吉林市第一中學(xué) 王一雯

傳感器在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

吉林市第一中學(xué) 王一雯

當(dāng)前單片機(jī)、多媒體、無線網(wǎng)等技術(shù)快速發(fā)展，促進(jìn)了電網(wǎng)的智能化，在電力生產(chǎn)、銷售、服務(wù)、維護(hù)等各個(gè)方面為用戶提供了強(qiáng)大的支撐。傳感器是一種信息采集、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)的電子設(shè)備，其可以部署于電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)軟硬件運(yùn)行信息加工和處理。

傳感器；智能電網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集；路由轉(zhuǎn)發(fā)

1.引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+電網(wǎng)”時(shí)代的到來，國家電網(wǎng)逐步引入了許多計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)建了電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、終端抄表管理系統(tǒng)、電費(fèi)催收管理系統(tǒng)等，這些應(yīng)用系統(tǒng)提高了互聯(lián)網(wǎng)的操作管理水平，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)管理的信息化、共享化和智能化。智能電網(wǎng)運(yùn)行中，傳感器是一個(gè)非常重要的應(yīng)用設(shè)備，比如在智能電網(wǎng)設(shè)備入庫時(shí)，每一個(gè)智能電網(wǎng)設(shè)備都有一個(gè)編碼，可以利用RFID、掃描儀等傳感器將設(shè)備錄入到系統(tǒng)中，同時(shí)對物品進(jìn)行分類管理，收儲之后可在庫存數(shù)據(jù)庫中增加設(shè)備關(guān)聯(lián)數(shù)量信息，并且生成一個(gè)入庫單，打印出來反饋給每一個(gè)送貨人員[1]。建設(shè)智能電網(wǎng)時(shí)，設(shè)備需要分發(fā)到各處，此時(shí)就可以單擊一個(gè)出庫功能按鈕，實(shí)現(xiàn)每一類設(shè)備的出庫操作，庫存管理人員分發(fā)給客戶之后，即可單擊出庫功能按鈕，此時(shí)傳感器可以記錄出庫商品編碼，減去庫存數(shù)據(jù)庫數(shù)量，建立一個(gè)出庫單，輸入每一類出庫商品的數(shù)量，完成出庫操作。同時(shí)，傳感器可以根據(jù)用戶的實(shí)際需求，統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，針對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研和分析，使用柱狀圖、折線圖等統(tǒng)計(jì)周銷量、月銷量、季度銷量，確保智能電網(wǎng)信息服務(wù)共享化[2]。

2.智能電網(wǎng)系統(tǒng)信息處理分析

智能電網(wǎng)管理中，系統(tǒng)部署和運(yùn)行涉及的軟硬件資源很多，為此對分布式管理系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)和分析，軟硬件資源包括軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、防火墻服務(wù)器、Web服務(wù)器、交換機(jī)、路由器、終端設(shè)備等，這些軟硬件資源采用多層次網(wǎng)絡(luò)，分別是核心層、匯聚層和接入層。核心層可以完成高速的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能；匯聚層可以完成數(shù)據(jù)信息路由聚合、流量計(jì)算等功能；接入層可以完成智能電網(wǎng)訪問控制管理功能，并且可以將不同的設(shè)備劃分為不同的VLAN，便于對軟硬件資源進(jìn)行分組管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的共享和操作。目前這種設(shè)計(jì)模式可以有效地避免智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生擁塞，保證智能電網(wǎng)健全，具有重要的作用和意義[3]。智能電網(wǎng)可以采用先進(jìn)的RFID、攝像頭等傳感器設(shè)備實(shí)時(shí)地采集現(xiàn)場環(huán)境信息，包括設(shè)備入庫、出庫和庫存量，也可以使用攝像頭掃描整個(gè)電網(wǎng)現(xiàn)場的人員、終端流量等信息，將這些信息通過物聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)或光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層；數(shù)據(jù)層可以將其保存到各類型的數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)邏輯業(yè)務(wù)加工和處理，包括設(shè)備入庫、設(shè)備出庫、設(shè)備庫存、電網(wǎng)客戶和統(tǒng)計(jì)分析等各類型數(shù)據(jù)信息處理；應(yīng)用層的服務(wù)器包括Web服務(wù)器、防火墻服務(wù)器等，可以對這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，將其劃分為邏輯業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)兩個(gè)關(guān)鍵類別，實(shí)現(xiàn)對信息的加工。最后，接入層可以為用戶提供系統(tǒng)輸入界面，這些界面可以部署在智能手機(jī)、平板電腦和PC電腦上，以便能夠?yàn)橛脩籼峁┬畔⑤斎牒洼敵龉δ?，?shí)時(shí)地采集這些業(yè)務(wù)信息，保證智能電網(wǎng)信息共享。

