无线传感网络在电力线健康监测中的应用.pdf

务l 訇 出 无线传感网络在电力线健康监测中的应用 Appl i ca t i on of w i r el ess sens or net w or ks i n p ow er l i ne heal t h m oni t or i ng 洪文明 HONG W e n — mi n g ( 国家电网 福建安溪供电公司，安溪 3 5 0 5 0 0 ) 摘要： 电力线运行状态的实时监控是智能电网的核心任务之一。无线传感网络具有无中心控制节 点、高抗毁性、微型灵活部署、自组织等显著优点。因此，无线传感网络在 电力线健康监测 中有着广泛的应用前景。本文分析了现有电力线健康监测解决方案缺陷 ， 总结了已有无线传 感网络在电力线健康监测中应用的研究成果。 关键词： 无线传感网络 ；电力线 ；监测；智能电网 中图分类号：T P2 7 7 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 -0 1 3 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 ( 下) - 0 0 8 1 —0 2 D o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 }／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 1 2 ( 下) ． 2 2 0 引言 随着能源短缺 问题 日益严峻 ，供电可靠性要 求 不断提 高，积极建设智能 电网已成为世界 电力 发展 的必然趋势 。我国政府不仅将智能 电网上升 为 国家 战略 ，而且在产业政策支持 、重大科技项 目投入、示范工程 建设 等方面 进行 了全面 部署。 到 2 0 2 0年，我 国将全面建成统一的坚强智能 电网。 在输 电环节 ，智能电 网需要对特高压线路、重要 输 电走廊、大 跨越、灾害 多发 区的环境参 数和运 行状态参数进行集 中实时监测 ，实现输 电线路运 行状态的可控、能控和在控 目标 u 】 。 目前，电力线健 康监测的研究主要分 为以下 两大类 ：第一 类是对输 电线路覆冰的研究 ，包括 覆冰计算、导线冰风荷载计算及其对电力线断裂 的影 响。此类研究通过分析输 电线路所处环境和 气象参数对输 电线路覆冰 产生的影响，建立 覆冰 厚 度模 型，进 而预测覆冰厚度。第二类是 电力线 覆冰和断裂 的实时监 测研 究。通过对输 电线路所 处环境 因素进 行实时采集、处理 ，通过分析这些 参数对 电力线 断裂 的影 响，实时监测 、预测 电力 线的健康状况。当遇到非正常情况，则产生报警 信 息，以便实时处理异常状 况。然而 ，目前的输 电线路监测系统在信息采集的全面性和时效性等 方面还存在着明显差距。随着通信技术和传感器 技术的发展，设计有效的电力线健康监测系统， 具有极为重要的意义。 1 现有解决方案的缺陷 人 工定时巡检是最传统 、使用最频繁 的电力 线健康监测方式。但是由于高压输电线的地理跨 度远 、所处环境变 化大 ，往往 需要经过山区、河 流等，如果采用人工 定时巡检 的方式将会耗 费大 量 的人 力和物力资源 ，并且对于那 些处 于恶劣环 境 中的输 电线，监 测人 员无法接近 进行检测，将 会产 生检测盲区。尤其是随着 电网覆盖范 围的 日 益增大和信 息技术 的高速 发展 ，这类监测方式正 在逐步的被淘汰 。 许 多国家 先后开展 了利用小型无人驾驶飞机 进行 电力线健康状 况监测的研 究。在我 国，中科 院沈 阳 自动化研 究所、武汉大学 、山东大学等研 究院所也开展 了此类研 究。但是 ，这种方式技术 复杂、难度较大，系统总体成本较高，不利于在 电力线健康监测的应用和推广。 随着通信网络技术的发展 ，GP RS ， G S M 技术已 经逐渐在电力线健康监测 中得到应用。文献 【 2 】 研 制了基于 G S M 短信业务 ( S MS ) 的输 电线路覆冰在 线监测系统 ，文献 【 3 】 对输 电线路绝缘子污秽进行 在线遥测，利用G1 ) R S网络将数据传输给处理中心。 然 而，采用 GP RS ／ G S M 数据业务方 式需要在每个 节 点上附带 GS M／ GP R S模块，而 G S M／ G P RS模块 的硬件成本比较高。同时，G P R S ／ GS M 数据业务是 收费的，这将会使监测系统的成本额外增加。 2 无线传感网络在 电力线健康监测 中的应用 随着无线通信、传感器、微电子技术的发展， 无 线 传 感 网 络 ( ws N，W l e s s S e n s o r N e t wo r k s ) 越来越受到关注。