楊文琛

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

0 引 言

電力企業(yè)的智能電網中應用無線傳感器網絡，可以通過對傳感器技術、嵌入式計算機技術以及通信技術等多種技術的結合應用，對電力企業(yè)經營管理中的電力輸電和供電等信息進行感知與監(jiān)測。無線傳感器網絡技術對智能電網的安全和平穩(wěn)運行具有重要作用。

1 智能電網的主要特征

所謂智能電網就是建立在新技術、新能源以及新架構基礎上的智能電力系統(tǒng)。智能電網是一種將特高壓電網作為骨干網架，通過利用先進的信息技術、通信技術以及控制技術，使得各級電網相互協(xié)調配合，從而在此基礎上建立起來的一個具備信息化、智能化、自動化以及互動化的統(tǒng)一智能化電網[1]。與傳統(tǒng)電網相比，智能電網具備以下特點。第一，自愈性。如果智能電網設備或者網絡在智能電網運行中出現異常情況，智能電網可以在技術的支持下快速進行自檢，并對故障進行維修，使得電力網絡恢復正常運行。第二，互動性。用戶可以在智能電網系統(tǒng)技術的支持下實現與智能電網的交互。第三，安全性。一旦電網運行中遭受人為攻擊或外力破壞，則可以迅速自動做出應對，并盡快恢復運行。第四，兼容性。智能電網中可以兼容未來介入電網的分布式電源和新電子設備。第五，高效性，即有效提升了單個電力設備的實際利用效率。第六，集成性。智能電網可以實現與其他各類信息系統(tǒng)的綜合集成，將多種業(yè)務集成在系統(tǒng)中。

2 我國無線傳感器網絡概況

無線傳感器網絡是一種以數據為中心的對等網絡，雖然傳輸能力有限，但是具備多跳路由，且其網絡拓撲具有動態(tài)性。在無線傳感器網絡的設計與建設中，還需要運用多種技術[2]。就當前的無線傳感器網絡應用實際情況來看，在學術界對無線傳感器網絡的研究較為廣泛。在較多的領域和行業(yè)中需要應用無線傳感器網絡，這就需要對其具體應用情況進行持續(xù)和深入的研究部署，從而將其開發(fā)成新型的應用型技術。進入信息時代后，我國的無線通信技術、電池技術以及微制造行業(yè)在良好的發(fā)展環(huán)境中迅速發(fā)展，逐漸升級和完善了無線傳感器網絡的性能。就我國目前的無線傳感器網絡的應用實際情況來看，無線傳感器網絡有以下顯著特點。首先，無線傳感器網絡是一種將數據作為系統(tǒng)核心的對等性網絡。其次，無線傳感器網絡在具體的運行和應用中還尚未解決硬件資源局限的問題。再次，在無線傳感器網絡運行中還存在傳輸能力和能源上的局限性。最后，在無線傳感器網絡運行中還存在一定的潛在安全威脅。基于此，在智能電網中應用無線傳感器網絡進行設計，必須充分考慮各種基本技術，從而保證無線傳感器網絡各項功能的正常。

3 分析無線傳感器在智能電網中的具體應用

3.1 設備運行狀態(tài)檢修中應用無線傳感器網絡技術

為了能夠有效提升電力企業(yè)的生產運作和經營管理質量，需要不斷提升遠程控制與監(jiān)視水平。在電力企業(yè)的智能電網設備狀態(tài)檢修中應用無線傳感器網絡，相關的技術人員可以通過應用傳感器檢測電力設備的運行情況，根據檢測獲取的數據信息實現對設備運行狀態(tài)的在線監(jiān)控。通過應用網絡獲取數據信息，將該信息傳輸到系統(tǒng)的監(jiān)測中心，然后監(jiān)測中心進行電力系統(tǒng)運行狀態(tài)評估，從而結合電力系統(tǒng)的實際運行情況確定該系統(tǒng)是否存在潛藏的運行故障，判斷是否要對電力系統(tǒng)中的部分設備進行維修或者替換[3]。在電力系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)檢修中，一旦發(fā)現設備存在故障，該系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測中心就需要及時將該故障信息反饋到修理工作人員系統(tǒng)，并在修理工作人員維修設備時發(fā)揮協(xié)作作用，從而保證設備維修的順利開展，有效提升與優(yōu)化維修效果。通過在設備運行狀態(tài)檢修中應用無線傳感器網絡，能夠使維修成本最小化，并能夠有效縮短停電時間，減少對用戶的用電影響。根據電力系統(tǒng)的設備維護情況來看，在設備的內部維護狀態(tài)傳感器時，始終處于較為復雜的工作環(huán)境。如果使用傳統(tǒng)的有線通信設備，往往會因為受到設備限制而影響安裝。與傳統(tǒng)的電力設備相比，無線傳感器網絡不用另行布線且更加靈活，能夠充分發(fā)揮無線傳感器網絡技術在電力系統(tǒng)設備狀態(tài)檢修中的作用與優(yōu)勢。

遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)在當前的智能電網監(jiān)控系統(tǒng)中應用較為廣泛。遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以對電網的輸電線路、線路各級鐵塔以及輸電變電站點進行遠程視頻數據和動力環(huán)境數據，進行全面、及時以及準確的采集，并對電網進行遠程實時監(jiān)控管理，從而提升智能電網運行安全性與可靠性。具體應用時，需要電廠在各監(jiān)控點部署4G無線路由器，將監(jiān)控點的視頻數據，如紅外、聲光報警、電力數據以及溫濕度數據等動環(huán)數據接入4G路由器，通過4G鏈路將數據傳輸至電力監(jiān)控中心，實現遠程監(jiān)控管理，從而提升設備運行狀態(tài)檢修質量。圖1為智能電網監(jiān)控系統(tǒng)拓撲方案。

