一種基于wsn的智能變電站能效檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能耗現(xiàn)場檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于WSN(WirelessSensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）的智能變電站能耗現(xiàn)場檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球節(jié)能減排的不斷深入和應(yīng)對高峰負(fù)荷壓力的不斷增大，對于承擔(dān)著城市 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和能源供應(yīng)雙從身份的電網(wǎng)，提高其節(jié)能性更為重要。電力作為整個國家能 源戰(zhàn)略的核心要素，是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力建設(shè)也得到了長足 發(fā)展。目前我國基本上進(jìn)入大電網(wǎng)、大電廠、大機(jī)組、高電壓輸電、高度自動控制的新時代。 目前，發(fā)電裝機(jī)容量在2GW以上的電力系統(tǒng)11個，其中東北、華北、華東、華中電網(wǎng)裝機(jī)容 量均超過30GW，華東、華中電網(wǎng)甚至超過40GW，西北電網(wǎng)的裝機(jī)容量也達(dá)到20GW。南方電 力聯(lián)營系統(tǒng)連結(jié)廣東、廣西、貴州、云南四省電網(wǎng)，實現(xiàn)了西電東送。其它幾個獨立省網(wǎng)，如 四川、山東、福建等電網(wǎng)和裝機(jī)容量也超過或接近10GW。雖然我國發(fā)電機(jī)總量上直線上升， 但是電力工業(yè)能耗形勢不容樂觀。我國電力工業(yè)在供電煤耗、線損率、廠用電率、發(fā)電能源 構(gòu)成方面與發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。
[0003] 智能電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，滲透到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個環(huán) 節(jié)，在上述這些環(huán)節(jié)中，變電站無疑是其中重要的一環(huán)，開展智能變電站能效評測與能效提 升項目研究，有利于降低電網(wǎng)綜合損耗，增加電網(wǎng)企業(yè)利潤，促進(jìn)變電站智能化的建設(shè)和發(fā) 展。而對于智能變電站的能效評測與能效提升，這些都依賴于對智能變電站的能耗現(xiàn)場檢 測，找出具有節(jié)能潛力的地方，進(jìn)行合理的節(jié)能改造。
[0004] 同時，WSN是無線Ad-Hoc(自組織對等式多跳移動通信網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)的一個重要研究 分支，是隨著MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)）、傳感技術(shù)、無線通訊和數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn) 的一種新的信息獲取和處理模式。它是由隨機(jī)分布的傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的 微小節(jié)點通過自組織的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，WSN具有造價低、規(guī)模大、分布式模式、無需布線、 節(jié)約成本、面向具體應(yīng)用、配置靈活、工作頻段無需申請和付費、支持硬件加密等特點，現(xiàn)在 已經(jīng)在很多領(lǐng)域進(jìn)行了成功的應(yīng)用，比如軍事應(yīng)用、工業(yè)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集等。
[0005] 目前，經(jīng)過對文獻(xiàn)的檢索，對于智能變電站能效檢測方法尚未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的無線傳 感網(wǎng)絡(luò)在線檢測及計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供了一種基于WSN的智能變電站能耗現(xiàn)場檢測 方法，該方法可對新型智能變電站能耗全場景現(xiàn)場檢測，檢測數(shù)據(jù)通過WSN上傳至能耗監(jiān) 測平臺，并對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評估，在線分析智能變電站運行能效狀況。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于WSN的智能變電站能耗檢測方法，包括：
