无线传感器网络在电力系统通信中的应用

无线传感器网络在电力系蛔信中的应用赵国辉【摘要】为提高电力系统的故障检测与定位水平，提出一种用于电力系统故障检测的无线传感器网络体系结构、安装和配置方案。介绍无线传感器网络系统的时间同步方案，结合多智能体理论，详细探讨无线传感器网络的协同方法。%Inordertoimprovefaultdetectionandorientationinpowersupplysystem,anarchitecture,installationanddeploymentschemeofwirelesssensornetworkappliedinpowersystemispresentedforpowerfaultdetectionandlocation.Thisarticledealswiththetimesynchronizationschemeofthesystem.Incollaborationwiththemultiintelligentagenttheory,collaborationtechniqueofthewirelesssensornetworkisstudiedindetail.【期刊名称】《农业科技与装备》【年(卷)，期】2012(000)008【总页数】3页(P60-62)【关键词】无线传感器;时间同步;协同;故障诊断【作者】赵国辉【作者单位】吉林省九台市农电有限公司，吉林九台130500【正文语种】中文【中图分类】TP212通信是电力系统的重要功能之一，是电网调度自动化、电网运营智能化和电网管理信息化的基础。在电力市场化的大背景下，需要用一个高性能的数据通信网络来实现广域网环境下调度主机、各厂站主机、IED之间的直接、快速、准确信息交换［1］。而无线传感器网络的出现迎合了电力系统在通信方面的要求，为其提供一种可靠、优质的通信平台。在电力系统网络化、信息化技术高速发展的当下，研究无线传感器网络在电力系统中的应用具有十分重要的意义。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时检测、感知和采集各种对象信息，并对数据进行处理。无线传感器网络是由大量廉价、密集的智能无线传感器节点构成的一种无线通信网络。无线传感器网络没有固定的基础设施，通过节点多跳（Multi-hop）方式形成一种分布式无线通信网络。网络中所有节点地位相等，都承担主机和路由的功能。每个传感器节点都具有报文的收发功能，当两个节点受传输范围限制不能通信时，可以通过中间节点进行转发。根据检测对象的不同，无线传感器的网络节点安装配置在不同的电力系统设备上（如电力传输线、变压器、断路器、电抗器等）［2］，用来测量不同的对象信息（如变压器的油温、相电流、断路器的状态等）。得到需要的数据信息后，可以在无线传感器网络中进行分布式处理，也可以通过网关传送到控制中心进行处理。图1为一个无线传感器网络节点在电力系统中的配置。其中空心圆圈为无线传感器节点，实心圆圈为汇聚节点，黑方框为网关。从网络的拓扑结构上来看，应用于电力系统中的无线传感器网络通常为分层分布式网络架构（如图2所示）［3］。无线传感器网络结构包含无线传感器网络层和区域管理层。无线传感器网络层中的节点主要完成数据的采集、处理，并将数据信息传送给对应的管理节点，同时完成从管理节点传送过来的任务。区域管理层中的网络节点的主要任务有：1）汇聚该节点所负责的传感器节点的数据信息，基于局部数据信息，进行分布式处理；2）接受用户指令，向无线传感器网络层发送控制命令和其他信息；3）转发采集到的数据信息给用户终端，返回局部信息的处理结果；4）交互不同区域单元的无线传感器网络的数据信息，进行协同处理。无线传感器网络是一个分布式网络系统，时间同步是其协同工作的重要基础。现基于应用于电力系统故障检测的无线传感器网络系统［4］，给出一种新的时间同步方案。当电力系统发生故障时，线路会产生向线路两端传播的行波。利用故障时的行波信号［5］，设计一种新的无线传感器网络时间同步方案。仿真试验结果表明，该时间同步方案能满足电力系统故障检测对时间同步性的要求。为节省无线传感器网络的能量损耗，应用于电力系统的无线传感器节点通常不要求同步，各个节点根据本地时钟记录无线传感器节点的采样数据信息。当电力系统发生线路短路故障时，无线传感器节点通过行波传感器捕捉线路上的行波信号，并记录该信号的本地时间。设节点u捕捉到行波信号的本地时间为T0，将T0作为该传感器节点的逻辑时间原点，则网络中的各个节点根据其逻辑时间原点进行时间同步。根据节点配置的空间区域，无线传感器网络可以划分为不同的域，每个域又可以根据其拓扑结构划分为不同的簇。从确定的系统应用来说，无线传感器网络可以看作由许多特定信念、期望、意图和能力的智能体（节点）组成。每一个节点通过自身（或与其他节点交互）决策在特定情形下的行为。在无线传感器网络中，每一个智能体都会根据对应的环境建立其内部模型，对应不同的应用、网络协议和算法；同时，一些智能体能够建立协作模型，并对有关模型进行推理。基于智能体的无线传感器网络框架如图3所示。无线传感器网络中的多智能体由状态、控制逻辑、感知器和执行器四部分组成。每个智能体都有自己的工作状态，用控制逻辑构成行为意识（即无线传感器网络中的节点都是一个自治的计算实体），且都拥有一个传感器，用来感知夕卜部的数据信息或通过无线模块接收控制信息、其他节点的环境信息。无线传感器网络可以通过执行器作用于外部环境。将该协调方法用于电网故障诊断时，是一个分层分布式决策系统，以簇为最小决策单位。整个决策过程（如图4所示）分为簇级、域级和系统级3个级别。通过簇内节点协同决策（簇决策）和簇间节点协同决策，给出基于簇的决策结果（簇的观点，ClusterOpinion），并传输到域单元；域单元综合域内各簇的决策观点，给出域的决策结果，传输到系统单元（控制中心、用户终端等）；系统单元综合分析各个域的决策结果，得出最终的电网故障诊断结果。簇间协同主要完成两方面的工作：1）相邻簇之间线路的状态监测；2）同一域内不同簇之间的数据融合、联合决策，以提高故障诊断的可靠性。系统综合各个相关域的诊断信息、开关和断路器状态信息以及系统级的专家知识库，给出最后的诊断结果，并通过网关智能体、人机界面发送给调度员。仿真结果表明，利用无线传感器网络进行电力故障检测和定位的方法简单、可靠，能够完成检测和定位。相对于其他的常规同步机制来说，行波同步机制可以实现大范围高精度的全网同步，且系统开销非常低，在同步过程中不占用信道资源。基于多智能体理论的无线传感器网络的协同方法，可以用无线传感器网络检测电网中每一条线路、每个运行设备的运行情况，通过节点、设备在不同层面上的通信、协同，实现电力系统运行的实时监控。【相关文献】朱永利，黄敏，邸剑，等.基于广域网的电力远动系统的研究[J].中国电机工程学报,2005,25（7）:119-124.朱敬华，高宏.无线传感器网络中能源高效的任务分配算法[J].软件学报,2007,18（5）:1198-1207.葛耀中.新型继电保护