基于無線傳感網絡的電網監控系統設計

羅鳴 彭璠 楊航 范丁中

摘 要：借助成熟的無線傳感器網絡構建現場實時數據監控網絡，從多個領域收集、處理數據無線監控系統的新思路是通過第三方網絡GPRS 將數據返回遠程數據中心以進行綜合處理。這將使區域的概念更加靈活和廣泛。GPR 技術連接字段和數據中心。基于無線傳感器網絡的電力網無線監視系統是電力產業中信息管理的重要嘗試。本文的主要成果介紹了電源網絡的相關概念和無線傳感器網絡的特性和原理。

關鍵詞：無線傳感網絡;電網監控;系統設計

1、獨立供電網絡監控系統結構設計

1.1基于無線傳感器網絡的監控系統結構設計

為了實現信息通信，新一代電網獨立遠程監控通過現代通信技術將各個監控點或網絡區域連接到電網，采用嵌入式技術、Zibee 技術、GPRS 等信息技術，監控中心內所有網絡終端的性能數據。它是一個實時監控環境的應用系統，為了實現電力信息的獨立管理， 它集中連接到現有電廠監控網絡。該設計通過無線傳感器網絡將新獨立電網的詳細運行狀態集成到現有電廠監控系統中，并執行統一的能源管理。

1.2總體設計方案

獨立電力網的遠程監視系統主要由連接獲取終端（數據獲取節點）、聚光器（宿節點）、主站（數據處理中心）和這些設備的高效可靠的數據傳輸通信模式構成。因為網絡的硬件分配結構與網絡密切相關，所以功率網格遠程監視網絡應該首先在設計過程中決定。由于電網的分布特性，可以看到其明顯的分布特性。因此，本文應用了 zigbee 網絡結構。數據獲取節點和宿節點必須采用全功能裝置FFD。每個捕獲節點可以充當網絡的協調器以沿網絡形成無線傳感器網絡通信線。為了將同步節點接收到的信息實時發送到數據中心， 選擇了 GF 應用技術中比較成熟的 GPRS 技術。ZigBee 網絡的傳輸距離相對有限。

1.3各個組成部分

1.3.1數據取得節點，取得節點被設定在電力網的任意位置， 發送電壓、電流、功率因數等位置，例如溫度、濕度、亮度等周圍環境數據的功率質量參數。通過 ZigBee 網絡實時收斂設備。因為每個節點都有其自己的 IP 地址，所以數據中心可以找到數據對應的位置。

1.3.2宿節點，ZigBee 網絡內的某個區域內的所有數據的集成器。無線監控系統的區域中只有一個宿節點。宿節點收集并存儲所有節點和轉發節點所傳送的電源數據。根據需要，可以通過 GPRS 網絡將數據上傳到監控中心。此外，也可以接收數據監視中心的命令，傳送到數據獲取節點。

1.3.3數據中心接收由宿節點上傳的數據，并進一步經由計算機處理和存儲數據，數據中心的管理平臺是通過配置軟件來分析和顯示所有數據的。管理者可以通過數據的觀察和討論來進行意思決定。

1.4監控節點的功能分析

監視節點被劃分為數據獲取節點和宿節點。數據獲取節點直接接觸監視對象的宿節點用于管理數據收集節點，形成網絡，收集節點的信息，并與遠端通信。數據獲取節點形成站點上的點獲取區域， 并相互通信以形成現場信息網絡。每個數據獲取節點可以獨立測量溫度和濕度，并且可以測量單個和多個電壓和電流以及節點周圍的功率因數。在不同的取得對象中，構成能夠實時觀察發電裝置的輸出電壓、電流、電力、功率因數、其他數據的發電裝置的輸出端子。

然后，請理解分散在島上所有方向的發電單元的工作狀態。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，計算諧波，提供數據支持以優化獨立微網格的功率。那是為了監視用戶的消耗功率，提供配電的基礎而設置在用戶輸入上。

1.5監控系統與已有控制策略結合實現功能

1.5.1監視獨立電源網的運行情況，調整太陽光發電的訪問率。首先，從兩個副系統的訪問開始，逐漸增加訪問比例，監視輸電網的工作狀態，調整控制策略以獲得獨立電力網的系統穩定性。

1.5.2太陽光發電的訪問率驗證完成后，風力發電的訪問率驗證也完成，生物能源等新能源的訪問完成。

1.5.3當系統產生能量剩余時，為了最大化可再生能源的利用，獨立系統和連接系統采用峰值形成系統（能量儲存和制冰）來實現控制緩沖器，并使用制冰和其他生產副產品。用于能量平衡的分插控制直接與獨立電力網的分布式發電機和獨立電力網的穩定操作之間的能量分配平衡控制相關聯。獨立電源網以島模式運行，采用主從控制的協調控制結構。柴油發電機和電池包通過電壓源逆變器建立基準電壓，起到主站的作用。

1.6通信測試

ZigBee 無線傳感器網絡技術用于提供無線監控功率網格的靈活、方便和低成本方案。系統實用性高，開發價值高。盡管無線通信在有線通信中有很多優點，但是它會導致信號干擾，反衰減，防屏蔽等許多缺點。系統用開放式實驗室實現。在 100m 以內，節點之間的交通距離不是問題，在地形復雜的大樓 50m 以內起著很好的作用。當在 CC2430 設備和天線之間添加主接口電路（無線收發機模塊）以接收和放大信息的發送功率時，可以將通信距離增加到500 米。

測試結束后，在開放區域 470m 以內進行信息交換，在復雜的地形下達到 210m。信號中斷發生在 300m。因為輻射防護槽（設備、建筑物等）的密度以及無線收發機天線的位置有一定的影響。在 RF 發射功率增加之后，預計單跳至少達到 1km。考慮到電力網中節點的相對較高位置，無線網絡通信是有利的。

2、結束語

綜上所述，長期以來，電網維護的數據管理和監控一直基于手動糾錯或接線。新型混合發電系統由太陽能發電機、風力渦輪機、電池、柴油發電機、逆變器和發電機組成。控制裝置和其他輔助裝置的建模直接影響系統的設計、監測和調節，系統的能耗可以降低混合電力系統的發電成本。區域資源對可再生資源的開發和利用是一個復雜的問題。以實現可再生能源的低成本和高利用率，最終實現可持續發展。

參考文獻：

[1]周帥.基于PLC與無線傳感網絡的煤礦安全生產監控系統設計[J].機電工程技術，2020，49（10）：214-215.

[2]底偉.基于無線傳感網絡的水源井集中監控系統設計[J].機電信息，2020（20）：116-117.

[3]何滔.基于ZigBee無線傳感網絡的農場智能監控系統設計[J].電子技術與軟件工程，2020（11）：7-8.