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【摘 要】基于我国具体国情的电力系统智能监控的标准方案的探讨与建议。提出基于我国国情的智能电网的新一代的宽带无线移动通信网。研究并设计网络拓扑结构，由于我国地域广阔，各地区发展不平衡，智能电网必须要有一个健壮的，易恢复，具有一定智能型的网络结构，针对这一情况，将文中构思一个面向智能电网的无线传感器网络、TD-SCDMA 的混合型网络拓扑结构。
【关键词】智能电网;通信传输;通信网
1.建立面向智能电网的传感网体系结构研究
针对智能电网的输、配、变、用等环节，提出具有自主知识产权的关键技术，并提出我国的智能电网的方面的相关标准。该方案可以实时对电网设备，如：电力设备/线路/塔杆，进行智能监控防护、提高高压输电效率、保障电力线路/塔杆/设备安全、实时动态精确计量、电网与用户智能交互、信息获取、共享与安全等需求。综合智能监控、计量及电网与用户交互、可有能源接入、智能电表接入的综合系统，实现对输、配、变、用等环节的电网设备/线路/塔杆、用户用电设备的工作状态和工作环境、安全等方面的实时监测以及相关数据的计量，在保障安全前提下降低输电余量，提高电网与用户智能交互程度，完善传感网智能电网应用子集设计、产品定义和系统解决方案，推动相关标准的制定。
短距离与传感器网络是新一代无线通信中的热点领域，具有广阔的市场前景和潜力。智能电网的建设是我国电网建设的重要目标，它可以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、绿色的使用电能。能够解决电能远距离传输效率低、应对认为破坏、大规模停电等问题。利用无线传感器网络的数据实时自动获取、自动组网、抗干扰能力强、自愈能力强等功能可以很好的解决智能电网建设中的主干问题。
无线传感器网络不同于传统的有线网络，它能够实时的采集并检测实际系统或环境中的参数，并传递给系统需求者。并且该网络具有自组织性、抗干扰能力强、自愈性好等特点，能够保证系统的稳定性、健壮性。在与电网中结合应用时，首先需要搭建一个提供应用的基础信息平台。在一些电线杆上、变电站里安装传感器节点，用于采集电力设备的状态参数。利用TD-SCDMA技术对变电站收集的初步处理的数据进行远距离传输。并在传输的过程中进行相应的数据存储和压缩，然后再向上传输。从而形成一个分层的数据传输管理网络，最后将具有一定语义的数据传输到数据需求者。
2.建立面向智能电网的传感网安全体系研究
由于无线传感器网络自身的一些特点，为路由协议等安全机制的设计和实现带来了前所未有的挑战，WSN因为以下几点使路由协议变得复杂：
①节点资源高度受限。为了降低网络部署成本，传感节点在计算能力、存储空间、通信能力(包括通信带宽和通信范围)，特别是电池寿命方面受到很大的约束，从而制约了在传感节点所能采取的加密、解密以及认证措施，并引入了传统安全机制的适用性问题。例如，计算密集型的公开密钥系统的适用性问题。
②面临更大的物理安全问题。传感节点通常被部署在无人看管的区域，易受到各种物理攻击，传感节点易被捕获。
③采用无线通信方式，使得网络易遭到窃听、非授权访问、假冒、重放和拒绝服务攻击。
④传感节点除了具有路由器功能之外，还具有传统路由器所不具有的功能，即将巨大的源数据汇集成有用的数据，这通常需要在通信节点间建立信任关系。
3.面向智能电网的传感网环境感知、数据采集技术研究
智能电网的一大重要机能是对电网的各个节点进行监控，各个节点必须能够准确的给出该节点的各类信息，包括电力数据本课题的主要研究对象是电力数据的采集智能电网的传感网采集电网各个节点的电力数据（包括能量、功率、电压、电流、频率、相位、功率因素、谐波成分等）、电力异常（失压、缺相、窃电等）以及环境信息（包括温度、湿度、气压以及图像信息等）。环境信息测量可采用成熟技术实现。电力数据的采集需要解決几个关键问题：
（1）大动态范围下高精度计/测量，电能传输和使用过程中，电压信号通常为稳定数值（例如220V），但是电流信号有着极大的动态范围，通常用户节点就需要达到1：1000的动态范围，而在一些关键节点，动态范围要求会进一步提高，在如此宽的动态范围内，电能计量提出了能量1‰，有效值1%以上的精度要求，这就要求设计高精度、高动态范围的ADC和位宽足够的数字处理系统。
（2）谐波测量：电力线上在50Hz基波信号之外通常存在3、5、7……等高次谐波，这通常是由于使用非线性器件导致，并成为了对电网的主要污染之一，必须有手段对各个节点的谐波含量、分布进行测量，并将各个节点的数据进行谐波潮流分析，帮助寻找谐波污染源帮助电网治理。谐波测量的主要手段包括FFT频谱分析和滤波器组两种方案，FFT方案必须解决同步采样的实现问题，滤波器组则必须在硬件代价和测量精度之间找到合理的平衡点。
