传感网

本书围绕电力无线传感网技术创新应用，聚焦于低功耗无线传感网在发电、输电、变电、配电、用电等电力行业领域的应用，具体包括电力发电厂监测区域的事故预警、环境状态判断、劣化趋势分析，输电线路的电力巡检和运维管理，变电站内电力设备的运行状态、环境状态等在线监测，配电领域储能和配电自动化业务的监控和故障定位系统，用电采集和精准负荷控制业务的监测和分析管理等。介绍了无线传感网及其产业发展现状，概述了无线传感网主流技术，总结提炼了电力无线传感网在电力领域的应用情况，分析研究了电力无线传感网的应用价值和挑战，探讨提出了电力无线传感网技术应用发展趋势及建议。 无线传感网是大量的静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，可以感知、采集和处理信息，并将获得的详尽信息发送给需要的用户。 “十四五”期间，国家电网有限公司服务新型电力系统构建需求，将“全力推进电力物联网高质量发展”作为重点工作任务之一，其中的各项工作部署均离不开无线传感网的支撑。无线传感器网中众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等。潜在的应用领域可以归纳为军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。新型电力系统的一些重要的、需要被监控的设备上可以安装传感器，实时监控设备的运行状况。采用无线传感网络技术，将监测到的重要参数上传到集中处理平台，智能电力系统可以根据参数的变化，及时发现设备故障等，主动预防可能发生的各种事故。 与传统有线网络相比，无线传感网络具有很明显的优势，主要有：低能耗、低成本、通用性、网络拓扑、安全、实时性、以数据为中心等。无线传感网给电力行业带来应用价值的同时，也面临着极大的挑战。通用无线传感网技术无法满足某些特定的业务需求，变电站、输电线路等某些复杂的电力现场环境对于功耗控制、传输距离、组网灵活性等方面有特定需求，需要结合电力物联网的业务需求和应用场景来实现功耗和连接性能的协同优化；在终端接入和数据传输方面，设备和数据量均呈爆发式增长，海量数据给电力物联网带来了资源和数据传输带宽的压力；传感节点大多布置在户外环境中，恶劣环境和网络攻击均影响传感节点的运行和信息传递，因此，提升终端接入安全和抗干扰能力是保证电力物联网健康发展的重要基础；传感器小型化、无源化技术有待突破，利用电网沿线的磁场、电场、振动及温差等外部条件，实现微源取能是关键难点。为此，电力企业需要弥补现有的不足和短板，结合电力行业发展战略，研究低功耗无线传感网的网络与安全连接技术，全方位地提高感知数据的颗粒度、广度和维度，并持续积极探索基于人工智能的知识赋能、５G通信技术、基于边缘计算的技术、数据开发服务技术等方面融合发展。 联系人：陈姗姗 手 机：13261508443 邮 箱：chenshanshan@eptc.org.cn

4月11日，江苏电力科学研究院专业人员王真通过后台远程查看220千伏试验变电站实景。此前，江苏电科院在220千伏试验变电站完成电力设备宽带无线多跳传感网搭建，实现了宽带数据的无线多跳可靠传输，传输速率达10兆比特每秒，相邻节点间有效传输距离达数百米。

主要讲述在设备传感器领域的无线传感网标准设计与应用，重点围绕如何实现传感器微功耗接入、波形类大数据传感器如何接入、多跳组网、同步采样等问题进行详细介绍，介绍现场应用典型案例，并对无线传感网在输变电领域深化应用提出一些建议。他提到近年来，随着无线传感器在电力设备传感领域逐步扩大应用，电力企业也在逐步开展无线传感器网络的标准化建设。

在能源和电网数字化转型要求大背景下，作为我国电网核心资产的特高压直流输电换流阀设备正面临全面数字化的挑战。文章首先在梳理目前特高压换流阀设备数字化现状及其数字化提升意义基础上，结合目前研究热点——数字孪生及相关技术，提出了换流阀设备数字化的总体目标及其数字孪生体架构和数据基础构建方法。然后，为了实现换流阀设备底层数据的高可靠低成本获取，文章介绍了在特高压换流阀设备上开展高可靠低功耗无线智能传感关键技术应用研究的成果和经验，主要包括低功耗无线传感网络系统开发、多物理量智能传感器研制、验证测试等方面。最后，对换流阀设备数字化的思考和实践进行总结，对未来换流阀设备数字化工作进行了展望。

