无线传感器网络应用于智能电网的探讨
无线传感器网络技术在智能电网中的应用
无线传感器网络技术在智能电网中的应用第一章简介无线传感器网络技术（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式的、微型的、可配置的无线传感器节点构成的网络。
在WSN中，每个节点都具有一定的感知能力、通讯能力和计算能力。
同时，这些节点还能够自组织，形成一个全局的网络结构。
WSN在国防、环境监测、智能建筑等领域中有着广泛的应用，而在智能电网中的应用也越来越受到关注。
第二章智能电网的概念及其特点智能电网是一种在电力生产、输电、配电和终端使用等环节中应用新技术、新设备、新管理方法，以提高电网运行效率、安全性、可靠性和灵活性为目的的高级电力供应系统。
具体来说，智能电网的特点包括：（1）单向供电转向双向供电；（2）包括分布式发电、储能和用电等多个方面；（3）细粒度调度，以达到最佳的能源利用效率；（4）网络化架构，使各个设备之间能够实现信息共享。
第三章无线传感器网络技术在智能电网中的应用3.1 监测和控制在智能电网中，将大量无线传感器节点部署在电力生产、输电、配电环节中，可以实时地对电力设备的状态进行监测，并采用自动控制方法，对设备进行故障诊断、预警和控制，从而提高电网运行的安全性和可靠性。
例如，在太阳能光伏电站和风力发电场中，可以通过WSN实现对发电效率、电量以及组件状态等方面的监测和控制。
3.2 能源管理WSN在智能电网中还可以用于能源管理。
通过部署大量的无线传感器节点，对能源消耗情况、能源生产情况以及能源分配情况进行实时监测和控制，从而实现对电力资源的高效利用。
此外，WSN还可以用于能源优化调度，在电力供需不平衡的情况下，通过对能源消耗和生产情况进行精细调度，保证电力供应的稳定性和可靠性。
3.3 市场化交易智能电网的发展不仅仅是一种技术革新，还伴随着能源市场的变革。
WSN在智能电网中的应用可以促进能源市场的有效运行。
通过WSN的实时监测和控制，能够更加准确地了解能源消费和生产情况，以便进行市场化交易，并从中获得更多的经济效益。
无线传感器在智能电网中的应用
无线传感器在智能电网中的应用摘要：在智能电网中存在着一项关键技术，那就是传感器网络。
为了对电网的运营状态加以了解，就需要通过传感器实现电力设备的实时监控，并快速的将电力故障位置定位从而及时维护，而且传感器还能够将电力数据自动收集起来并进行记录与分析，从而为电力企业与用户作出精确的指导。
为此，文章对无限传感器与智能电网的特征做了详细分析，并介绍了无限传感器的关键技术以及它在智能电网中应用，以供参考。
关键词：无线传感器；智能电网；应用一、无线传感器网络及智能电网的理论概念与主要特征分析（一）无线传感器的理论概念与特征无线传感器涉及到多个网络技术，如网络通信技术、现代传感器技术、微电子技术等等，通过多种技术的协同合作，实现了无线信息的收集、处理并传输。
与以往有线网络技术不同，无线传感器的成本较低，而且还能够在短时间内完成部署任务，使其同有线网络之间保持了良好的容错性。
无线传感器是由多个不同功能或相同功能的节点组成，同与其应用有关的自组织网络一起，完成目标的实施追踪以及区域监测。
同时，无线传感器还能够对数据信息进行采集，并将处理好的信息传输出去，而相关用户则可以对其实施有效管理。
在无线传感器中，存在着三类节点，分别是管理节点、传感器节点以及汇聚节点。
节点大多都是以撒播的形式随机部署于智能电网中，或者由管理员对目标区域实施精确部署，部署后的节点在无线传感器中可以以自组织的形式构建无线多跳通信网络。
同时，无线传感器的节点把采集监测到的信息数据，再通过多跳传输到汇聚节点中。
最后，借助因特网或者GPRS将汇聚节点传输到任务管理节点中，这样用户就可以通过管理节点对网络实施有效管理与配置。
无线传感器的主要特征共有五点：第一，时间同步。
要想让无线传感器完成网络任务，其各节点上的时间一定要同步；第二，定位。
在今后的数据分析中，位置信息属于重要的分析条件，因此，无线传感器再采集信息数据的时候，还要将其节点所处的位置信息附带到其中。
无线传感器网络在智能电网中的应用_张强
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1 研究动态及特点
1.1 研究动态
