無(wú)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(wú)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(jià)值。無(wú)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(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)療、搶險(xiǎn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中往往包含大量的節(jié)點(diǎn),以數(shù)據(jù)為中心,中間節(jié)點(diǎn)能夠?qū)Ω兄臄?shù)據(jù)進(jìn)行融合轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)無(wú)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(diǎn)的能量、存儲(chǔ)容量以及計(jì)算能力有限,現(xiàn)有應(yīng)用于傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)的成熟網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2、,因此針對(duì)具體的應(yīng)用需要設(shè)計(jì)資源高效(特別是能量高效)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。本論文重點(diǎn)研究了無(wú)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(gè)方面的問(wèn)題:基于分簇的層次型路由、時(shí)間同步、無(wú)線差動(dòng)保護(hù)以及智能變電站通信,提出了相應(yīng)的模型和算法,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證與分析。本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.針對(duì)現(xiàn)有分簇算法的簇頭負(fù)載不均勻、簇頭數(shù)量的不穩(wěn)定以及定義第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間為網(wǎng)絡(luò)存活時(shí)間的不合理性,提出了可變簇半徑的負(fù)荷均衡的分

3、簇拓?fù)渌惴?同時(shí)統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇頭時(shí)的能耗作為節(jié)點(diǎn)競(jìng)選簇頭的可適合性指標(biāo),避免了簇頭節(jié)點(diǎn)的提早死亡,從而有效均衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗,保持了簇的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
　　2.針對(duì)層次型時(shí)間同步的同步誤差與跳數(shù)成正比增長(zhǎng)、同步開銷大的問(wèn)題,結(jié)合參考廣播同步和層次同步機(jī)制,提出了基于層次結(jié)構(gòu)的能量自適應(yīng)時(shí)間同步算法。首先,建立層次結(jié)構(gòu)及子節(jié)點(diǎn)表;然后,在每個(gè)同步周期,父節(jié)點(diǎn)(上層節(jié)點(diǎn))綜合考慮子節(jié)點(diǎn)的能量和節(jié)點(diǎn)度來(lái)動(dòng)態(tài)選擇參考子節(jié)點(diǎn)進(jìn)

4、行比對(duì)同步,其他子節(jié)點(diǎn)通過(guò)偵聽(tīng)同步報(bào)文同步到父節(jié)點(diǎn),從而大大減少了同步分組傳輸,節(jié)省了節(jié)點(diǎn)能量,延長(zhǎng)了全網(wǎng)壽命,同時(shí)也能保證同步精度。
　　3.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采用晶體振蕩器來(lái)維持本地時(shí)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(yùn)行一段時(shí)間后,傳感器網(wǎng)絡(luò)往往會(huì)產(chǎn)生時(shí)間漂移和時(shí)間偏移,要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間同步就必須周期地進(jìn)行時(shí)間偏移和時(shí)間漂移的補(bǔ)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(wú)線

5、傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步優(yōu)化,根據(jù)當(dāng)前同步時(shí)刻的同步時(shí)標(biāo)實(shí)時(shí)地對(duì)前一同步時(shí)刻時(shí)鐘漂移的估計(jì)值進(jìn)行更新調(diào)整,對(duì)節(jié)點(diǎn)時(shí)間偏移進(jìn)行補(bǔ)償。這樣提高了同步精度,延長(zhǎng)了同步周期,從而減少了同步開銷,延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　4.結(jié)合基于羅氏線圈的無(wú)線電流傳感器,提出了無(wú)線電流差動(dòng)保護(hù),分析了無(wú)線差動(dòng)保護(hù)的時(shí)間同步和實(shí)時(shí)性,論證了無(wú)線保護(hù)的同步精度和延遲能滿足電流差動(dòng)保護(hù)的要求。然后,針對(duì)傳統(tǒng)比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)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(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而自適應(yīng)調(diào)整的差動(dòng)保護(hù)判據(jù),通過(guò)動(dòng)模試驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)保護(hù)具有更高的靈敏度和安全性。
　　5.智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)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(diǎn),提出構(gòu)建應(yīng)用于智能變電站的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),分析了利用無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)傳送電參量的可行性,設(shè)計(jì)了無(wú)線節(jié)點(diǎn)供能方案以及基于Zigbee的無(wú)線傳感網(wǎng)與以太網(wǎng)的接入方案