基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅鳴 彭璠 楊航 范丁中

摘 要：借助成熟的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從多個(gè)領(lǐng)域收集、處理數(shù)據(jù)無線監(jiān)控系統(tǒng)的新思路是通過第三方網(wǎng)絡(luò)GPRS 將數(shù)據(jù)返回遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心以進(jìn)行綜合處理。這將使區(qū)域的概念更加靈活和廣泛。GPR 技術(shù)連接字段和數(shù)據(jù)中心?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力網(wǎng)無線監(jiān)視系統(tǒng)是電力產(chǎn)業(yè)中信息管理的重要嘗試。本文的主要成果介紹了電源網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性和原理。

關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)絡(luò);電網(wǎng)監(jiān)控;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、獨(dú)立供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)信息通信，新一代電網(wǎng)獨(dú)立遠(yuǎn)程監(jiān)控通過現(xiàn)代通信技術(shù)將各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)區(qū)域連接到電網(wǎng)，采用嵌入式技術(shù)、Zibee 技術(shù)、GPRS 等信息技術(shù)，監(jiān)控中心內(nèi)所有網(wǎng)絡(luò)終端的性能數(shù)據(jù)。它是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境的應(yīng)用系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)電力信息的獨(dú)立管理， 它集中連接到現(xiàn)有電廠監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。該設(shè)計(jì)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將新獨(dú)立電網(wǎng)的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)集成到現(xiàn)有電廠監(jiān)控系統(tǒng)中，并執(zhí)行統(tǒng)一的能源管理。

1.2總體設(shè)計(jì)方案

獨(dú)立電力網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)主要由連接獲取終端（數(shù)據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)）、聚光器（宿節(jié)點(diǎn)）、主站（數(shù)據(jù)處理中心）和這些設(shè)備的高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸通信模式構(gòu)成。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的硬件分配結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)，所以功率網(wǎng)格遠(yuǎn)程監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該首先在設(shè)計(jì)過程中決定。由于電網(wǎng)的分布特性，可以看到其明顯的分布特性。因此，本文應(yīng)用了 zigbee 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)和宿節(jié)點(diǎn)必須采用全功能裝置FFD。每個(gè)捕獲節(jié)點(diǎn)可以充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器以沿網(wǎng)絡(luò)形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信線。為了將同步節(jié)點(diǎn)接收到的信息實(shí)時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心， 選擇了 GF 應(yīng)用技術(shù)中比較成熟的 GPRS 技術(shù)。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離相對(duì)有限。

1.3各個(gè)組成部分

1.3.1數(shù)據(jù)取得節(jié)點(diǎn)，取得節(jié)點(diǎn)被設(shè)定在電力網(wǎng)的任意位置， 發(fā)送電壓、電流、功率因數(shù)等位置，例如溫度、濕度、亮度等周圍環(huán)境數(shù)據(jù)的功率質(zhì)量參數(shù)。通過 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)收斂設(shè)備。因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)都有其自己的 IP 地址，所以數(shù)據(jù)中心可以找到數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的位置。

1.3.2宿節(jié)點(diǎn)，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的某個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有數(shù)據(jù)的集成器。無線監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)域中只有一個(gè)宿節(jié)點(diǎn)。宿節(jié)點(diǎn)收集并存儲(chǔ)所有節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)所傳送的電源數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，可以通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。此外，也可以接收數(shù)據(jù)監(jiān)視中心的命令，傳送到數(shù)據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)。

1.3.3數(shù)據(jù)中心接收由宿節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步經(jīng)由計(jì)算機(jī)處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心的管理平臺(tái)是通過配置軟件來分析和顯示所有數(shù)據(jù)的。管理者可以通過數(shù)據(jù)的觀察和討論來進(jìn)行意思決定。

1.4監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的功能分析

監(jiān)視節(jié)點(diǎn)被劃分為數(shù)據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)和宿節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)直接接觸監(jiān)視對(duì)象的宿節(jié)點(diǎn)用于管理數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)，形成網(wǎng)絡(luò)，收集節(jié)點(diǎn)的信息，并與遠(yuǎn)端通信。數(shù)據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)形成站點(diǎn)上的點(diǎn)獲取區(qū)域， 并相互通信以形成現(xiàn)場(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)數(shù)據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立測(cè)量溫度和濕度，并且可以測(cè)量單個(gè)和多個(gè)電壓和電流以及節(jié)點(diǎn)周圍的功率因數(shù)。在不同的取得對(duì)象中，構(gòu)成能夠?qū)崟r(shí)觀察發(fā)電裝置的輸出電壓、電流、電力、功率因數(shù)、其他數(shù)據(jù)的發(fā)電裝置的輸出端子。

