金安橋水電站有限公司 浦璐妮

1 無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前經(jīng)常能看的無(wú)線通信技術(shù)含有公用的網(wǎng)絡(luò)、電力系統(tǒng)專用的網(wǎng)絡(luò)、自己組織的網(wǎng)絡(luò)和短程無(wú)線。公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括電信運(yùn)營(yíng)商的2G/3G/4G/5G、Nb-lot；電力系統(tǒng)專用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有230MHz頻段的網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)在自己組織的網(wǎng)絡(luò)包括WiFi網(wǎng)絡(luò)、ZigBee、6LoWPAN無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Lora，部分系統(tǒng)使用北斗短消息通信系統(tǒng)來(lái)完成監(jiān)控、還有藍(lán)牙與紅外通信。因?yàn)閃iFi和藍(lán)牙、紅外通信這些功能在短程無(wú)線通信技術(shù)被應(yīng)用于電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，文章里面不簡(jiǎn)述。需要注意的是，本文主要側(cè)重于無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，下面幾種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中心里面的構(gòu)造也不會(huì)對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)述。

1.1 基于公共網(wǎng)絡(luò)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在網(wǎng)絡(luò)方案中，擁有監(jiān)控終端的DTU經(jīng)過(guò)通信模塊連接到網(wǎng)絡(luò)基站，公共網(wǎng)絡(luò)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 公共網(wǎng)絡(luò)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.2 電力無(wú)線專網(wǎng)接入的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在服務(wù)器前添加安全連接平臺(tái)，在連接安全性、電力業(yè)務(wù)需求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)據(jù)分析，國(guó)家電網(wǎng)公司向工業(yè)和信息化部申請(qǐng)?jiān)黾宇l率資源，獲得了頻率資源的認(rèn)可，從2009年開始設(shè)立了230MHz的電力無(wú)線專業(yè)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在已經(jīng)有獎(jiǎng)近十個(gè)省、市和市已經(jīng)擁有LTE電力無(wú)線專網(wǎng)。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，能夠解決從電力網(wǎng)末端到最后公里的連接問(wèn)題，泛電在構(gòu)筑電力網(wǎng)初期建立包括C類和以上電源范圍內(nèi)地電力無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在開展電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要充分滿足物的實(shí)際使用功能，并且以節(jié)約投資為建設(shè)目的，避免造成更多的資源浪費(fèi)。為了提高節(jié)能效果，需要選擇現(xiàn)代化的節(jié)能設(shè)備，降低線路損耗，減少后期實(shí)際設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)的經(jīng)濟(jì)投入，全面提升設(shè)備運(yùn)行效率，達(dá)到電氣現(xiàn)代化設(shè)計(jì)目的。

1.3 基于北斗衛(wèi)星的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

北斗通信系統(tǒng)一般采用短波通信。通信頻率低，一般利用短波通信，在通用電力的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑初期，國(guó)家電網(wǎng)打算修建1000個(gè)以上的北斗基礎(chǔ)設(shè)施。

1.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種可以把移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的裝備，也可以用很慢的在很近的輸送無(wú)線上網(wǎng)協(xié)議，選擇最為適合的適用于其它可以進(jìn)行訪問(wèn)和物理的層面，最為要緊的特點(diǎn)就是速度慢、不費(fèi)電、資金少、還可以使用網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)、也能使用不同的網(wǎng)上拓?fù)?、?jiǎn)單易懂、穩(wěn)定又安全。

2 無(wú)線通信參數(shù)特性對(duì)比分析

2.1 通信模塊功耗、通信距離與速率方面

在沒有外部供電的情況下，通信模塊的功能消耗就成了很重要的因素。然而電力系統(tǒng)里面，當(dāng)需要高速時(shí)，就該先采用4G和5G；當(dāng)單跳距離要求較長(zhǎng)時(shí)，可選擇北斗、Lora和公網(wǎng)。就上面來(lái)說(shuō)，通信模塊的功能消耗，在使用的時(shí)候還應(yīng)對(duì)監(jiān)控裝置自己本來(lái)的消耗功能也要考量。

2.2 成本與安全性方面

ZigBee和Lora屬于自己的組織網(wǎng)絡(luò)，因此用以后支付數(shù)據(jù)費(fèi)，所以維護(hù)費(fèi)用少，其他網(wǎng)絡(luò)都要交數(shù)據(jù)費(fèi)用?？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ岣哒w電力系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)效果。工作人員需要提高對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的重視程度，合理改變變壓器的功率因素，達(dá)到節(jié)能效果。一般在無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中，可以采取三項(xiàng)互補(bǔ)的方法，但是在實(shí)際的工程電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中具備較多的大功率電氣設(shè)備，對(duì)于工作人員開展三項(xiàng)平衡設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求。為此，工作人員可以采取單向無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?，適量地加大經(jīng)濟(jì)投入，綜合考慮設(shè)計(jì)各方面因素，使得無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч玫匠浞职l(fā)揮。