（3）无功测量：无功能量是电网污染的另一个主要来源，简单的移相方法只能测量基波无功能量，必须采用对所有频率信号有相同相移和增益的滤波器才能准确计量各次谐波的无功能量。
4.面向智能电网的传感网信息处理技术研究
由于无线传感器网络采集的数据是流数据，它是连续的、无限的、快速的、随时间变化的数据元素，而且许多是相似的数据，因此需要建立一种新型的数据模型来描述，并提供相应的操作，从而方便上层应用程序对数据的调用访问。根据智能电网的特点，传感器节点所要收集的数据将是多样的。不仅有电流相关的数据，还有一些列的图像，温度，压力，湿度的数据，系统需要通过这些数据对整个电网的运行情况，包括各个设备的使用。因此智能电网的控制系统对信息的处理能力要很强，同时对传感器网络的信息数据处理技术的要求也很高。由于无线传感器网络将实时产生大量的数据，首先要对这些数据进行压缩。现有的研究成果包括：利用数据缓存技术来解决数据流查询的精度和执行之间的平衡问题；利用概率查询评估方法，对查询结果设定置信度，从而量化记录数据的不确定性；利用线性回归进行数据流的多维分析；利用基于线性回归的多维数据之间的相关性对数据进行近似压缩传输；但这些方法中的一个特点是压缩率不是很高，针对本问题我们提出了一种新的数据压缩技术，将曲线分段拟合同数据流传输相结合来实现数据的压缩传输。在数据流压缩传输中，很多情况下某一段时间段内数据的变化符合某种模式，如果对每个时间段进行拟合处理，不但增加了拟合的负担，而且往往显得多余。因此可以采用对数据进行验证的办法。比如可以设定一个门限值，如果新的数据仍然采用上一个拟合函数，并且误差小于门限值，则可以不进行曲线拟合，而采用上一个拟合函数。这样既大大提高了效率，而且节省了能源。对于该课题，采用半分布式的数据管理结构。因为如果是完全分布式的，每个节点的功能要求基本相同，而且计算存储能力接近于普通计算机的能力。这对于本系统不合适，采用半分布式的结果，数据采集利用普通的传感器节点，而将网关节点放在各个变电站处，节点的处理能力更强。这样有利于提供一个分层的、功能不同的系统结构。■
【参考文献】
［１］唐作吟,何建华,杨宗凯.802.11无线局域网的媒体接入机制性能分析[J].华中科技大学学报(自然科学版),2003,(01)．
［２］曾文,王宏,徐皑冬.超宽带技术在工业通信中的应用研究[J].仪器仪表学报,2006,(S1)．
【关键词】智能电网;通信传输;通信网
1.建立面向智能电网的传感网体系结构研究
针对智能电网的输、配、变、用等环节，提出具有自主知识产权的关键技术，并提出我国的智能电网的方面的相关标准。该方案可以实时对电网设备，如：电力设备/线路/塔杆，进行智能监控防护、提高高压输电效率、保障电力线路/塔杆/设备安全、实时动态精确计量、电网与用户智能交互、信息获取、共享与安全等需求。综合智能监控、计量及电网与用户交互、可有能源接入、智能电表接入的综合系统，实现对输、配、变、用等环节的电网设备/线路/塔杆、用户用电设备的工作状态和工作环境、安全等方面的实时监测以及相关数据的计量，在保障安全前提下降低输电余量，提高电网与用户智能交互程度，完善传感网智能电网应用子集设计、产品定义和系统解决方案，推动相关标准的制定。
短距离与传感器网络是新一代无线通信中的热点领域，具有广阔的市场前景和潜力。智能电网的建设是我国电网建设的重要目标，它可以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、绿色的使用电能。能够解决电能远距离传输效率低、应对认为破坏、大规模停电等问题。利用无线传感器网络的数据实时自动获取、自动组网、抗干扰能力强、自愈能力强等功能可以很好的解决智能电网建设中的主干问题。
无线传感器网络不同于传统的有线网络，它能够实时的采集并检测实际系统或环境中的参数，并传递给系统需求者。并且该网络具有自组织性、抗干扰能力强、自愈性好等特点，能够保证系统的稳定性、健壮性。在与电网中结合应用时，首先需要搭建一个提供应用的基础信息平台。在一些电线杆上、变电站里安装传感器节点，用于采集电力设备的状态参数。利用TD-SCDMA技术对变电站收集的初步处理的数据进行远距离传输。并在传输的过程中进行相应的数据存储和压缩，然后再向上传输。从而形成一个分层的数据传输管理网络，最后将具有一定语义的数据传输到数据需求者。
2.建立面向智能电网的传感网安全体系研究