[0008] S1)確定智能變電站中各待測設(shè)備的能耗計算參數(shù)，根據(jù)各設(shè)備能耗計算參數(shù)在 對應(yīng)設(shè)備上安裝相應(yīng)的無線傳感器；
[0009] S2)將無線傳感器組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并與能效檢測平臺無線連接；
[0010]S3)采集各無線傳感器的數(shù)據(jù)；
[0011] S4)對智能變電站各設(shè)備的能耗參數(shù)在線采集；
[0012] S5)對智能變電站的的能耗情況進(jìn)行檢測。
[0013] 所述的方法，步驟S1中，智能變電站的待測設(shè)備包括主變壓器、站用變壓器、電抗 器、電容器及其他智能設(shè)備；所安裝的無線傳感器包括電壓傳感器、電流傳感器和頻率傳感 器。
[0014] 所述的方法，步驟S2具體包括：無線傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊通過串行通信接口與 數(shù)據(jù)處理模塊相連，無線傳感器再通過IEEE802. 15. 4與ZigBee協(xié)議與匯聚節(jié)點設(shè)備和網(wǎng) 關(guān)設(shè)備組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；能耗檢測平臺包括數(shù)據(jù)接收設(shè)備、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè) 備和微處理芯片，數(shù)據(jù)接收設(shè)備、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備均和微處理芯片相連，數(shù)據(jù) 接收設(shè)備與網(wǎng)關(guān)設(shè)備無線連接。
[0015] 所述的方法，步驟S4的智能變電站能耗參數(shù)包括主變壓器、電抗器、電容器、站用 變壓器的電能及其他智能設(shè)備的能耗，計算方法包括：
[0016] a.主變壓器與站用變壓器能耗ΔΑ。按照下式計算：
[0017]
[0018] 其中，ΔΡ。為變壓器空載損耗，U為變壓器輸入電壓的均方根值，UN為變壓器額定 電壓，T為設(shè)備運行時間，△Pk為變壓器短路損耗，Ilf為變壓器負(fù)載電流的均方根值，I 變壓器的額定電流（應(yīng)取與負(fù)載電流同一電壓側(cè)的數(shù)值）；
[0019] 其中u、i分別為變壓器電壓傳感器與電流傳感 器輸出數(shù)據(jù)，t為時|HJ;
[0020] b.電抗器能耗Δ 照下式計算：
[0021] 串聯(lián)電抗器的損耗電能
[0022] 式中，
[0023] IN1 串聯(lián)電抗器的額定電流；
[0024] Ilfl--流過串聯(lián)電抗器的均方根電流；
[0025] APkl一一電抗器通過額定電流、溫度達(dá)到75°C時的功率損耗，按廠家提供的手冊 查得；
[0026]
^為串聯(lián)電抗器電流傳感器輸出數(shù)據(jù)；
[0027] 并聯(lián)電抗器的損耗電能
[0028] UN1--并聯(lián)電抗器的額定電壓；
[0029] Ulfl一一并聯(lián)電抗器的運行電壓；
[0030] APkl一一電抗器通過額定電流、溫度達(dá)到75°C時的功率損耗，按廠家提供的手冊 查得；
[0031]
r,U為并聯(lián)電抗器電壓傳感器輸出數(shù)據(jù)；
[0032] 貝ljΔΑ!=ΔΑη+ΔΑ12;
[0033] c.電容器能耗Δ厶2按照下式計算：
[0034] 并聯(lián)電容器的損耗電能ΔΑ21=Q?！anδ21 ·Τ
[0035] 式中，
[0036] Qc--并聯(lián)電容器的容量；
[0037] tan δ21-一并聯(lián)電容器的損耗角正切值，可取廠家的實測值；
[0038] 串聯(lián)電容器的損耗電能= 3/〗？ _iamk_ΓX1
[0039] Ijf2 流過串聯(lián)電容器的均方根電流；
[0040] tan δ 22-一串聯(lián)電容器的損耗角正切值，可取廠家的實測值；
[0041]
12為串聯(lián)電容器電流傳感器輸出數(shù)據(jù)；
[0042] 則 δα2= δα21+ΔΑ22;
[0043] d.其他智能設(shè)備的站用電能耗Ec:
[0044] 站用電能耗E。通過在站用電計量表計上安裝無線數(shù)據(jù)采集裝置獲取，無線數(shù)據(jù)采 集裝置將站用電計量表計上的數(shù)據(jù)無線傳輸給能耗檢測平臺。
[0045] 所述的方法，步驟S5的檢測方法包括：將各設(shè)備能耗情況匯總后進(jìn)行環(huán)比和同比 能耗比較。