无 线 传 感 器 网 络 的 早 期 研 究 起 源 于 美 国 20 世 纪 70 年代的军事项目，近 10 a 来，无线传感器网 络 的兴起引起了国内外研究机构的广泛关注， 使得无 线传感器网络在基础理论和支撑技术等方面获得了 长足发展。目前，无线传感器网络正处在从实验原型 系统走向大规模实际应用的阶段， 其内涵和外延也 得到了不断的丰富和扩展。
32
第6期
智
能
电
张 强等： 无线传感器网络在智能电网中的应用
网
表 1 典型的微功率无线通信技术
Tab.1 Typical micro-power wireless communication technologies
标准 应用领域
802.1.5.1 （Bluetooth）
替代外设电缆
802.11b （Wi-Fi）
微网运行、 运行管理系统等，ADO 主要的功能是使
系统可自愈 。 ［18］ 为了实现自愈的目标，电网应具有灵
智能电网中的智能传感器网络设计与应用
智能电网中的智能传感器网络设计与应用随着社会科技的发展和人们对能源需求的不断增加，传统电网已经无法满足日益增长的电力需求。
为了提高电网的安全性、可靠性和效率，智能电网的概念应运而生。
智能电网利用先进的通信和信息技术来实现对电网进行智能化管理，其中智能传感器网络是智能电网的重要组成部分。
一、智能电网中智能传感器网络的概念智能传感器网络是利用各种传感器节点通过无线通信连接起来的网络。
传感器节点可以感知环境的状态，如温度、湿度、电流、电压等。
智能电网中的智能传感器网络主要负责监测电网系统的各种参数，并将数据传输至电网管理中心，从而实现对电网状态的实时监测和分析。
二、智能传感器网络在智能电网中的设计与应用1. 节点设计与布置智能传感器网络需要将传感器节点布置于电网的各个关键位置，以实时监测电网系统的状态。
节点的设计应考虑到其随机分布且密集，以提高电网的监测能力。
同时，节点的能耗应较低，以保证网络的长时间稳定运行。
2. 通信技术选择智能传感器网络需要通过无线通信实现节点间的数据传输。
通信技术选择应基于电网管理中心与智能传感器节点之间的距离、数据传输量和通信可靠性等因素。
常用的通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
3. 数据传输与处理智能传感器网络能够实时监测电网中各项参数的变化，并将数据传输至电网管理中心进行处理与分析。
数据传输的稳定性和实时性对于智能电网的运行至关重要。
同时，电网管理中心需要具备数据处理和分析的能力，以实现对电网系统的监测和控制。
4. 安全性设计智能传感器网络作为智能电网的重要组成部分，其安全性设计至关重要。
在数据传输过程中，应采取合适的加密技术来保护数据的安全性，防止数据被非法获取和篡改。
同时，传感器节点本身的安全性设计也是必不可少的，以防止节点被攻击或恶意篡改。
5. 故障检测与维护智能传感器网络应具备故障自动检测和维护能力，能够及时发现节点故障并进行修复。
这对于电网的正常运行和保障至关重要。
无线传感网络在电力系统中的应用
无线传感网络在电力系统中的应用随着科技的不断发展，无线传感网络在各个领域的应用越来越广泛。
在电力系统中，无线传感网络也发挥着重要的作用。
本文将探讨无线传感网络在电力系统中的应用，并分析其优势和挑战。
一、无线传感网络简介无线传感网络是由大量分布式的传感器节点组成的网络，这些节点能够感知环境中的各种参数，并将数据通过无线通信传输到中心节点或其他节点。
无线传感网络具有自组织、自适应、低功耗等特点，适用于各种复杂环境。
二、无线传感网络在电力系统中的应用1. 监测电力设备状态无线传感网络可以部署在电力设备上，实时监测设备的温度、振动、电流等参数，及时发现设备的故障或异常情况。
通过无线传感网络，可以实现对电力设备的远程监控和管理，提高设备的可靠性和安全性。
2. 智能电网无线传感网络可以应用于智能电网中，实现对电网的实时监测和管理。
通过无线传感网络，可以收集电网中各个节点的电压、电流、功率等参数，实时分析电网的运行状态，及时发现电网中的故障和异常情况，并采取相应的措施进行修复。
无线传感网络还可以实现对电网的远程控制，提高电网的可靠性和稳定性。
3. 能源管理无线传感网络可以应用于电力系统的能源管理中。
通过无线传感网络，可以实时监测电力系统的能耗情况，分析能耗的变化趋势，提供能源管理的决策支持。
无线传感网络还可以实现对电力系统的远程控制，调整电力系统的运行模式，优化能源利用效率。