3.2 在分布式母線進行保護中應用無線傳感器網絡技術

圖1 智能電網監(jiān)控系統(tǒng)拓撲方案

企業(yè)想更好地滿足用戶用電需求，提升供電質量，需要改善與優(yōu)化配電網可靠性。一些電力企業(yè)和學者提出，可以通過在配電網中裝入母線保護裝置來提升配電網運行的可靠性。在配電網中，母線是其中較為重要的構成部分。通過在配網中裝入母線，能夠使整個電網的工作狀態(tài)更加穩(wěn)定，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。但是，實踐中因為保護裝置的成本較高，電力企業(yè)為節(jié)省成本通常不會對電力系統(tǒng)中的單獨母線設置保護裝置。就目前的研究與應用實際情況來看，以往通信網絡中采用的有線傳輸方式組網存在較大的困難，已經不能滿足人們的需求。基于此，研究人員提出要在分布式母線保護中引入無線傳感器網絡[4]。

3.3 在電網災變里應用無線傳感器網絡

無線傳感器網絡在電網災變里的應用較為廣泛。在電網災變里應用無線傳感器網絡，能夠及時分析電力系統(tǒng)運行的外在天氣和氣候條件，然后向系統(tǒng)傳輸預警信息。以電網的冰災監(jiān)測來看，應用的無線傳感器網絡中的預警系統(tǒng)在結合冰災預警目標的基礎上，結合當地的地理情況和電網架設塔桿類型等進行分析，將無線傳感器網絡的傳感器節(jié)點布置在一個合適的地方，滿足了該系統(tǒng)的覆蓋范圍要求，可以較為科學地作出冰災預警。在冰災預警系統(tǒng)中應用無線傳感器網絡，是對無線網絡多跳路由技術的應用。通過將塔桿上獲得的冰災檢測數據信息傳輸到監(jiān)測中心，再由監(jiān)控系統(tǒng)對該數據信息進行處理與分析，最終有效預警冰災。在電網災變里應用無線傳感器網絡，不僅需要電力企業(yè)充分控制成本，還要保證無線傳感器網絡的傳感器節(jié)點的合理部署。

3.4 在智能家居中的應用

在電力企業(yè)以往的經營管理中，要統(tǒng)計電量就必須獲得電表信息，然后根據電表中的數據信息進行統(tǒng)計，最終計算電費。不管是對電力企業(yè)還是對用戶而言，電費的整個統(tǒng)計、計算以及公布過程中，從電表中獲得的使用電量數據還不夠精細，包含的信息量也不夠充足，尤其是電費計量的一些隱藏數據很難獲得。在未來的發(fā)展中，電力企業(yè)需要重視智能計量的發(fā)展，這將顛覆傳統(tǒng)的用電計量。電力企業(yè)可以給用戶安裝智能電表，很大程度上能夠使獲取的用電數據更加精準和全面，還能及時把握負載情況。在智能家居中應用無線傳感器網絡技術，可以有效提升用戶體驗。用戶也可以通過無線傳感器網絡獲得更加真實和細致的用電情況，可以根據系統(tǒng)中所顯示的具體用電信息，關閉其中不必要的耗電設備，從而有效減少用電能耗與用電成本。在智能家居中應用無線傳感器網絡，還可以有效促進設備制造企業(yè)不斷研發(fā)智能家居產品。

如圖2所示，某發(fā)明專利技術公開了一種基于無線傳感器網絡的智能家居系統(tǒng)，主要包括中央處理器、無線接收單元以及無線發(fā)射單元3個模塊。該系統(tǒng)針對現有的智能家居系統(tǒng)缺少反饋裝置、家居系統(tǒng)長需要時間待機以及有部分家居系統(tǒng)即使工作結束了仍舊不能自行關閉而導致電力資源浪費的現實情況進行設計。部分用戶在查看相關信息時，還存在不同程度的困難，需要在智能家居系統(tǒng)設計時增加語音播報功能。這樣用戶能更加全面地了解家居系統(tǒng)運行情況，根據使用需求進行調節(jié)，從而減少電力資源浪費，實現真正的智能家居化。其中，中央處理器模塊輸出端分別與語音播報單元和無線發(fā)射單元的輸入端電連接，中央處理器的輸入端與無線接收單元的輸出端電連接，通過中央處理中的語音播報單元向用戶播報室內的環(huán)境測量數值，使得用戶可以在較短的時間內了解室內的環(huán)境情況，并通過無線發(fā)射單元向外接終端輸送室內環(huán)境測量數值。該發(fā)明專利技術通過中央處理器與智能家居終端實現雙向連接，可以有效實現節(jié)約電力資源的目的，盡可能減少資源浪費。如果該中央處理器檢測到室內環(huán)境系數未達標，會重新激活智能家居終端，有效實現家居智能化工作，在為人們提供更宜居的環(huán)境的同時，有效減少電能損耗。該系統(tǒng)中的電路監(jiān)測單元由采集單元與警報單元組成，可以監(jiān)測智能家居系統(tǒng)中的智能家居終端的電流值與電壓值，一旦監(jiān)測到智能家居系統(tǒng)中的電流值或電壓值存在異常，會將異常信號發(fā)送到警報單元，并向用戶發(fā)出警報。

圖2 基于無線傳感器網絡的智能家居系統(tǒng)技術方案

4 結 論

在智能電網中應用無線傳感器，可以根據企業(yè)的需求準確把控電力企業(yè)中電網的配電、輸電以及供電等運行狀況信息，提升電力企業(yè)的遠程設備監(jiān)控能力。未來研究中需要對無線傳感器網絡技術在智能電網中的應用進行持續(xù)研究，對一些熱點問題進行優(yōu)化與改進。