3.傳感器在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

傳感器是一種擁有數(shù)據(jù)采集、傳輸和執(zhí)行命令功能的設(shè)備，其可以利用自身攜帶的感知功能，采集周邊環(huán)境信息，并且可以通過ZigBee物聯(lián)網(wǎng)、WiFi局域網(wǎng)或移動通信網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和共享，將采集到的數(shù)據(jù)保存到服務(wù)器中。目前，常見的傳感器包括兩種，一種是終端傳感器，其僅僅擁有數(shù)據(jù)采集、傳輸、操作功能；另外一種是網(wǎng)關(guān)傳感器，其不僅具有終端傳感器的功能，同時(shí)還擁有數(shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)功能，能夠更新、維護(hù)路由表，快速地計(jì)算和確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，保證數(shù)據(jù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)。終端傳感器主要包括七個(gè)模塊，分別是電源、時(shí)鐘、LED顯示器、射頻天線、信號調(diào)制、電源管理和感知等功能模塊。電源可以為傳感器提供動力支撐，確保傳感器能夠正常穩(wěn)定工作；時(shí)鐘可以為數(shù)據(jù)采集、發(fā)送和執(zhí)行提供脈沖信號，同步網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘頻率，保證信息發(fā)送和接收的實(shí)時(shí)性；LED顯示器可以顯示傳感器工作狀態(tài)等信息；射頻天線能夠完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和接收，確保信號的準(zhǔn)確性和完整性；信號調(diào)制可以將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)信號的過濾、放大，完成對視頻、圖像、文本信息的壓縮和還原；感知是傳感器最基本的功能，利用各類型的電子化學(xué)儀器采集信息；電源管理能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)電源用量，實(shí)現(xiàn)電源的節(jié)電模式、用電模式管理。終端傳感器在機(jī)房專家監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 終端傳感器節(jié)點(diǎn)組成結(jié)構(gòu)

網(wǎng)關(guān)傳感器節(jié)點(diǎn)又被人們稱為路由器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)集成了先進(jìn)的路由器功能，形成一個(gè)局域網(wǎng)，將這些局域網(wǎng)內(nèi)采集的信息匯聚到一起，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)給機(jī)房專家監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)網(wǎng)關(guān)傳感器也可以接收指令，將其轉(zhuǎn)發(fā)給關(guān)聯(lián)的傳感器，操作傳感器。網(wǎng)關(guān)傳感器節(jié)點(diǎn)組成如圖2所示。

圖2 網(wǎng)關(guān)傳感器節(jié)點(diǎn)組成結(jié)構(gòu)

4.結(jié)束語

智能電網(wǎng)采用先進(jìn)的傳感器實(shí)時(shí)地采集電力網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，保證智能電網(wǎng)的正常運(yùn)行，更好地提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性，具有重要的作用和意義。

[1]邱雪松,藺艷斐,邵蘇杰,等.一種面向智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的傳感器聚合布局構(gòu)造算法[J].電子與信息學(xué)報(bào),2015,37(10):2411-2417.

[2]李哲,韓天劍.無線傳感器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].信息通信,2016(6):288-289.

[3]唐曉璇,郭少勇,亓峰.面向智能電網(wǎng)架空線的傳感器故障容忍機(jī)制[J].電子與信息學(xué)報(bào),2016,38(3):700-706.