无 线传感网络是 由大量的传感 段稽日期：2 0 1 2 -1 1 - 0 8 作者简介：洪文明 ( 1 9 7 6 一)，男，工程师，研究方向为输电线路在线监测技术应用。 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 — 1 2 ( 下) 【 8 1 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u c o m I 匐 似 节点组成，分布在其所要监测区域 内，以 自组织 的方式构成无线网络。无线传感网络具有无中心 控制 节点、高抗 毁性、微型 灵活部 署、 自组织、 自适应等显著优点 ，是 国家中长期科学与技 术 发展规划 ( 2 0 0 6 — 2 0 2 0年 ) 重点发展的前沿技术之 一 ，在智能电网中有着重要的应用价值 。 由于无线传感节 点体 积小、价廉 ，适宜干部 署在输电线路和杆塔上 ， WS N逐渐成为监测输 电 线路运行状态的有效通信手段。尤其在光缆资源紧 张、移动公网无法覆盖的区段 ，其作用就显得更为 突 出。因此，工业界和学术界已在面 向输电线路 监测的 WS N这一领域做 了许 多有益的探索 【 5 - l 0 】 。 国家 电力建 设研 究所 已将 C r o s s b o w公 司 的 WS N 部署在高压输线电路和杆塔上 ，监测大跨越输电线 路的应力 、温度和震动等参数 。文献 [ 6 ]6实验研 究了Mi c a 2节点所构成的 WS N在长距离输电线路 中的传输性能。文献 [ 7 】 提出了以提高输 电线路可 靠性和利用率为 目标的 WS N初步架构 ，着重设计 和实现 了多功能输电线路传感器模块。文献 【 8 】 提 出了层次型异构 WS N，子网采用 Z i g b e e网络 ，骨 干 网采用基于 I E E E 8 0 2 ． 1 1的多跳 自组织网络。文 献 [ 9 ]9利用 Z i g b e e网络进行短距离数据采集，并通 过移动公网把数 据传 回监 测中心。文献 【 1 0 ] 提 出 了基于 Z i g B e e的层次性网络拓扑结构，探讨了簇 首集群路由协议、节点查询、数据传输速率和网络 安全性等方面的问题。然而 ，以上研 究成果主要 探讨 了WS N的基本概念和网络 ／ 节点的体系结构 ， 未曾深入研究网络性能的改进策略。因此，还需要 开展大量的研究工作，才能充分展示 WS N在电力 线健康监测的应用前景。 3 结束语 无线传感 网络具有无 中心控制节点 、高抗毁 性 、微型灵活部署、自组织 、自适应等显著优点。 本文在分析现有电力线健康监测解决方案的缺陷 的基础上 ，总结了已有无线传感 网络在 电力线健 康监测中应用的研究成果。本文认 为，无线传感 网络在电力线健康监测中有着广泛的应用前景。 参考文献： 【 1 】国家电网公司． 国家电网智能化规划总报告． 2 0 1 0 ， 3 ． 【 2 】黄新波， 刘家兵， 王向利． 基T - G P R S 网络的输电线路绝缘子 污秽在线遥测系统【 J 】 ． 电力系统自动化， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 5 ) ： 2 1 — 2 5 ． [ 3 】黄新波， 孙钦东， 丁建国， 张冠军， 刘家兵． 基于GS M／ S MS 的输电线路覆冰在线监测系统[ J 】 ． 电力自动化设备， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 5 ) ： 2 7 — 3 1 ． [ 4 l V C． Gu n g o r ， B． L u ， a n d G． E H anc k e ． Op p o r t u n i t i e s a n d Ch a l l e n g e s o f W i r e l e s s S e n s o r Ne t wo r k s i n S ma r t Gr i d ． I E E E T r a n s a c t i o n s o n I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s ， 5 7 ( 1 0 ) ： 3 5 5 7 — 3 5 6 4 ， 2 0 1 0 ． 【 5 】C r o s s b o w公司． 无线传感器网络与电力系统．