基于无线传感网络的电网监控系统设计

吴彤浩

（深圳供电局有限公司 广东省深圳市 518006）

1 引言

长期以来，电网维护的数据管理和监控一直基于手动纠错或接线。新型混合发电系统由太阳能发电机、风力涡轮机、电池、柴油发电机、逆变器和发电机组成。控制装置和其他辅助装置的建模直接影响系统的设计、监测和调节，系统的能耗可以降低混合电力系统的发电成本。区域资源对可再生资源的开发和利用是一个复杂的问题。以实现可再生能源的低成本和高利用率，最终实现可持续发展。网络结构和独立混合新能源网络的现代化是一项复杂的系统工程。监测是能源部门必须解决的问题。对于相对独立的发电厂和发电厂的分布式系统以及相对远程的网络监控系统，我们需要引进现代新技术，设计一个经济高效的通信监控系统，解决复杂电网的管理和维护问题，提高电网的效率为了促进新一代混合电网和依赖用户的监测系统的发展，正在研究一种基于无线传感器网络的远程监测系统。该系统实现监测站网络和远程数据中心之间的通信和协调，实时监控、优化调度、快速维护和综合管理为太阳能发电技术审评系统的研发提供了技术基础。

2 远程监控系统的现状

2.1 远程监控技术简介

计算机技术和网络技术的飞速发展，使人们的生产和生活方式发生了重大变化，遥感技术逐渐得到人们的认可和评价。传统的监控系统通常只监控单个设备的运行状态，随着生产技术的飞速发展，工业生产的劳动强度不断降低，生产设施的运行速度不断提高。有限的区域和工作人员。采集难度大、危险性大，需要多个区域同时监测，高温高压环境下现场数据的监测和维护往往需要大量的人力物力，人们需要一种更加舒适、高效的人工监控和管理模式，远程监控技术是现代自动控制技术与计算机网络技术相结合的产物。采用最新的计算机网络技术，实现远程监控的自动化、网络化、网络化，网络传输和无线传输技术具有功能强大、配置方便、安全可靠等特点，使用舒适、灵活。数据监控中心的主要任务是对采集到的数据进行处理和存储。现场采集部分将数据监控中心与现场采集部分连接起来，作为数据载体，收集必要的数据并响应控制命令。运行专门的图形监控软件，详细掌握各监控区域的工况，分析数据，制定生产计划，优化管理，远程监控系统适用于监控对象相对集中、数据量大、数据传输质量高、传输速度快的监控系统。无线模式适用于可变区域和长途运输，舒适、灵活、经济。

2.2 远程监控所实现的功能如下

采集和处理：通过远程方式采集、处理和分析数据的主要参数并发送到指定地点。员工可以打印报告以促进讨论、分析和决策。对现场采集的数据进行分类、综合和分析，并对操作说明、分析和计算，对生产和人员的实时数据和历史数据进行存储和管理：以监控系统为组态软件，开发管理软件，建立管理界面，打印报表和图像描述，并实现突发事故或标准情况下的报警控制：通过实现检测功能，负责人可通过上位机处理信息，并根据适当的现场控制发出预设控制命令。远程监控可实现实时数据采集和远程数据处理，管理人员可对现场生产现场进行监控和管理，生产环境差，进行远程监控，对远程监控技术的深入研究具有重要意义。

3 独立供电网络监控系统结构设计

3.1 基于无线传感器网络的监控系统结构设计

为了实现信息通信，新一代电网独立远程监控通过现代通信技术将各个监控点或网络区域连接到电网，采用嵌入式技术、Zibee技术、GPRS 等信息技术，监控中心内所有网络终端的性能数据。它是一个实时监控环境的应用系统，为了实现电力信息的独立管理，它集中连接到现有电厂监控网络。该设计通过无线传感器网络将新独立电网的详细运行状态集成到现有电厂监控系统中，并执行统一的能源管理：数据中心收集电网各节点的电力数据和环境信息，如电压、电量、变压器两端功率因数、发电机出力、用户侧用电量等，从维护角度分析确定峰值电流，更加方便，对电网进行经济维护。

3.2 总体设计方案

独立电力网的远程监视系统主要由连接获取终端（数据获取节点）、聚光器（宿节点）、主站（数据处理中心）和这些设备的高效可靠的数据传输通信模式构成。因为网络的硬件分配结构与网络密切相关，所以功率网格远程监视网络应该首先在设计过程中决定。由于电网的分布特性，可以看到其明显的分布特性。因此，本文应用了zigbee 网络结构。数据获取节点和宿节点必须采用全功能装置FFD。每个捕获节点可以充当网络的协调器以沿网络形成无线传感器网络通信线。为了将同步节点接收到的信息实时发送到数据中心，选择了GF 应用技术中比较成熟的GPRS 技术。ZigBee 网络的传输距离相对有限。如果数据监控中心离获取区域非常远，则由于成本和系统实现的困难，不值得使用无线传感器网络路由方法将收集的数据发送到数据中心。

