面向新能源微网的无线传感器网络应用研究

摘要

随着可再生能源渗透率日渐提升，电网稳定可靠运行面临的挑战也越来越大。目前存在的长距离传输线路损耗大、设备利用率低、消纳及并网困难、系统增容投资边际效率差等问题亟待解决。因此需要对新能源微网内的光伏、风电、储能、逆变器、控制器等设备进行实时监控，确保实时、准确、全面的获悉独立供电网络的运行情况。WSN(Wireless Sensor Networks，无线传感器网络)结合无线传感、计算机、分布式信息处理以及无线通信等技术，能够有效地实现对新能源微网内监测对象的信息采集和协作感知。但现阶段传感器件的能量限制问题大大制约了传感网络的发展。
　　针对这些问题，本文依托课题组参与的国家电网及南方电网科研项目，结合智能可穿戴设备、可充电无线传感器网络等方面的研究情况，着重研究传感器网络的路由优化设计。通过上述项目关键技术研究，以期延长无线传感器网络的生命周期，提高新能源微网各环节设备监测的可靠性和精确度，优化各类可再生电源、间歇性电源和负荷接入后的协调运行，保障微网并网运行的稳定可靠。首先，分析新能源微网对传感业务的需求，探究无线传感器网络工作特性以及在微网中的适用性，提出新能源微网传感系统及其现阶段的局限性，并根据新能源微网内传感器节点的分布情况，设计面向新能源微网的提出面向新能源微网的WSN通信架构;研究现有WSN的路由协议并选取更适用于新能源微网的路由技术，进一步优化设计并通过仿真进行验证分析其性能的路由协议并结合新能源微网应用场景，提出一种WSN路由优化方法并通过仿真验证;其次，针对新能源微网环境应用场景探讨研究其WSN的充电方式和充电策略，对可充电WSN的路由优化设计并进行仿真验证，并对通过WSN和可充电WSN的通信可靠性进行通信可靠性仿真对比分析，验证可充电WSN在一定误差范围内的可行性在一定误差范围内的适用性;最后设计智能可穿戴设备并测试其在新能源微网中应用性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状及存在问题

1．2．1 传感器网络在微网中的研究现状

1．2．2 可充电传感网络应用研究现状

1．3 论文的主要工作

第2章 能源互联网下智能化电力业务研究与通信网络改进分析

2．1 新能源微网特性分析

2．2 新能源微网传感业务需求分析

2．2．1 新能源微网内的电源、重要设备

2．2．2 主要设备运行参数分类

2．2．3 运行参数的无线传感器件及信息传输方式

2．3 无线传感网络特性分析

2．3．1 WSN特性

2．3．2 WSN适用性

2．4 新能源微网传感系统

2．5 面向应用的WSN路由技术

2．5．1 传感器网络的速率、通信质量及生命周期性能分析

2．5．2 微网的WSN路由技术

2．5．3 分布式电源的可充电WSN路由技术

2．6 本章小结

第3章 面向微网的WSN路由优化

3．1 微网传感节点分布情况

3．1．1 微网设备传感节点分布情况

3．1．2 微网多元设备与信息的WSN运用分析

3．2 面向微网业务的WSN路由设计

3．2．1 WSN通信架构

3．2．2 面向微网WSN路由优化原则

3．2．3 WSN路由协议分析与选择

3．2．4 微网环境下WSN路由优化方案

3．3 WSN路由优化仿真分析

3．3．1 WSN路由仿真验证

3．3．2 WSN路由的性能分析

3．4 本章小结

第4章 分布式电源的可充电WSN路由优化

4．1 新能源微网环境下可充电WSN特性分析

4．1．1 传统WSN的局限性分析

4．1．2 可充电WSN的生命周期优势

4．2 面向分布式电源的WSN充电方式与策略

4．2．1 可充电WSN节点充电方式

4．2．2 针对分布式电源环境的充电策略

4．3 可充电WSN路由优化设计

4．3．1 可充电WSN路由优化设计

4．3．2 充电策略与路由算法的联合优化

4．4 可充电WSN可靠性分析与仿真验证

4．4．1 可充电WSN路由优化仿真及结果分析

4．4．2 可充WSN可靠性仿真流程及结果分析

4．6 本章小结

第5章 面向新能源微网巡检场景的WSN应用方案

5．1 无线传感网络在新能源微网的运用场景分析

5．2 新能源微网环境下的智能可穿戴应用方案与初步实验

5．2．1 智能可穿戴设备的应用环境分析以及监控需求

5．2．2 智能可穿戴设备的基本结构与应用方案设计

5．2．3 智能可穿戴设备初步试验

5．2．4 智能可穿戴设备功能改进与系统完善研究

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