基于物联网技术智能电网在线监测系统研究

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论文字数:35625 论文编号:sb2020062212345231743 日期:2020-06-28 来源:硕博论文网
本文是一篇物联网技术论文研究,本文通过对物联网技术智能电网在线监测系统的研究与分析,取得了以下成果:1.本文基于 ZigBee 无线通信技术,对输电线路导线温度、工作电压以及电流的大小、导线覆冰和导线张力无线检测系统进行研究。通过实施对输电线路中导线温度、工作电压、电流、导线覆冰和导线张力的实时数据采集,能够使工作人员对输电线路的运行状况进行全面的了解,掌握即时信息,从而预防重大安全事故的发生,减少不必要的损失。2.基于平台开发了物联网技术智能电网在线监测应用,对平台的可用性做了进一步验证。通过对物联网技术智能电网在线监测系统的实施,达到了降低巡检人员工作量的目的,还能为管理人员进行决策提供实时数据。输电线路在线监测系统能提高智能系统的运行可靠性和安全性,并对输电线路特殊环境起到远程监控和故障预警作用。3.该系统不仅能够减少人力物力资源、而且系统维护成本低、实时性较强、灵活性好、可扩展性高、可以远程监测被测范围环境的数据参数,是远程监控未来发展的一个良好的趋势。

第一章 绪论

1.1 引言
随着全球资源环境压力的增大以及科学技术的发展,用电需求量持续增加,供电可靠性逐步提高,电网的运营面临着巨大压力,这无疑是在考验着电网系统的安全性和稳定性,影响电力系统稳定与安全的因素有很多,其中具有重要影响关系的包括电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和电力资源的合理调度[1-3]。电力系统的稳定与安全对供电质量和供电可靠性起着决定性作用。目前,我国正在积极有效的实施智能电网的建设工作。输电线路的特点是:分布广、涉及范围大、很容易受到自然环境、气象和工农业污染等影响[4]。为了尽量减少以上因素对电网的影响,就需要应用目前方兴未艾的物联网技术。利用先进的物联网技术,可以有力促进电力系统的智能化管理,为电网管理提供实时全面的数据资料,凭借这些数据资料就可以有效得整合通信与电力基础设施资源,并为电力系统的平稳运行提供有效得保障,最终提高我国现有电力系统基础设施的利用率[5]。
利用先进的物联网技术,可使得现今人们的生活更加得方便快捷。在电力系统中大力引进物联网技术,解决了智能电网久已存在的许多问题,使得智能电网的安全性和可靠性得到的极大提高,最终使我国的电力设施系统得到快速高效的可持续发展[6]。
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1.2 研究的背景及意义
1.2.1 物联网的发展
美国的比尔?盖茨于1995年出版了《未来之路》一书,其中就已提到物联网这一概念。由于当时的科学技术还不足以为物联网提供有效的支持,因此这一概念并为给人们留下太多的印象。
1998年,称为电子产品编码(EPC)系统的物联网构想诞生,提出这一创造性构想的是美国著名的麻省理工学院。
1999年,移动计算机以及网络国际会议在美国举行,会上首次提出“传感器技术将是二十一世纪人类生活面临的另外一个发展”的著名命题。在我国,中科院也于这一年开展了“传感网网络技术”的探索,一部分实用的传感网也相应的建立起来。在美国,
AUTO-ID研究机构在麻省理工学院成立了,主要研发射频识别(RFID)技术,该技术与互联网技术结合在一起,以此将智能化识别与管理推入现实生活[7-8]。
在2003年,传感网络技术这个新名词首次被外国的《技术评论》提议,并称这一技术核心将在以后的生活中,成为雄踞影响人们日常生活的十大技术首位。
在2005年,国际电联组织机构(ITU)郑重地提出物联网的基本概念,以及全部物品的联网和应用。2008年底,
IBM公司正式提出了"智慧地球"战略。在欧洲,欧盟于2009年6月开始实施“物联网行动计划”,我国的近邻日本也在2009年8月实施了“i-Japan”计划,这两个著名的计划实质上都是基于信息技术来突破物联网的物理限制,最终目的就是打造出范围广大的物联网。
2009 年,温家宝总理在无锡研发分中心考察无线传感网工程中心时就提出重要要求,要求科研人员尽心尽力、早日突破核心技术,努力提高我国物联网技术的自主创新能力,以此来更好的发展服务传感网技术。此外,在《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020)》和“新一代宽带移动无线通信网”所列重大专项的重点研究领域中,物联网技术都被提及,这都表明我国十分重视和关注物联网技术的发展[9]。
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第二章 ZigBee 技术的应用