由于无线传感器网络自身的一些特点，为路由协议等安全机制的设计和实现带来了前所未有的挑战，WSN因为以下几点使路由协议变得复杂：
①节点资源高度受限。为了降低网络部署成本，传感节点在计算能力、存储空间、通信能力(包括通信带宽和通信范围)，特别是电池寿命方面受到很大的约束，从而制约了在传感节点所能采取的加密、解密以及认证措施，并引入了传统安全机制的适用性问题。例如，计算密集型的公开密钥系统的适用性问题。
②面临更大的物理安全问题。传感节点通常被部署在无人看管的区域，易受到各种物理攻击，传感节点易被捕获。
③采用无线通信方式，使得网络易遭到窃听、非授权访问、假冒、重放和拒绝服务攻击。
④传感节点除了具有路由器功能之外，还具有传统路由器所不具有的功能，即将巨大的源数据汇集成有用的数据，这通常需要在通信节点间建立信任关系。
3.面向智能电网的传感网环境感知、数据采集技术研究
智能电网的一大重要机能是对电网的各个节点进行监控，各个节点必须能够准确的给出该节点的各类信息，包括电力数据本课题的主要研究对象是电力数据的采集智能电网的传感网采集电网各个节点的电力数据（包括能量、功率、电压、电流、频率、相位、功率因素、谐波成分等）、电力异常（失压、缺相、窃电等）以及环境信息（包括温度、湿度、气压以及图像信息等）。环境信息测量可采用成熟技术实现。电力数据的采集需要解決几个关键问题：
（1）大动态范围下高精度计/测量，电能传输和使用过程中，电压信号通常为稳定数值（例如220V），但是电流信号有着极大的动态范围，通常用户节点就需要达到1：1000的动态范围，而在一些关键节点，动态范围要求会进一步提高，在如此宽的动态范围内，电能计量提出了能量1‰，有效值1%以上的精度要求，这就要求设计高精度、高动态范围的ADC和位宽足够的数字处理系统。
（2）谐波测量：电力线上在50Hz基波信号之外通常存在3、5、7……等高次谐波，这通常是由于使用非线性器件导致，并成为了对电网的主要污染之一，必须有手段对各个节点的谐波含量、分布进行测量，并将各个节点的数据进行谐波潮流分析，帮助寻找谐波污染源帮助电网治理。谐波测量的主要手段包括FFT频谱分析和滤波器组两种方案，FFT方案必须解决同步采样的实现问题，滤波器组则必须在硬件代价和测量精度之间找到合理的平衡点。
（3）无功测量：无功能量是电网污染的另一个主要来源，简单的移相方法只能测量基波无功能量，必须采用对所有频率信号有相同相移和增益的滤波器才能准确计量各次谐波的无功能量。
4.面向智能电网的传感网信息处理技术研究
由于无线传感器网络采集的数据是流数据，它是连续的、无限的、快速的、随时间变化的数据元素，而且许多是相似的数据，因此需要建立一种新型的数据模型来描述，并提供相应的操作，从而方便上层应用程序对数据的调用访问。根据智能电网的特点，传感器节点所要收集的数据将是多样的。不仅有电流相关的数据，还有一些列的图像，温度，压力，湿度的数据，系统需要通过这些数据对整个电网的运行情况，包括各个设备的使用。因此智能电网的控制系统对信息的处理能力要很强，同时对传感器网络的信息数据处理技术的要求也很高。由于无线传感器网络将实时产生大量的数据，首先要对这些数据进行压缩。现有的研究成果包括：利用数据缓存技术来解决数据流查询的精度和执行之间的平衡问题；利用概率查询评估方法，对查询结果设定置信度，从而量化记录数据的不确定性；利用线性回归进行数据流的多维分析；利用基于线性回归的多维数据之间的相关性对数据进行近似压缩传输；但这些方法中的一个特点是压缩率不是很高，针对本问题我们提出了一种新的数据压缩技术，将曲线分段拟合同数据流传输相结合来实现数据的压缩传输。在数据流压缩传输中，很多情况下某一段时间段内数据的变化符合某种模式，如果对每个时间段进行拟合处理，不但增加了拟合的负担，而且往往显得多余。因此可以采用对数据进行验证的办法。比如可以设定一个门限值，如果新的数据仍然采用上一个拟合函数，并且误差小于门限值，则可以不进行曲线拟合，而采用上一个拟合函数。这样既大大提高了效率，而且节省了能源。对于该课题，采用半分布式的数据管理结构。因为如果是完全分布式的，每个节点的功能要求基本相同，而且计算存储能力接近于普通计算机的能力。这对于本系统不合适，采用半分布式的结果，数据采集利用普通的传感器节点，而将网关节点放在各个变电站处，节点的处理能力更强。这样有利于提供一个分层的、功能不同的系统结构。■
【参考文献】
［１］唐作吟,何建华,杨宗凯.802.11无线局域网的媒体接入机制性能分析[J].华中科技大学学报(自然科学版),2003,(01)．
［２］曾文,王宏,徐皑冬.超宽带技术在工业通信中的应用研究[J].仪器仪表学报,2006,(S1)．