3.3 各个组成部分

本文设计的监测系统分为zigbee 地址网络、GPRS 网络和数据监控中心三个部分。ZigBee adhoc 网络实现复杂区域中的数据收集、存储、通信，GPRS 网络能够实现宿节点与数据监视中心之间的数据通信，数据监视中心存储、分析、处理数据库和微处理器决定所有的数据。

（1）数据取得节点：取得节点被设定在电力网的任意位置，发送电压、电流、功率因数等位置，例如温度、湿度、亮度等周围环境数据的功率质量参数。通过ZigBee 网络实时收敛设备。因为每个节点都有其自己的IP 地址，所以数据中心可以找到数据对应的位置。

（2）宿节点：ZigBee网络内的某个区域内的所有数据的集成器。无线监控系统的区域中只有一个宿节点。宿节点收集并存储所有节点和转发节点所传送的电源数据。根据需要，可以通过GPRS 网络将数据上传到监控中心。此外，也可以接收数据监视中心的命令，传送到数据获取节点。

（3）数据中心接收由宿节点上传的数据，并进一步经由计算机处理和存储数据。数据中心的管理平台是通过配置软件来分析和显示所有数据的。管理者可以通过数据的观察和讨论来进行意思决定。

3.4 监控节点的功能分析

监视节点被划分为数据获取节点和宿节点。数据获取节点直接接触监视对象的宿节点用于管理数据收集节点，形成网络，收集节点的信息，并与远端通信。数据获取节点形成站点上的点获取区域，并相互通信以形成现场信息网络。每个数据获取节点可以独立测量温度和湿度，并且可以测量单个和多个电压和电流以及节点周围的功率因数。在不同的取得对象中，构成能够实时观察发电装置的输出电压、电流、电力、功率因数、其他数据的发电装置的输出端子。然后，请理解分散在岛上所有方向的发电单元的工作状态。位于变压器和其他大变电站装置的两端，在两端收集电压、电流、有效功率、无功功率，计算谐波，提供数据支持以优化独立微网格的功率。那是为了监视用户的消耗功率，提供配电的基础而设置在用户输入上。收集的实时温度和湿度可以提供气候预测和防止数据支持。

宿节点具有用于收集网络中收集的数据的大存储器，监视系统的功能通过经由gprs 与远程电站管理系统和远程电力管理系统通信来实现。

3.5 监控系统与已有控制策略结合实现功能

从独立小功率网格的运行状态稳定性分析了新的能量访问方法的实现。目前没有完全的结论表明独立电力网中新能源的比例，确保了独立电力网的运行稳定性。为了控制与独立电源网连接的新能源发电的比率不太大，可以采用以下方法。为了超过独立电源网稳定运行的界限值：

（1）监视独立电源网的运行情况，调整太阳光发电的访问率。首先，从两个副系统的访问开始，逐渐增加访问比例，监视输电网的工作状态，调整控制策略以获得独立电力网的系统稳定性。

（2）太阳光发电的访问率验证完成后，风力发电的访问率验证也完成，生物能源等新能源的访问完成。

（3）当系统产生能量剩余时，为了最大化可再生能源的利用，独立系统和连接系统采用峰值形成系统（能量储存和制冰）来实现控制缓冲器，并使用制冰和其他生产副产品。

用于能量平衡的分插控制直接与独立电力网的分布式发电机和独立电力网的稳定操作之间的能量分配平衡控制相关联。独立电源网以岛模式运行，采用主从控制的协调控制结构。柴油发电机和电池包通过电压源逆变器建立基准电压，起到主站的作用。另一种新的能源发电装置在经由反相器的主动响应输出模式下移动，以最大限度地使用新的能量作为用于发电机的从站。实现能源管理系统及其功能。

3.6 通信测试

ZigBee 无线传感器网络技术用于提供无线监控功率网格的灵活、方便和低成本方案。系统实用性高，开发价值高。尽管无线通信在有线通信中有很多优点，但是它会导致信号干扰，反衰减，防屏蔽等许多缺点。系统用开放式实验室实现。在100m 以内，节点之间的交通距离不是问题，在地形复杂的大楼50m 以内起着很好的作用。当在CC2430 设备和天线之间添加主接口电路（无线收发机模块）以接收和放大信息的发送功率时，可以将通信距离增加到500 米。测试结束后，在开放区域470m 以内进行信息交换，在复杂的地形下达到210m。信号中断发生在300m。因为辐射防护槽（设备、建筑物等）的密度以及无线收发机天线的位置有一定的影响。在RF 发射功率增加之后，预计单跳至少达到1km。考虑到电力网中节点的相对较高位置，无线网络通信是有利的。另外，软件设计还可以增加获取节点的获取频率，并延长向目标分组节点发送数据的时间段。由此，数据分组的切换速度降低。在强烈的外部干扰的情况下，发生信息传输错误。

4 小结

借助成熟的无线传感器网络构建现场实时数据监控网络，从多个领域收集、处理数据无线监控系统的新思路是通过第三方网络GPRS 将数据返回远程数据中心以进行综合处理。这将使区域的概念更加灵活和广泛。GPR 技术连接字段和数据中心。基于无线传感器网络的电力网无线监视系统是电力产业中信息管理的重要尝试。本文的主要成果介绍了电源网络的相关概念和无线传感器网络的特性和原理。