三、无线传感网络在电力系统中的优势1. 灵活性无线传感网络可以灵活部署在电力系统的各个节点，不受布线限制。
传感器节点可以根据需要进行增加或减少，方便扩展和维护。
2. 实时性无线传感网络可以实时采集电力系统中的各种参数，并将数据实时传输到中心节点或其他节点。
这样可以及时发现电力系统中的故障和异常情况，提高故障处理的效率。
3. 低成本相比传统的有线传感网络，无线传感网络的部署和维护成本更低。
无线传感网络不需要布线，减少了材料和人力成本。
同时，无线传感网络的传感器节点可以使用低功耗的芯片，延长了节点的使用寿命。
无线传感器网络在智能电网中的应用研究
无线传感器网络在智能电网中的应用研究近年来，随着科技的不断进步和人们对能源的需求日益增长，智能电网逐渐成为了现代化城市发展的一个重要方向。
而无线传感器网络作为智能电网中的关键技术之一，为智能电网的发展与应用提供了重要支撑。
本文将从不同层面来探讨无线传感器网络在智能电网中的应用研究。
一、智能电网的背景与发展智能电网，又称为智慧电网，是在传统电网的基础上融入了先进信息技术和通信技术的电网系统，可实现电能的高效、安全、环保传输与管理，以满足人们对能源的需求。
它通过采集和传输大量电网运行数据，实现对电力系统的实时监控和优化控制，提高供电质量和能源利用效率。
智能电网的发展伴随着对能源的高速增长，面临着能源资源紧张和环境污染等问题。
因此，为了实现可持续发展和能源的高效利用，智能电网正在迅速推广和应用。
它具有多种功能，如智能计量、电力负载管理、电网安全监控等，使得电力系统更加安全、高效、智能化。
二、无线传感器网络的基本原理无线传感器网络是一种由分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
每个节点都能够感知和测量外部环境的参数，并通过相互之间的协作进行通信和数据传输。
无线传感器网络具有自组织、自修复和自适应等特点，可广泛应用于智能电网中的数据采集、传输和控制等方面。
无线传感器网络的工作原理基于传感器节点之间的无线通信和信息交换。
传感器节点通过感知外部环境的参数，如电力负荷、电流、电压等，将数据通过网络传输给监控中心进行处理和分析。
同时，无线传感器网络还能够实现节点之间的协作，共同完成复杂的任务。
三、1. 数据采集与监测无线传感器网络在智能电网中扮演着数据采集与监测的重要角色。
通过布置在关键位置的传感器节点，可以实时采集电网运行状态和参数信息。
如通过监测电力负荷和电压波动情况，可以预测电网的负荷需求和网络负荷分布情况，为电力系统的优化运行提供支持。
2. 功率控制与优化智能电网需要实现对电力负载的优化控制，以提高供电质量和节约能源。
无线传感器网络在智能电网中的应用
无线传感器网络在智能电网中的应用随着科技的不断发展，智能电网已经成为当下城市的一个热门话题。
智能电网是一种基于先进传感器技术、通信技术和信息技术，实现对电力系统的智能监测、控制和管理的系统。
在智能电网中，无线传感器网络起到了至关重要的作用。
一、什么是无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由多个传感器节点组成的网络，这些节点能够感知环境中的各种物理量，并将收集到的数据通过网络传输到目标地点进行处理和分析。
每个传感器节点通常由一个传感器、一个处理器、一个无线通信模块和一个电源组成。
与传统的传感器网络不同，无线传感器网络可以无缝地连接到互联网，实现远程监测和控制。
同时，无线传感器网络具有自组织和自适应的特点，通过自动调整节点之间的通信拓扑结构，能够适应网络拓扑的变化。
二、1. 实时监测和故障诊断无线传感器网络可以部署在智能电网的各个环节，如发电厂、变电站、输电线路等，实时监测电网的状态和运行情况。
传感器节点能够感知电力系统中的电流、电压、功率等重要参数，并将这些数据传输到集中的监测中心。
通过对这些数据的分析和处理，可以及时发现电力系统中的故障和异常情况，提前采取措施，避免更大的损失。
2. 能源管理和优化无线传感器网络还可以用于智能电网的能源管理和优化。
传感器节点可以收集电力系统中各个环节的能耗数据，通过数据分析和建模，找出能耗高的环节和潜在的节能措施。
同时，传感器节点还可以实时监测电力系统中各个设备的工作状态和负载情况，把握电力需求的变化，使能源调度更加合理和高效。