[0046] 本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明提供了一種基于WSN的智能變電站能耗現(xiàn)場檢測方法，該 方法采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可對新型智能變電站能耗全場景現(xiàn)場檢測，檢測數(shù)據(jù)通過WSN 上傳至能耗監(jiān)測平臺，并對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評估，在線分析智能變電站運行能效狀況。 同時，該方法中采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN)，保證終端智能變電站能耗數(shù)據(jù)可靠、方便的上 傳至能耗監(jiān)測平臺，克服了傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)采集方式布線不方便、惡劣環(huán)境下難以采集數(shù)據(jù) 的困難，實現(xiàn)了智能變電站能耗與能效數(shù)據(jù)現(xiàn)場檢測，檢測系統(tǒng)維護(hù)成本低、安裝方便、適 應(yīng)環(huán)境廣泛等諸多優(yōu)點?？傊罕景l(fā)明利用無線檢測設(shè)備，可以實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的同步采集與 傳輸；由于采用無線傳輸，數(shù)據(jù)處理器可實現(xiàn)對智能變電站的能耗情況檢測與計算處理。
【附圖說明】
[0047] 附圖1為一種基于WSN的智能變電站能耗現(xiàn)場檢測框圖。
[0048] 附圖2為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0049] 本發(fā)明提供了提供了一種基于WSN的智能變電站能耗現(xiàn)場檢測方法，該方法可對 新型智能變電站能耗全場景現(xiàn)場檢測，對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評估，在線分析智能變電站運 行能效狀況。該方法包括智能變電站能耗數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集 包括智能控制柜、變壓器、互感器、冷熱源設(shè)備、光伏設(shè)備等主要設(shè)備電壓電流參數(shù)；數(shù)據(jù)傳 輸利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN)傳輸相應(yīng)參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)包括相連的匯聚節(jié)點設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備， 傳感器與匯聚節(jié)點設(shè)備相連；數(shù)據(jù)處理主要對WSN傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行實時處理和分析，包括 DSP(數(shù)字信號處理）處理器及上位機(jī)顯示裝置。該監(jiān)測方法可對新型智能變電站能耗全場 景現(xiàn)場檢測，對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評估，在線分析智能變電站運行能效狀況
[0050] 一種基于WSN的智能變電站能耗現(xiàn)場檢測方法，主要包含以下步驟：
[0051] S1)確定智能變電站中各待測設(shè)備的能耗計算參數(shù)，根據(jù)各設(shè)備能耗計算參數(shù)在 對應(yīng)設(shè)備上安裝相應(yīng)的無線傳感器；
[0052] S2)將無線傳感器組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并與能效檢測平臺無線連接；
[0053] S3)采集各無線傳感器的數(shù)據(jù)；
[0054] S4)對智能變電站各設(shè)備的能耗參數(shù)在線采集；
[0055] S5)對智能變電站的的能耗情況進(jìn)行檢測。
[0056] 步驟S1中，智能變電站的待測設(shè)備包括主變壓器、站用變壓器、電抗器、電容器、 站用電的電能及其他智能設(shè)備；所安裝的無線傳感器包括電壓傳感器、電流傳感器、非嵌入 式變壓器參數(shù)監(jiān)測傳感器、電能表無線數(shù)據(jù)采集器。
[0057] 步驟S2具體包括：無線傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊通過串行通信接口與數(shù)據(jù)處理模 塊相連，無線傳感器再通過IEEE802. 15. 4與ZigBee協(xié)議與匯聚節(jié)點設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；能耗檢測平臺包括數(shù)據(jù)接收設(shè)備、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和微處理 芯片，數(shù)據(jù)接收設(shè)備、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備均和微處理芯片相連，數(shù)據(jù)接收設(shè)備與 網(wǎng)關(guān)設(shè)備無線連接。
[0058] 步驟S4所采集的各設(shè)備能耗參數(shù)包括電壓、電流，通過步驟S3的無線傳感