无线传感器网络在电力系统故障定位中的应用

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1、第25卷第5期平顶山学院学报V01．25No．52010年1O月JournalofPingdingshanUniversity0ct．20l0无线传感器网络在电力系统故障定位中的应用翟子楠，王化冰(平顶山学院，河南平顶山467000)摘要：提出了一种基于分层式无线传感器网络检测并定位电力线路故障的方法．讨论了无线传感器网络的能量供应模式，设计了节点的能量供应模型．分析了应用无线传感器网络定位两相短路故障和单相接地故障的理论．对利用无线传感器定位电力线路故障的理论进行了仿真，验证了该理论的可行性．关键词：无线传感器网络；能量供

2、应模型；无线传感器节点；电力系统故障中图分类号：TM713；TN929文献标识码：A文章编号：1673—1670(2010)05—0033—04持一段时间，在变电站出线端和入线端布置的无线1引言传感器就可以记录下这个事件．根据采样的三相电2009年5月21日，国家电网公司公布了“智流就可以实现故障段定位．能电网”的发展规划J．随着传统电网向智能电网电网中性点的接地方式常见的有中性点不接发展，用户对电网的可靠性和安全性要求越来越地和经消弧线圈接地2种．单相接地故障电流比相高．电力线路的智能监控技术也成为实现智能电网间短路电流小

3、，当某一相发生接地故障时，可以利的关键环节J．在电力系统分布式网络中获取电用故障点前后的电流分布实现故障定位．力系统故障所需要的数据就需要大量布置传感器，笔者提出了一种分层式网络拓扑结构，设计了线缆式传感器通讯网络的建设成本限制了它的应节点的能量供应模型：通过线圈的电磁感应产生的用范围．采用无线传感器网络(WSN)采样故障数能量供应传感器节点的能量，同时，为了防止电网据应该是一种有前途的选择J．特别是在偏远的故障电流蔓延至节点，采用光伏电池作后备电源．山区或人力巡查较困难的地区可以极大地发挥无分析了利用无线传感器定位两相短路

4、故障和单相线传感器网络的优势．接地故障的定位方法．最后对利用无线传感器定位无线传感器网络是通过节点多跳(multi—电力线路故障的方法进行了仿真．结果验证了该理hop)方式形成的一种分布式无线自组网络．网络论的可行性．中所有节点地位相等，都承担主机和路由的功能．2WSN网络结构及节点电源模型对于无线传感器网络来说，设计有效的网络拓扑策略和能量供应模式来延长网络的生命周期就成为2．1WSN网络结构无线传感器网络的核心问题3J．无线传感器网络节点的配置如图1所示．负责1984年，Fernandes发明了一种用于电力传输监测电流的

5、传感器节点(图中矩形方框)布置在导线的无线传感器节点．随后，Lindgren等人设计了线表面，部署大量传感器节点能够提高定位的精确新型的无线传感器节点J．他们都提出了基于无度．线传感器监测负载故障，定位短路电流，以及单相网络中的每一个节点可以设置唯一的标识码，接地故障的设计理念．这样，可以根据标识码得知采样电流的位置，从而如果在相间发生短路，短路电流超出阈值后维为确定故障段提供判断依据．收稿日期：2010—06—25作者简介：翟子楠(1975一)，男，河南省舞钢人，平顶山学院电气信息工程学院副教授·34·平顶山学院学报从主变

6、电站到下级变电站的方向划分蔟区域，流、滤波、稳压电路处理后给节点提供必需的工作称作本地通信蔟．在本地通信蔟区域内选举蔟头节电源．点．蔟头节点负责向上一级蔟区域发送本区域的节但是在系统出现短路大电流时，CT铁芯深度点信息．通过接力的方式，逐级向主控室传递数据．饱和，会产生很大的励磁涌流．可能导致节点电源簇头节点(ClusterHeaderNode，CHN)的选举毁坏．所以在节点上附加电源电流监控单元，当电有很多算法，常见的有TopDisc、GAF、LEACH流较小时使用CT取能，当电流超出设定阈值时，等j．采用文献[7]提出的

7、离散分布式拓扑控制算切换至光伏电池供电．法可以有效控制冗余链接．该算法主要特点是利用3两相短路故障定位原理邻居节点信息进行处理；不需要节点的位置信息；节点不需要配备方向天线；拓扑控制能保证网络的3．1电流采样连通性．如图3所示，黑色圆点为安装在电力传输线上的无线传感器节点，功率传输方向从左至右．代表工频周期，代表采样次数，i(t)代表在t时刻的电流采样幅值，采样得到的i(t)，⋯，i(t一(M一1)T)按照先进先出的方式储存．因为继电保护单元已经断开了断路器，即当一个工频周期内采样的电流幅值都为零时．则可以判断此时发生了故障

8、．▲▲▲▲-，，-—一--▲▲—__(一Secondary---r-Secondary图1WSN网络拓扑结构Subs!alionH-▲▲／▲SubslationL----2．2节点能量供应模型传感器节点通常由电池供电，电池的容量一般图3无线传感器节点(黑色圆点)参与不大，一旦电池用完，节点