3. 安全监测和预警无线传感器网络还可以用于智能电网的安全监测和预警。
通过在关键节点部署传感器节点，实时监测电网中的电压波动、电流异常等情况，及时发现电力系统中的变化和故障，避免电力事故的发生。
同时，通过建立预警系统，传感器节点可以向监测中心发送预警信息，提醒工作人员采取相应措施，保障电力系统的安全稳定运行。
传感器技术在智能电网中的创新应用
传感器技术在智能电网中的创新应用在当今能源领域，智能电网正逐渐成为电力系统发展的核心方向。
而传感器技术作为智能电网中的关键支撑，其创新应用为电网的高效运行、可靠供电和智能化管理带来了前所未有的变革。
智能电网，简单来说，是一种将先进的信息技术、通信技术、控制技术与传统电力系统深度融合的现代化电网。
它旨在实现电力的高效传输、优化分配以及灵活的供需平衡，以满足日益增长的能源需求和对电力质量的高要求。
传感器技术在智能电网中的应用广泛而多样。
首先，在电力生产环节，传感器可以安装在发电厂的各种设备中，如发电机组、变压器等，实时监测设备的运行状态、温度、压力、振动等参数。
通过对这些数据的分析，能够及时发现潜在的故障隐患，提前进行维护和检修，避免设备突发故障导致的停电事故，保障电力供应的稳定性。
在电力传输方面，传感器被广泛应用于输电线路。
例如，通过在线监测传感器，可以实时获取输电线路的温度、张力、绝缘子的污秽程度等信息。
这些数据有助于评估线路的运行状况，及时发现线路的过载、老化等问题，为线路的维护和升级提供依据。
同时，借助传感器还能实现对输电线路故障的快速定位和诊断，大大缩短了停电时间，提高了电网的可靠性。
智能电网中的变电环节也离不开传感器技术。
在变电站中，传感器可以对变压器、断路器、互感器等关键设备进行监测，获取设备的电气参数、机械性能等数据。
这有助于实现设备的状态检修，减少不必要的停电检修，提高变电站的运行效率和可靠性。
在电力分配环节，传感器能够安装在配电变压器、开关柜等设备上，实时监测电压、电流、功率因数等参数。
通过对这些数据的分析，可以优化配电网络的运行方式，降低线损，提高电能质量。
此外，传感器还可以用于监测用户侧的用电情况，为需求响应、能效管理等提供数据支持。
随着技术的不断发展，传感器技术在智能电网中的应用也在不断创新。
例如，无线传感器网络的出现，使得传感器的安装和维护更加便捷。
无线传感器节点可以分布在电网的各个角落，通过自组织的方式形成网络，将采集到的数据传输到控制中心。
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等诸多问题的挑战[1]。美国、欧盟等发达国家认为 最佳的解决途径是建设一个基于全新技术和架构 的“智能电网(smart grid)”[1-3]。智能电网概念一经 提出，就立即风靡全球，在各国得到了蓬勃发展， 成为下一代电网的发展趋势[4-6]。
当前，关于智能电网的文献层出不穷，多集中 在智能电网概念、发展历程、体系结构等方面[7-14]， 关于具体实现技术的研究报道很少。要实现智能电 网的开放、互动的目标，必须具备一个可靠、高效 的通信网络。智能电网的功能覆盖电能传输的各个 环节，数据在发电、输电、配电和用户等不同主体 及各类应用系统之间的传递必须依靠通信载体。常 见的通信载体包括铜芯线、光纤、电力线通信、无 线通信等，它们在不同的应用环境下具有各自的优 势。无线传感器网络(wireless sensor network, WSN) 作为通信领域的新兴技术，具有分布式处理系统的 高监测精度、高容错性、覆盖区域大、可远程遥测 遥控、自组织、多跳路由等优点[15]，在多目标、短 距离通信方面得到广泛应用，在建设智能电网的过 程中也将扮演非常重要的角色。
关键词：智能电网；无线传感器网络；状态检修；智能计量； 灾变；故障定位；分布式母线保护
0 引言
当前，电力行业的发展面临投资效率不高、供 电可靠性不高、灵活应变能力不强、环境破坏严重
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50877031)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50877031).
王阳光，尹项根，游大海
（电力安全与高效湖北省重点实验室(华中科技大学)，湖北省 武汉市 430074）
Application of Wireless Sensor Networks in Smart Grid
