無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其在智能電網(wǎng)中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、傳感網(wǎng)是繼PC、互聯(lián)網(wǎng)、無線通信技術(shù)之后第四次信息技術(shù)革命,有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。無線傳感器技術(shù)作為傳感網(wǎng)技術(shù)的典型代表,在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、搶險救災(zāi)、智能能源以及智能交通等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中往往包含大量的節(jié)點,以數(shù)據(jù)為中心,中間節(jié)點能夠?qū)Ω兄臄?shù)據(jù)進行融合轉(zhuǎn)發(fā)。同時無線傳感器網(wǎng)絡(luò)又是資源受限應(yīng)用型網(wǎng)絡(luò),節(jié)點的能量、存儲容量以及計算能力有限,現(xiàn)有應(yīng)用于傳統(tǒng)無線網(wǎng)的成熟網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2、,因此針對具體的應(yīng)用需要設(shè)計資源高效(特別是能量高效)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。本論文重點研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)及其在電力系統(tǒng)應(yīng)用等四個方面的問題:基于分簇的層次型路由、時間同步、無線差動保護以及智能變電站通信,提出了相應(yīng)的模型和算法,并進行了仿真驗證與分析。本文的主要貢獻和創(chuàng)新點如下:
　　1.針對現(xiàn)有分簇算法的簇頭負載不均勻、簇頭數(shù)量的不穩(wěn)定以及定義第一個節(jié)點死亡時間為網(wǎng)絡(luò)存活時間的不合理性,提出了可變簇半徑的負荷均衡的分

3、簇拓撲算法,同時統(tǒng)計節(jié)點擔(dān)任簇頭時的能耗作為節(jié)點競選簇頭的可適合性指標,避免了簇頭節(jié)點的提早死亡,從而有效均衡節(jié)點的能量消耗,保持了簇的穩(wěn)定性,延長了網(wǎng)絡(luò)生存時間。
　　2.針對層次型時間同步的同步誤差與跳數(shù)成正比增長、同步開銷大的問題,結(jié)合參考廣播同步和層次同步機制,提出了基于層次結(jié)構(gòu)的能量自適應(yīng)時間同步算法。首先,建立層次結(jié)構(gòu)及子節(jié)點表;然后,在每個同步周期,父節(jié)點(上層節(jié)點)綜合考慮子節(jié)點的能量和節(jié)點度來動態(tài)選擇參考子節(jié)點進

4、行比對同步,其他子節(jié)點通過偵聽同步報文同步到父節(jié)點,從而大大減少了同步分組傳輸,節(jié)省了節(jié)點能量,延長了全網(wǎng)壽命,同時也能保證同步精度。
　　3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個傳感器節(jié)點采用晶體振蕩器來維持本地時鐘,由于晶體振蕩器的頻率存在偏差,以及外界環(huán)境影響,在運行一段時間后,傳感器網(wǎng)絡(luò)往往會產(chǎn)生時間漂移和時間偏移,要實現(xiàn)節(jié)點間同步就必須周期地進行時間偏移和時間漂移的補償。本文首次提出了將帶遺忘因子的序貫加權(quán)最小二乘(SWLS)應(yīng)用于無線

5、傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步優(yōu)化,根據(jù)當(dāng)前同步時刻的同步時標實時地對前一同步時刻時鐘漂移的估計值進行更新調(diào)整,對節(jié)點時間偏移進行補償。這樣提高了同步精度,延長了同步周期,從而減少了同步開銷,延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　4.結(jié)合基于羅氏線圈的無線電流傳感器,提出了無線電流差動保護,分析了無線差動保護的時間同步和實時性,論證了無線保護的同步精度和延遲能滿足電流差動保護的要求。然后,針對傳統(tǒng)比率制動差動保護中安全性和靈敏度的矛盾,提出了一種特性參數(shù)根據(jù)

6、系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的變化而自適應(yīng)調(diào)整的差動保護判據(jù),通過動模試驗驗證了新判據(jù)能可靠區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障,并且比傳統(tǒng)的故障分量差動保護具有更高的靈敏度和安全性。
　　5.智能變電站是堅強智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐,也是傳感網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。根據(jù)智能變電站分層分布式通信體系結(jié)構(gòu)特點,提出構(gòu)建應(yīng)用于智能變電站的無線傳感網(wǎng)絡(luò),分析了利用無線擴頻技術(shù)傳送電參量的可行性,設(shè)計了無線節(jié)點供能方案以及基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)與以太網(wǎng)的接入方案