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探析气象传感监测技术在电网中的应用

摘要：因极端灾害性天气事件频繁出现，对电网安全稳定运行的影响较大，有必要加强电力气象及气象传感器监测技术方面的研究。本文在气象传感监测技术发展的基础上，重点研究了气象传感监测技术在电网中的应用，最后则是探讨了气象传感监测技术发展特点，仅供相关部门进行参考借鉴。
关键词：电力气象 气象监测技术 发展 应用
引言
因全球气候变暖现象不断加剧，电网运行同气象条件的关系愈发密切。随着电网中新能源占比不断增加，其运行的不确定性增加了电网运行和管理的难度。近年来，极端天气气候事件频繁出现，致灾程度日益严重，由其引发的雷击、滑坡、泥石流等灾害造成的电网故障超过了60%。气象条件已逐渐成为影响电网安全运行的首要因素。科学技术水平的提升，使得气象传感监测技术不断发展进步，是大气科学研究、天气预报及灾害预警业务发展的基础所在。
1、气象传感监测技术发展
1.1气象监测数据功能
气象监测数据可对大气运动特征、物理机制和化学变化的直接资料，是开展气象预报、灾害预警、气候预测评估及各种类型专业气象服务的基础。气象传感器是气象监测的核心设备，在实验仪器上进行搭载或直接封装，可收集各种气象要素数据信息。气象监测数据的功能主要包括三方面：其一是准确监测常规天气、灾害性天气和气候，是研究气象业务和大气机理的基础；其二是可为天气预报、气候预估、灾害预警等工作提供观测场资料信息；其三是可以校准气象预报预警结果，不断增强预报预警的精确度水平；其四是评价气候预测和气象预报预警的唯一标准，可对气象服务水平进行可观评价。
1.2气象传感技术原理
对气象要素大小进行确定是监测仪器的必要条件。气象传感技术需对待检测的物理量可及时响应，并量化和记录需要响应的结果。监测仪器作为完成监测气象要素的物理设备，需要软件和硬件的支撑，以获取精准的数据信息。气象传感监测系统原理是传感器对所监测的特定参数作出响应。某些情况下需在变换器的基础上对能量进行转化，将传感器响应转化为有利于观测开展的方式。
2、电力气象传感技术在电网中的应用
2.1光纤传感器技术的应用
对于光纤传感技术来说，其优点是绝缘性好、抗干扰能力强、无需使用额外电源，可基本满足无源化和自动化的发展趋势，同时还可以对输变电线路的微气象条件进行有效监测。对于光纤风速传感器来说，在两片距离较近的铁片上固定光纤光栅传感器，其中前端铁片可自由活动，而后端贴片的位置则固定不动，且两铁片之间互不接触。在迎风情况下，当传感器挡板受到风的压力时，因受力造成前端铁片朝着后端铁片的方向移动，将挡板受到的压力转化成光纤传感器的波长漂移。结合风压 与风速 之间的关系， ，其中 表示系数，同传感器设计结构之间有较大关系，在确定该数值时可以根据风洞实验； 则是空气密度。传感器挡板受到的压 力为： 其中 表示挡板面积，通过对挡板受到的压力 进行测量，就能根据上述公式计算出实时风速数据。
2.2无线传感器网络技术应用
在无线传感器网络技术的基础上，对电力气象传感网进行组建，通过气象传感器来监测电力情况。电力气象传感网涵盖了无线组网间断性、移动性和多跳性特征，在组网方面的网络规模较大、动态性强、方便部署和高密度等特点。对于电力气象传感网来说，其监测流程主要包括：传感器节点可以完成输变电线路或设备微气象信息，气象专业传感器作为传感器节点的核心，将其搭配无线数据处理和发送模块可以完成封装；传感器节点在将自身采集的数据发送到通信基站外，还要对其他传感器节点采集的数据进行中转，以自组织、多跳方式来收集和发送电力气象数据，并在汇聚节点上汇集所有传感器节点的数据；传感器节点的气象监测数据在传输到汇聚节点后，以互联网或者网络为依托，向支撑应用的远程服务器发送数据信息。
2.3智能传感技术的应用
智能传感器主要是在微机电系统基础上研发的，具有体积小、成本低、损耗低、集成度较高、性能稳定等方面的特点，在监测输电线路的过程中，不仅可以监测周边温湿度、风向风速、降水量等气象要素数据信息，还能对绝缘子串拉力、倾斜角、风偏角等线路运行情况进行观测。在采集输电线路运行数据的过程中，智能传感器的主要优点包含数据稳定、抗干扰能力强、测量精确高，可确保电网系统正常运行，同时还方便故障诊断。在对输电线路进行气象监测中，主要是获取温湿度、风向风速、降水量等气象数据信息。
2.4输变电设备物联网的应用
所谓的输变电设备物联网就是将智能化输变电设备作为基础，将蓝牙、GPRS等通信技术和云计算进行结合的智能化信息处理技术，可以整合集成输变电设备运行状态、气象、环境等不同方面的信息，进而对输变电设备的状态进行智能感知、数据灵活传输和运行动态控制的电力系统应用网络。智能感知层和数据通信层作为输变电设备物联网的核心，智能感知层包含了智能传感器、红外感应器和电子标签等，可以采集输变电线路、绝缘子、杆塔等运行状态和微气象环境信息；通过数据通信层可以为数据提供对应的传输通道，在有线网或无线网条件下来划分逻辑子网的过程中，均需要结合流量和传输路径，进而确保传输网络的准确性和实时性水平。
3、电力气象传感技术发展特点
3.1监测装置的集成化
当前，采集和传输气象要素数据是电力气象传感器监测装置的主要功能，通过接入网关来实现数据的分析和计算。未来在采集、质量控制、分析和预报预警等气象监测数据的模块中，会在气象传感监测装置中逐步进行集成，同时集成数据加密和协议转换等功能，气象传感监测装置会逐渐朝着小能耗、小体积、长寿命、高可靠、集成化的方向发展。
3.2电力气象传感监测布局的网络化
对于电力物联网来说，其对气象信息感知的广度、深度及密度提出了更高的要求，在气象传感监测装置集成化和监测信息处理智能化发展的基础上，结合输电线路特点，在监测区域内对气象传感器网络进行构建，通过最小的经济投入不断优化最大监测范围的覆盖，进一步提升电力气象的监测效率，以实现覆盖范围广、监测站点少且观测质量高的目标。
3.3监测信息的智能化
对于传统的气象传感监测来说，只能采集简单的数据信息，而在数据质量控制、初步分析和预报预警等方面均需依赖人工经验和后台服务器计算，其工作强度极大且时效性不强，处理监测信息的效果不甚理想。在先进传感器技术的基础上，可有效监测各种类型的电力系统运行数据，如何通过智能算法进一步增强数据价值是电力物联网研究的重要领域。在未来发展过程中，以边缘计算为代表的智能算法将应用到电力气象监测中，并将装置域和网络域作为重点计算对象，以对海量的气象监测数据进行初步筛选、研判和优化等，可确保气象监测数据的可靠性水平得到提升。
参考文献：
[1]靳双龙,迟永宁,王勃,等.气象传感监测技术在电网中的应用研究[J].电力信息与通信技术,2020,18(4):84-90.
[2]黄新波,蒋兴良.智能电网输电线路在线监测技术进展[J].广东电力,2014,27(6):72-76.

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