0引言

無線傳感器網絡（WirelessSensorNetwork,WSN）作為通信領域的新興技術，具有分布式處理系統的高監測精度、高容錯性、覆蓋區域大、可遠程遙測遙控、自組織、多跳路由等優點[1]。WSN是信息感知和采集的一場革命，在新一代網絡中具有關鍵作用。WSN在多目標、短距離通信方面應用中的優勢明顯。近年來，“智能電網”成為業內外的熱點議題，也是研究的熱點內容。因為智能電網建設對其上下游產業鏈具有巨大的帶動作用，而且隨著對智能電網研究的深入，展示了未來在能源轉化、能源供給方面的美好愿景。目前，國際上對于智能電網還無統一明確的定義，各國都根據自己的特點給出了所要建設智能電網特有的內涵，但有一點是共識：智能電網將在傳統電力網絡中應用最新的信息化和數字化技術，因此智能電網也是現有輸配電網的智能化升級[2]。堅強的網架是實現電網智能化功能目標的基礎。作為電力系統重要組成部分的變電站智能化建設成為智能電網建設的重要一環。文章旨在討論WSN在實現變電站智能化功能的應用，重點討論WSN在設備狀態檢修、站內輔助系統及綜合自動化系統3個領域應用的技術優勢，為變電站的智能化建設提供新思路，以便充分利用先進的通信技術構建安全、可靠的通信網絡，貫穿信息采集、傳輸、集成、展現和決策應用等各階段，最終形成電力流、信息流、業務流的高度融合和一體化[3]。

1無線傳感器網絡的架構及特點

1.1網絡架構

無線傳感器網絡是在Ad-hoc網絡的基礎上發展而來，繼承了Ad-hoc在自組織、動態拓撲等方面的特點，并綜合了傳感器、嵌入式計算機、分布式信息處理等技術，能實時監測、感知、采集網絡分布區域的各種環境或監測對象的信息，傳送到需要這些信息的用戶[4]。無線傳感器網絡體系架構如圖1所示。由圖1可知，大量的傳感器節點部署在目標區域內部或附近，所有節點通過自組織方式快速形成一個網絡。傳感器網絡全部功能的完成主要來自3個方面的相互協同：①傳感器節點，既是信息的采集者，也充當信息的路由者，采集的數據通過多跳路由達到網絡匯聚節點，最后接入任務管理節點；②建立在每個節點上所實現的協議棧類型，協議棧決定節點自組織網絡的類型、功能，很大程度上決定了網絡的可靠性、安全性等方面；③匯聚節點，一端與傳感網絡相聯，另一端與接入網相聯，作為兩者之間聯接的“橋梁”在某種程度上充當代理和協議轉換的角色，也決定了其需要擁有較強的通信能力、計算能力和豐富的資源，可以是增強功能的傳感器節點，也可以是沒有監測功能的專用網關設備。

1.2主要特點

WSN與移動通信、藍牙、無線局域網等常見的無線網絡相比，具有如下特點：①網絡資源有限，體現在節點感知、通信范圍、能量有限、計算能力有限；②無中心、自組織，體現在網絡功能的分布式；③動態拓撲，體現在節點之間存在的競爭與合作。

2WSN在變電站的應用

智能電網的實現很大程度上來自對電網狀態的精確感知，而感知精度取決于電網元件數學模型的準確程度及系統元件信息采集的準確性和覆蓋范圍。WSN將新一代無線通信網絡應用于變電站，通過在站內設備上部署傳感器和無線網絡，很容易實現測量點的全覆蓋，且網絡結構清晰，利于站內信息的整合，徹底解決存在多個信息孤島的局面。另外，傳感器的增加和退出對系統的影響較小，投資也較低[5–9]。

2.1WSN應用于設備狀態檢修

傳統變電站設備普遍采用定期檢修的策略，多年的實踐證明，該檢修策略有很大缺陷，易造成檢修不足和檢修過剩。智能變電站模式的提出使檢修模式也由定期策略向狀態策略轉變。目前的應用方式未發揮狀態檢修的優點。現在的做法是監測傳感器就地安裝，數據傳輸方式采用現場總線上傳至監測數據集中器，通過規約轉換接入狀態監測系統進行評估分析，結果通過安全隔離設備在監控系統進行展示。若增加監測節點或監測對象，對現有模式的改造將費時費力，尤其是對老變電站的智能化改造。另外，由于監測傳感器安裝對象一般處于高電壓、大電流和強磁場環境中，在實際運行中必須要求監控對象與監測儀器之間進行電壓隔離，保證工作時的人身安全。WSN可應用到設備狀態檢修中，充分發揮其不需布線、靈活多變且網絡結構清晰的優點。將精密電流、精密電壓、溫度、微水、SF6等傳感器設備在原有功能基礎上加裝信號調理、A/D轉換、射頻、電源管理等功能，提升傳感器的信息采集、信息處理和無線通信功能。應用WSN的狀態檢修系統如圖2所示。

2.2WSN應用于輔助系統

站內輔助系統主要包括視頻系統、消防安防系統、給排水系統、采暖通風系統，均為變電站的重要組成部分，其可靠與否直接影響正常的生產、運行。常規變電站的建設對于輔助系統的關注較少，基本是各為一體，縱向上無信息模型標準，橫向間無信息交互，功能相對單一。在智能變電站模式下，信息化、自動化、互動化的特點要求應用必須關注輔助系統的信息，重要的是關注信息采集的標準化、應用的智能化。WSN應用于輔助系統中的設想是：改變現有輔助系統智能化的思路，從對設備物理上的整合轉向對站內輔助系統信息上的重構和應用，將原有的多套孤立的輔助系統從信息上整合成為1套系統，使結構更為簡單和清晰。應用WSN的輔助系統如圖3所示。

2.3WSN應用于綜合自動化系統

通信技術是變電站自動化賴以實現的關鍵技術。從變電站自動化發展歷程看，每次進步都與通信技術的發展密切相關。通信技術由RS–485、CAN到以太網，相應變電站自動化模式也由最初的遠動終端設備（RemoteTerminalUnit，RTU）、常規綜合自動化到數字化變電站，再到目前建設的智能化變電站。IEC61850標準將變電站分為過程層、間隔層和站控層，為了在通信技術日益發展的今天保持業務層的相對穩定性，標準并沒有規定具體的網絡拓撲、網絡結構、通信方式和物理接口，為WSN技術的應用創造了基礎。WSN應用于綜合自動化系統的設想是：保留站控層模式不變，將WSN應用于過程網絡，取代現有過程的基于以太網網絡和部分光纖串行通信。將合并單元、智能終端等過程層設備增加無線路由功能，對應用無任何影響。在具體設備實現上也只需將滿足IEC61850–9標準的特殊通信服務映射（SpecificCommunicationServiceMappingSCSM），改變為滿足所采用WSN網絡的映射規則即可，即改變“應用層+鏈路層+物理層”。應用WSN的綜合自動化系統如圖4所示。