电力设备状态感知是提升电网安全运行水平、保障可靠供电的关键，超低功耗宽窄融合无线传感网络助力实现输变电物联传感器“去电池、无缆化”、宽窄带差异化感知终端统一接入，是电力设备状态感知的重要发展方向。报告首先从输变电设备物联网感知与通信需求出发，分析实现超低功耗、宽窄融合无线传感网络的技术挑战，在此基础上，提出了无线极简物理层、宽窄融合统一通信协议、轻量级安全连接核心思路，介绍了阶段研究进展，最后对发展趋势进行了展望。

近年来，声纹识别与声学诊断技术在电力和能源领域获得广泛关注。工业环境和场站现场通常存在较复杂的声场环境，现场采集信号易受到声波反射、干涉及传感器特性、装置结构、环境干扰等诸多因素影响，造成获取的声纹信号真实性、一致性和可靠性降低，对后端分析与识别应用造成干扰。汇报主要围绕传声器与传声器阵列在线组网条件下的声纹与声场信息采集问题，介绍其在在线监测和专业检测领域的应用；同时针对以声振信号为主的传感器网络在线系统实际应用中的难点问题（例如分布式传感器的采样同步，实时信号校准，标注交互等）的探索与尝试进行分享。

本项目的总体思路是：依托电力光纤网、物联网技术，提出基于电力光纤网的光纤式架空线路微气象监测架构，推动电力光纤传感与电力光纤通信深度融合，在架空线路微气象光感知技术及监测模型算法、无源免维护型装置等方面取得了突破。本成果创新点：1、提出了基于光纤光栅传感技术的架空线路微气象监测方案；2、提出了覆冰、风速、风向、光照、雨量、湿度、气压等微气象参量转化成光纤光栅波长参量的测量技术及监测模型算法；3、研发了8类微气象参量的光纤传感监测装置。本成果实现了线路微气象的高可靠、免维护的集成监测，解决了架空线路微气象传统监测的四大技术难题。累计获得国内授权发明专利9项，实用新型专利12项，软件著作权1项，发表SCI、EI论文8篇。本成果具有：①无源监测长期可靠易维护；②测量与通信融合抗干扰；③光复用技术便于监测集成。装置及系统可用时间从1年左右提升为4年，提高了电网防灾减灾能力和运行维护水平，推动了电网监测和通信技术的进步。

低功耗无线传感网对电力行业的信息通信、智能管理和采集控制提供了重要的数字化基础设施。本报告，首先介绍无线传感网相关的宏观政策，对无线传感网技术进行阐述，总结了无线传感网标准化现状及行业情况，并对目前主流的无线传感网通信技术进行对比描述。在此基础上，详述了低功耗无线传感网在发电、输电、变电、配电、用电等电力行业领域的应用情况，包括应用需求、应用现状、应用价值、应用难点和应用挑战。最后报告对低功耗无线传感网的发展方向和技术发展趋势进行说明。

国网公司自2021年启动数字换流站建设，经过三年迭代发展，构建了以“平台+APP”为主要特征换流站“最后一套系统”。本报告首先对山东公司数字换流站建设历程及基本情况进行介绍总结，指出开展换流站物联传感网络建设必要性。在此基础上，介绍宽窄带融合的换流站物联传感网络试点建设方案，并提出了融合物联传感技术的设备管理数字化转型构想。

电力智能传感器及传感网安全研究处于起步阶段，资源受限及应用现场缺乏低压供电导致对安全开销极其敏感，用户侧广泛部署更易遭受侧信道等物理攻击，利用感知机理或数据处理算法发起的新型攻击日渐增多。针对上述问题，结合现场特点、业务特征、设备能力及行业现状，分析电力智能传感器及传感网安全需求，构建安全技术体系，归纳总结电力智能传感器具备特殊需求的感知安全、存储安全、轻量级加密、身份认证、代码安全和固件安全等技术研究现状，提出发展建议，为构建安全、可靠的能源电力数据基座提供支撑。