持下会有更大的发展空间、更美好的前景。电力行业进行开发、应用具备特殊需求，这种无线、多跳、无分区、大规模、无基础设施支持的网络不仅符合这些需求，而且确保低成本进行电力系统监测的同时保证其准确性和及时性。

图1 无线传感器网络的组织结构

3 电力系统中无线传感器网络的实际应用

3.1 主要传感器和它的协作技术

国内电力系统厂站端具备严密的监控功能，对场站的运行状态进行自动、实时监测，而对输电线路的自动监测却不够完善，运行中的诸多问题主要通过人工巡查得以发现。而且，对输电线路传输容量的控制主要依靠给定的相关参数，对实际中的运行参数无法获取，而这些给定的参数相对较为保守，无法使传输能力得到充分发挥。现阶段电网地网架结构依然较为薄弱，若能够采取相应措施对输电线路的传输容量进行增加，供电紧张的状况便可得到缓解，创造更大的社会与经济效益。目前国内开发与研究输电线路的监测仍不成熟，不具备健全的监测系统，而电力的生产还不可直接依靠对线路的测量。在线对绝缘子泄露电流、弧垂以及电缆进行研究与监测，在国内，现阶段开展的仅为极少的科研单位与厂家，其水平尚未符合开展综合检测。在运用特定算法的前提下，多个传感器节点借助信息交换，然后汇总、加工并过滤数据后，最终以事件方式来实现对目标的识别、跟踪以及测量。由此可知，关键传感器的设计算法及应用决定线路运行的综合监测。

3.2 通信以及组网

电力系统当中，检测与监控多种开关量、电气量以及模拟量主要依靠无线传感器完成。所以，根据无线传感自组网的组网以及通信，需充分结合电力系统的特点。在物理层协议中无线传感器网络应重点考虑。耗能低、通信效率高且可动态扩展是访问控制层（MAC）的基本要求。根据无线传感节点所拥有的移动特性，从而确保设计的网络拓扑结构具有合理性、适用性。节点协调器结构被广泛应用到现阶段的研究过程中，若拓扑结构在收集节点数据信息过程中协调器故障，网络会瘫痪，降低可靠性。

3.3 对分布式信息的处理

确保时间具备同步性是无线传感自组网组最基本的需求，而动态变化的网络拓扑结构以及较低的通信宽带，无法满足时间同步性的需求。电力系统中应创建分层分布式的处理机制，因为数据量较大，且不同数据需要不同的响应时间和传输质量，还要处理不同的数据，且在不同级中以及不同级之间的数据进行的协作、交互处理也是不同的。电力系统当中，为确保传感器所获得有意义的数据，就应与位置信息充分结合。如：若想有效分析监控变电站自动化系统开关量、电气量等相关信息，就须知晓详细的位置信息。电力系统中使用无线传感器网络不仅要符合电力系统的定位需求，分布式定位算法的设计也应低成本、低开销。

3.4 关于融合、网络安全

为了给监控与分析提供便利条件，厂、站的控制或调度中心可能会收到来自通过传感器节点获取的关于开关量、电气量以及模拟量等相关数据。所以为确保数据互补与共享，应把无线传感自组网与现有的电力数据通信网络相连接。通信环节中，任务应具机密性，数据应具安全性、可靠性，避免出现非法用户接入与数据被盗窃的现象。传感器节点具有自身特点，一般无线传感网发现协议需借助邻居，将网络初始化，不具备硬件防护措施，所以网络时常被窃听，严重的甚至受到攻击。为此应对其节点间、分布模型的耦合性、消息认证技术、框架机密性、密钥算法以及鉴别的完整性等进行深入研究。

3.5 对设备的供电设计进行监测

监测系统是否实用化主要体现在对装置电子电路电源的采集。相关工作者提出了激光、太阳能加锂电池以及微波等一系列供电方式，对供电方式的选择需要结合实际的环境条件，从为确保供电系统的可靠性。

3.6 关于系统的功耗

硬件和软件是造成系统功耗的关键原因。对硬件而言，器件的功耗要低；而对软件而言，实现节点上的通信协议与工作模式。节点处于不同工作模式中功耗也大不相同，若能将它们充分结合，既实现了功能的发挥，也可降低资源的消耗，这点在软件设计中着重考虑。经过对节点上所有功能模块的研究发现，通信模块的功耗最大。只有保证节点运算开销低，整个节点功耗才会降低，才属于优质的通信协议。