3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

3.1 應(yīng)用場(chǎng)景劃分

電力物聯(lián)網(wǎng)無(wú)所不在的特點(diǎn)也在很大程度上起了關(guān)鍵性的作用，而且還要采集許多的電力設(shè)備信息，其中就有發(fā)電、輸電、配電、用電等不同的節(jié)點(diǎn)，而且監(jiān)督著一次設(shè)備與二次設(shè)備的全部信息。采用比較實(shí)用的計(jì)劃，先要把即將進(jìn)行收集的數(shù)據(jù)的輸送拖延、數(shù)據(jù)量也要全部區(qū)分。第一，具有高傳輸時(shí)延要求的信息，好像跟毫秒拖延一樣，要把不同的信息全部真實(shí)的傳輸。第二，對(duì)于不需要高傳輸延遲的信息，就跟秒時(shí)的拖延，把各種狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息傳輸。在開展工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要考慮的是適用性，即在滿足基本的電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行要求和運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，對(duì)整體的供電設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和完善，對(duì)設(shè)計(jì)的負(fù)荷容量進(jìn)行計(jì)算，保障整體電力線路的絕緣距離、絕緣強(qiáng)度等能夠符合實(shí)際的供電要求。同時(shí)，需要在供電設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)置相應(yīng)的防雷設(shè)備，提高整體工程電氣設(shè)計(jì)的安全性。

3.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)及其質(zhì)量評(píng)價(jià)

拿監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)講，根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)的重要程度、實(shí)時(shí)上傳來(lái)說(shuō)有著很大的區(qū)別，例如，故障數(shù)據(jù)必須上傳，常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未超限不能在信道擁擠的時(shí)候上傳。所以，網(wǎng)絡(luò)資源也有一定的局限性，就要考量一下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的品質(zhì)。所有的不同類型的應(yīng)用數(shù)據(jù)處理要通過(guò)由高到底的級(jí)別來(lái)解決，不然就會(huì)使得整個(gè)通信的通道擁擠，對(duì)上傳重要信息有一定的影響。另外，在傳輸線路發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中里包含的許多的不同節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻發(fā)生“井噴”，就很容易產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)，也會(huì)使其比較擁擠，我們就能選擇在通信協(xié)議的傳輸和應(yīng)用的層面，采取一種預(yù)防擁堵的辦法，從整體上進(jìn)行防御擁塞，保證整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)品質(zhì)。

4 應(yīng)用案例分析

4.1 應(yīng)用需求與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以超高壓輸電線路設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)需要對(duì)絕緣子泄漏電流、導(dǎo)線電流、導(dǎo)線張力、接頭溫度、導(dǎo)線舞動(dòng)等信息進(jìn)行監(jiān)督，并對(duì)使用范圍實(shí)行了調(diào)研分析?？梢岳矛F(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)提高電力系統(tǒng)工程設(shè)備安裝位置的精確度，比如BIM技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、視覺掃描和檢測(cè)技術(shù)等?，F(xiàn)代化電氣工程設(shè)備安裝的視覺掃描和檢測(cè)技術(shù)取代了傳統(tǒng)的人力視覺觀察，對(duì)電力系統(tǒng)工程安裝施工過(guò)程進(jìn)行多種部位的特征提取，然后與后臺(tái)龐大且全面的安裝知識(shí)進(jìn)行融合對(duì)比，最終提供更加專業(yè)的設(shè)備安裝建議，充分保障了電力系統(tǒng)工程的安全運(yùn)行。

4.2 通信策略設(shè)計(jì)

第一從硬件方面來(lái)說(shuō)，采集板的控制傳輸程序和無(wú)線模塊的傳輸控制程序有不一樣等級(jí)，所有的數(shù)據(jù)都會(huì)有因?yàn)榈燃?jí)不同而影響服務(wù)的先后順序。傳輸信息的先后順序有四種，順序信息由高到低依次傳輸，由報(bào)警信息、按時(shí)發(fā)送報(bào)文、隨時(shí)抽查較長(zhǎng)的報(bào)文、按時(shí)檢測(cè)的報(bào)文，四個(gè)優(yōu)先小組對(duì)應(yīng)于四種優(yōu)先類型。

第二從軟件方面來(lái)說(shuō)，在采集板上，信息分為四類：危險(xiǎn)的事故、有點(diǎn)事故、好像存在的問(wèn)題和正常數(shù)據(jù)這四種，而且有了故障信息集生成，包裝報(bào)警信息，還要把故障信號(hào)樣本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地閃存中，后臺(tái)引用，服務(wù)器軟件接收到報(bào)警信息之后，接收到報(bào)警信息后進(jìn)行報(bào)警。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，利用定位算法確定故障點(diǎn)附近的通信節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)故障嚴(yán)重程度查詢閃存中的故障記錄數(shù)據(jù)。

結(jié)束語(yǔ)：本篇論文介紹了電力系統(tǒng)中幾個(gè)比較特別的無(wú)線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，匯總了不同種類的無(wú)線通信技術(shù)的特質(zhì)。把無(wú)線通信技術(shù)的耗能、通信的距離、信息輸送時(shí)的安全方面、信息傳輸?shù)乃俣取⒔⒑宛B(yǎng)護(hù)的資金等方面進(jìn)行了比較，以及各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)。也列出了在信號(hào)的籠罩范圍、供電、通信速率、數(shù)據(jù)量、設(shè)備分布等方面的能不能在不同的狀態(tài)下適配；本文提出了在不一樣的時(shí)期、不一樣的情況下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略，并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。