无线传感网

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

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。

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。

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。

本文应用Zigbee无线传感器网络技术对传统路灯控制节点进行改进，设计了一套智能照明系统。整套系统硬件包括路灯节点和路由节点两部分。可通过上位机程序，实现对路灯开关状态、环境光强、路灯寿命和故障报警等进行远程监测，同时可以对路灯的开关，工作时间，亮度等状态进行远程控制，有效的解决了路灯系统的监测难，排查难的问题，实现了城市照明的智能化控制。

依据电网公司设备智能运检体系规划，智慧输电线路建设，通过电力传感器、无线传感网、人工智能、边缘计算等技术手段的应用，构建输电线路设备物联网，实现设备立体感知、通道全景监控、数据云边处理、状态辅助预判、安全智能管控、运检效益提升，推进输电专业管理模式向更智慧、更高效和更安全，推动坚强智能电网和电力物联网的深度融合，打造具有中国特色国际领先的能源互联网。

中通过搭建具有动态感知、快速响应和稳定可靠的智能光纤环网，对电力通信线路进行布点布控，实现对电力通信线路走廊、电力铁塔和周围环境等的实时监控。基于电力光纤环网智能基站的泛在电力物联网“高速公路”，不仅可以为电力通信线路巡检提供高速、可靠、稳定和经济的通道保障，同时，还提供无线接入热点，实现线路周围2～3km范围内的无线网络覆盖，随着泛在电力物联网的进一步发展，还可以为智能配用电、智能调度控制、输变电智能化和电力增值服务提供通道保障。

近日，由中国电力科学研究院研发的链路动态自愈低功耗无线传感网络系统在国家继电保护及自动化设备质量检测监测中心通过了型式试验与性能检验，达到正式投用标准。