然后，請(qǐng)理解分散在島上所有方向的發(fā)電單元的工作狀態(tài)。位于變壓器和其他大變電站裝置的兩端，在兩端收集電壓、電流、有效功率、無功功率，計(jì)算諧波，提供數(shù)據(jù)支持以優(yōu)化獨(dú)立微網(wǎng)格的功率。那是為了監(jiān)視用戶的消耗功率，提供配電的基礎(chǔ)而設(shè)置在用戶輸入上。

1.5監(jiān)控系統(tǒng)與已有控制策略結(jié)合實(shí)現(xiàn)功能

1.5.1監(jiān)視獨(dú)立電源網(wǎng)的運(yùn)行情況，調(diào)整太陽光發(fā)電的訪問率。首先，從兩個(gè)副系統(tǒng)的訪問開始，逐漸增加訪問比例，監(jiān)視輸電網(wǎng)的工作狀態(tài)，調(diào)整控制策略以獲得獨(dú)立電力網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.5.2太陽光發(fā)電的訪問率驗(yàn)證完成后，風(fēng)力發(fā)電的訪問率驗(yàn)證也完成，生物能源等新能源的訪問完成。

1.5.3當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生能量剩余時(shí)，為了最大化可再生能源的利用，獨(dú)立系統(tǒng)和連接系統(tǒng)采用峰值形成系統(tǒng)（能量儲(chǔ)存和制冰）來實(shí)現(xiàn)控制緩沖器，并使用制冰和其他生產(chǎn)副產(chǎn)品。用于能量平衡的分插控制直接與獨(dú)立電力網(wǎng)的分布式發(fā)電機(jī)和獨(dú)立電力網(wǎng)的穩(wěn)定操作之間的能量分配平衡控制相關(guān)聯(lián)。獨(dú)立電源網(wǎng)以島模式運(yùn)行，采用主從控制的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)。柴油發(fā)電機(jī)和電池包通過電壓源逆變器建立基準(zhǔn)電壓，起到主站的作用。

1.6通信測(cè)試

ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于提供無線監(jiān)控功率網(wǎng)格的靈活、方便和低成本方案。系統(tǒng)實(shí)用性高，開發(fā)價(jià)值高。盡管無線通信在有線通信中有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它會(huì)導(dǎo)致信號(hào)干擾，反衰減，防屏蔽等許多缺點(diǎn)。系統(tǒng)用開放式實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)。在 100m 以內(nèi)，節(jié)點(diǎn)之間的交通距離不是問題，在地形復(fù)雜的大樓 50m 以內(nèi)起著很好的作用。當(dāng)在 CC2430 設(shè)備和天線之間添加主接口電路（無線收發(fā)機(jī)模塊）以接收和放大信息的發(fā)送功率時(shí)，可以將通信距離增加到500 米。

測(cè)試結(jié)束后，在開放區(qū)域 470m 以內(nèi)進(jìn)行信息交換，在復(fù)雜的地形下達(dá)到 210m。信號(hào)中斷發(fā)生在 300m。因?yàn)檩椛浞雷o(hù)槽（設(shè)備、建筑物等）的密度以及無線收發(fā)機(jī)天線的位置有一定的影響。在 RF 發(fā)射功率增加之后，預(yù)計(jì)單跳至少達(dá)到 1km?？紤]到電力網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的相對(duì)較高位置，無線網(wǎng)絡(luò)通信是有利的。

2、結(jié)束語

綜上所述，長期以來，電網(wǎng)維護(hù)的數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控一直基于手動(dòng)糾錯(cuò)或接線。新型混合發(fā)電系統(tǒng)由太陽能發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)、電池、柴油發(fā)電機(jī)、逆變器和發(fā)電機(jī)組成?？刂蒲b置和其他輔助裝置的建模直接影響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的能耗可以降低混合電力系統(tǒng)的發(fā)電成本。區(qū)域資源對(duì)可再生資源的開發(fā)和利用是一個(gè)復(fù)雜的問題。以實(shí)現(xiàn)可再生能源的低成本和高利用率，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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