2.1 ZigBee 技术概述
ZigBee技术是一种使用最为广泛的无线网络技术,具有短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等优点,其软件硬件规范是有IEEE802.15.4小组和ZigBee联盟一起共同完成制定的。
IEEE802.15.4规范定义了物理层和介质访问控制层,ZigBee协议栈的网络层和应用层的框架是由ZigBee联盟制定的,应用支持子层和ZigBee设备对象层共同组成了应用层,在应用框架中,用户可以根据自己的需要自定义采用的应用对象。与此同时该技术也能够极大的帮助技术人员建构机动、灵敏的组网方式。
IEEE802.15.4协议的物理层可以用来收发数据,其三个载波频段的具体数值分别是:868MHz、915MHz及2.4GHz。因此,这三个频段上所发送的数据使用的速率、信号处理的过程和使用的调制方式等方面都有着很大的不同之处。
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2.2 几种近距离无线通信技术比较
超宽带技术UWB作为一种先进的无线载波通讯技术,其最大特点就是低功耗性。UWB采用的是纳秒级的非正弦窄脉冲进行数据传输的,这使其占用的频谱范围较宽,并可以在较宽的带宽上进行信号传输。UWB在室内和密集的场所使用较为广泛。
超宽带技术具有系统容量大、多径分辨能力强、高速的数据传输、定位精确、、抗干扰能力强、低功耗和低成本的特点。
蓝牙技术在2.4GHzISM(工业、科学、医疗)三个频段进行工作,低成本、短距离是其最大特点,最早在1994年,爱立信公司就开始研究蓝牙技术,蓝牙技术作为一种新型的无线通信模块,可以将手机与其附件等电子设备连接起来进行相互通信,传输距离一般小于10m。
Wi-Fi(wireless fidelity)即IEEE802.11x,其最初规范是在1997年提出的。作为当前WLAN的主要技术标准,目标是提供无线局域网的接入,可完成几兆到几十兆的无线接入。WLAN最大的优点是便携性,其覆盖范围比蓝牙更强,高达100米左右,在办公室和校园中应用较为广泛。IEEE802.11盛行的几个版本内容分别如下:802.11a、 802.11b、802.11g。Wi-Fi规范了协议的物理层和介质访问控制层,并依赖TCP/IP作为网络层。然而带宽的优势会带来较大的损耗,因而大部分便携Wi-Fi装置,任何一个无线装置对电能储备要求较高,这些缺点限制了其在工、农业领域的推广和应用,主要在个人局域网中得到应用。
1993年,IrDA(infrared Data Association)成立,它是一种采用红外线进行点对点通讯的技术。IrDA规范了无线设备的传输速率已从115.2kbit/s逐渐发展到4Mbit/s、16Mbit/s。在接收角度方面,已从原来的30度增加到了120度。因为采用的是点对点的连接方式,所以数据在传输时受到的干扰就会很少。
图2-1星型网络拓扑结构
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第三章 系统总体结构设计...............................15
3.1 系统总体结构.....................................15
3.2 数据采集.................................17
3.3 系统的硬件设计..............................21
第四章 网络层路由协议改进................................33
4.1 常见的路由协议.........................................33
4.1.1AODV 路由协议....................................33
4.1.2 DSDV 路由协议...............................35
第五章 对输电线路在线监测的仿真实验以及结果分析............................43
5.1 网络仿真工具 NS2................................43
5.2 NS2 编程....................................44

第五章 对输电线路在线监测的仿真实验以及结果分析

5.1 网络仿真工具 NS2
NS2(Network Simulator-Version 2)是由 UC Berkeley 设计的。目前 NS2 支持多种传输协议进行模拟;数据传输如 FTP,Telnet,Web ,CBR 和 VBR 的模拟以及路由队列的管理机制诸如 Droptail,RED 和 CBQ,路由算法 Dijkstr 等,NS2 模拟仿真软件是由 C++和 OTcl 语言编写的、面向对象的、事件驱动的网络模拟器。网络的拓扑部分是用户利用 OTcl 语言编写的,C++语言主要完成事件调度器和大部分网络组建工作。
图 5-1 运用 NS2 进行模拟主要流程
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第六章 总结
随着物联网技术的飞速发展,物联网技术的应用范围越来越广泛,并成为近年来专家和学者的研究热点。本文通过对物联网技术智能电网在线监测系统的研究与分析,取得了以下成果:
1.本文基于 ZigBee 无线通信技术,对输电线路导线温度、工作电压以及电流的大小、导线覆冰和导线张力无线检测系统进行研究。通过实施对输电线路中导线温度、工作电压、电流、导线覆冰和导线张力的实时数据采集,能够使工作人员对输电线路的运行状况进行全面的了解,掌握即时信息,从而预防重大安全事故的发生,减少不必要的损失。
2.基于平台开发了物联网技术智能电网在线监测应用,对平台的可用性做了进一步验证。通过对物联网技术智能电网在线监测系统的实施,达到了降低巡检人员工作量的目的,还能为管理人员进行决策提供实时数据。输电线路在线监测系统能提高智能系统的运行可靠性和安全性,并对输电线路特殊环境起到远程监控和故障预警作用。
3.该系统不仅能够减少人力物力资源、而且系统维护成本低、实时性较强、灵活性好、可扩展性高、可以远程监测被测范围环境的数据参数,是远程监控未来发展的一个良好的趋势。
4.在 Ad hoc 网络中节点的移动是无规律的,路径会发生变化,因此会伴随着路径的变更与查找。路径的变更与查找将会降低网络的服务质量,如丢包率增加、时延增大等。然而无线自组织 Ad Hoc 网络要求,输电线路中网络开销尽可能低而且要确保路径健壮,
若出现故障,则其能以最快的速度查找到故障点,从而确保路径的稳定性,本文对 AODV路由协议的路径进行了改进,设计了改进后的路由协议 MS-AODV 路由协议。
5.MS-AODV 协议具有使网络中的活动路径保持在良好的状态。并在 NS2 仿真系统上对 AODV 协议和 MS-AODV 路由协议以及 DSDV 路由协议进行仿真,得出了在相同环境下改进后的提高了分组投递率、减少了平均时延、较少了归一化路由开销和路由发现频率。结果表明改进后的协议能较好的解决路径修复和路径优化问题,显示出巨大的优越性。
参考文献(略)

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