w ww． x b o w． c o m． c n ／ ws n ／ p d f ／ WS N _电力系统． p d f 【 6 】S ． G u mb o a n d H． N． Mu y i n g i ． P e r f o r manc e I n v e s t i g a t i o n o f W i r e l e s s S e n s o r Ne t wo r k f o r Lo n g Di s t a n c e Ov e r h e a d Po we r Li ne s ：M i c a 2 M o t e s ，A Ca s e S t ud y ．Th i r d I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e Br o a d b a n d Co mm u n i c a t i o n s ， I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y & Bi o me d i c a l Ap p l i c a t i o n s ( B r o a d c o m’ 0 8 ) ， 2 0 0 8 ， G a u t e n g ， S o u t h Af r i c a ， 4 4 3 — 4 5 0 ． [ 7 】Y ． Y a n g ， D． Di v a n ， R． G． Ha r l e y ， a n d T ． G． Ha b e t l e r ． De s i g n a n d I mp l e me n t a t i o n o f P o we r Li n e S e n s o r n e t fo r Ov e r h e a d T r a n s m i s s i o n Li n e s ．I E EE P o we r En g i n e e r i n g S o c i e t y Ge n e r a l Me e t i n g 2 0 0 9 ( P E S’0 9 ) ， 2 0 0 9 ， C a l g a r y ， US A， P P． 2 1 1 - 2 1 8 ． 【 8 ]赵增华， 石高涛， 韩双立， 舒炎泰， 周文涛， 陈建民． 基于 无线传感网络的高压输电线路在线监测系统[ J 】 ． 电力系 统自动化， 3 3 ( 1 9 ) ： 8 0 — 8 4 ， 2 0 0 9 ． 【 9 】9 刘芹， 王钢， 董镝， 李昭廷， 郝艳捧， 戴栋， 李立， 朱功辉， 罗兵． 线路在线监测的自组织自愈无线传感器网络方案 [ J 】 ． 高电压技术， 3 6 ( 3 ) ： 6 6 6 - 6 7 0 ， 2 0 1 0 ． [ 1 0 】桂勋， 冯浩． 基于无线公网和Z i g B e e 无线传感器网络技术 的输电线路综合监测系统I J 】 ． 电网技术 3 2 ( 2 4 0 - 4 3 ， 2 0 0 8 ． ‘● 童● ●蠡‘ 童● 童● 童● j童‘ 矗‘ 童● 蠡‘ 童● 岛‘ 童● ●岛● 矗‘ 矗● 出● 蠡‘ ． ． 蠡I 矗‘ ． k． 童I 【 上接第7 3 页】 参考文献： ⋯ 1 杨清泉， 刘春林． 塔机防碰撞及工作区域限制技术[ J 】 ． 建 筑机械， 2 0 0 4 ， ( 0 7 ) ： 7 8 — 8 0 ． 【 2 】刘晓胜， 周进． 塔机运行的关键控制算法研究[ J ] ． 科学技 术与工程， 2 0 1 0 ， 1 0( 2 4 ) ： 5 8 8 9 — 5 8 9 5 ． [ 3 】张亚磊， 段志善． 基于超声传感器和Ka l ma n 滤波的塔式 起重机防碰撞研究[ J 1 ． 起重运输机械， 2 0 1 0 ， ( 1 O ) ： 3 1 — 3 4 ． [ 4 】陈帮， 张洪涛． 基于嵌入式L i n u x 的塔机群防碰撞控制系 [ 8 2 1 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 -1 2 ( 下) 统[ J 】 ． 机电工程， 2 0 1 1 ， ( 3 ) ： 3 4 6 - 3 4 8 ． 【 5 】杨辉， 刘海龙， 高子洁． 基于AR M9 及Wi n C E 6 ． 0 的塔机安 全监控 系统 [ J 】 ． 计算机 测量与控制， 2 0 1 2 ， ( 1 ) ： 7 8 — 8 0 ． 【 6 ]6 杨福宝． 基于Z i g B e e 无线传感器网络节点的研究[ J ] ． 制 造业 自动化， 2 0 1 1 ， 3 3( 1 0 ) ： 8 5 — 8 8 ． 【 7 】郑夕健， 宋争艳， 谢正义， 费烨． 基于Z i g Be e 的塔机群控 无线通信系统实验研究[ J ] ． 机械工程与 自动化， 2 0 1 0 ， ( 5 ) ： 1 - 3 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m