WANG Yang-guang, YIN Xiang-gen, YOU Da-hai
(Hubei Electric Power Security and High Efficiency Key Lab (Huazhong University of Science & Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China)
在图 1 中，传感器节点部署在一个目标区域内
8
王阳光等：无线传感器网络应用于智能电网的探讨
Vol. 34 No. 5
B
DE
A
C
汇聚节点 互联网或卫星
Fig. 1
传感器节点
任务管理节点
监控区域
用户
图 1 WSN 的典型网络架构
Typical network architecture of WSN
部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器
2 WSN 在设备状态检修中的应用
造成电力行业资产运行维护和管理水平偏低 的主要原因之一是设备检修模式滞后。目前，设备 检修普遍采用的是一种定期检修策略，多年的生产 实践证明，这一策略存在着严重缺陷，如检修不足 和检修过剩。因此，设备检修要积极向状态检修过 渡，提高资产运行维护和管理水平。IBM 全球企业 咨询服务部制定的智能电网白皮书认为，电力行业 提高资产运维和管理水平的关键技术是设计一个 远程资产监视和控制(remote asset monitoring and control)系统。远程资产监视和控制系统通过传感装 置检测到电力设备状态数据，根据检测数据对设备 状态进行评估，判断可能出现的故障(比如，通过对 变压器油温、油色谱的监测，判断是否出现绝缘裂 化)，并提示运行维护人员设备可能存在的不安全因 素，依据设备状态，帮助运行维护人员优化设备检
摘要：针对智能电网的绩效目标与电网的实际情况，结合无 线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的主要技术特 点，探讨了 WSN 在状态检修、智能计量与智能家居、应对 电网灾变、故障定位、分布式母线保护等方面的应用，给出 了 WSN 在各领域中应用的基本设计理念，阐述了应用 WSN 构建智能电网通信系统的优势，以及通信系统的具体结构。 采用 WSN 技术的智能电网通信系统将具有成本低、功耗低、 自组织、灵活性强的特点。
ABSTRACT: In accordance with the performance of smart grid and actual conditions of power networks, and combining with main technical characteristics of wireless sensor network (WSN), the applications of WSN in condition-based maintenance, intelligent metering and intelligent home, coping with grid catastrophe, fault location and distributed busbar protection are discussed; the basic design philosophy of application of WSN in various fields is described and the superiority of applying WSN in the construction of communication system for smart grid as well as concrete structure of such a communication system are expounded. The communication system of smart grid, in which WSN technology is utilized, will possess such advantages as low cost, low power consumption, self-organization and high flexibility.
另外，激励设备制造厂商开发能够更高效监控 和管理用电的家居商品。例如，一台电冰箱和空调 压缩机能“相互通信”，以确保它们不会同时启动， 以便降低高峰电量需求。还可以通过研制远程监控 系统，对家电设备进行远程遥控，例如可以在离家 之前关闭空调，回家之前 0.5 h 打开空调，这样不仅 可以营造一个舒适、方便的智能家居环境，还可以 更加高效地利用电能。
的数据转发至外部网络，它可以是一个增强功能的
传感器节点，也可以是一个没有监测功能的专用网
关设备。任务管理节点具有人机界面，可以进行干 预、遥控和管理。
WSN 与无线自组网(mobile ad-hoc network)有 许多相似之处，但也具有其自身很多的特点，主要 体现在大规模、自组织、动态性、可靠性、应用相 关、以数据为中心等方面[15]。
C8051F020 汇聚节点
以太网 网关
GPRS
…
CC1000
移动作业设备
图 2 状态检修系统总体结构 Fig. 2 Overall framework of condition-based maintenance system
3 WSN 在智能计量与智能家居中的应用
传统的电能计量主要目的是完成电费计算，对 客户计量数据的采集精细度不够，数据没有得到充 分的深度利用。智能计量管理系统通过为居民用户 和工业、商业用户安装智能电表，采集更为全面和 详细的计量信息，与分时电价措施配合，抑制峰值 负荷，从而减少用电高峰负荷需要的增长；并能根 据对负荷情况更细致、实时的掌握，指导电网建设，
第 34 卷 第 5 期 2010 年 5 月
文章编号：1000-3673（2010）05-0007-05
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM 734 文献标志码：A
Vol. 34 No. 5 May 2010
学科代码：470·4054
无线传感器网络应用于智能电网的探讨
节点测得的信息通过多跳的方式传送到汇聚节点， 通过汇聚点连入 Internet 或卫星，最后接入任务管 理节点。传感器节点是一个具有测量能力、处理能 力、存储能力、通信能力的嵌入式系统，兼顾传统
网络节点终端和路由的双重功能，不仅进行信息的
收集与处理，还要对其他节点转发来的数据进行存
储、管理和融合。汇聚节点是拥有较强通信能力、 计算能力和丰富资源的系统，它连接传感器网络与 Internet 等外部网络，实现两种通信协议之间的转 换，负责将管理节点的监控任务下发，并将收集到
第 34 卷 第 5 期
电网技术
9
减少电网扩容和建设费用。同时，智能计量管理还 可以帮助电网企业有效定位和防止窃电[14]。此外， 通过引入智能计量技术，可以加强需求侧管理，通 过让客户随时看到其所消耗能源的实际成本，使他 们能够相应地做出调整，关闭一些设备，将能耗从 高价格时段转换至低价格时段。这一错峰用电和限 电机制能够降低消费者成本。
本文将针对智能电网不同应用领域的具体情 况，探讨 WSN 在智能电网中的具体应用，旨在为 建设智能电网的通信网络提供一种新的思路。
1 WSN 的网络架构及其特点
WSN 通常是指由一组带有嵌入式处理器、传 感器以及无线收发装置的节点以自组织的方式构 成的无线网络，通过节点间的协同工作来采集和处 理网络覆盖区域中的目标信息。图 1 是经常被引用 的一个典型的 WSN 网络架构[16]。
A/D
+
变换
−DC
TLC
Pt100
7135
温度 sensor1
A/D
+
变换
−DC
TLC
Pt100
7135
温度 sensor2 …
A/D
+
变换
−
TLC