基于WSN与RFID融合技术的输变电设备在线监测系统研究

发布时间：2017-08-12 21:17

  本文关键词：基于WSN与RFID融合技术的输变电设备在线监测系统研究

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【摘要】：物联网技术与智能电网存在许多共性技术,将物联网技术应用于智能电网,有助于提高电网的信息化程度、能源利用率以及运行可靠性,面向物联网技术的智能电网是未来发展的一个重要方向。输变电设备作为电网的基本组成部分,其运行状态直接影响智能电网的整体运行。因此,对输变电设备进行在线监测是保证电网可靠运行的基础。本文充分利用物联网技术的优势,对基于WSN(Wireless Sensor Networks)与RFID(Radio Frequency Identification)融合技术的输变电设备在线监测系统进行了深入的研究,主要研究内容包括以下几个方面。针对传统输变电设备在线监测系统难以满足故障定位精确、多参数集中监测的现状,提出一种新型输变电设备在线监测系统架构,分为信息感知层、数据通信层、信息融合层与综合应用层。对各层的功能进行了详细介绍,实现了输变电设备集中监测多种类型参数以及准确定位故障设备。基于对WSN与RFID融合技术四种常用架构方案的讨论,本文提出一种新型多传输方式监测通信网络。多传输方式监测通信网络主要由状态监测智能电子装置(IED)与主IED构成。状态监测IED是融合RFID标签的WSN节点,主IED是融合阅读器的汇聚节点。在多传输方式监测通信网络中,状态监测IED与主IED之间可以采用ZigBee技术与RFID技术进行通讯。基于RFID技术通信协议简单、能耗低的优势,状态监测IED与主IED优先采用RFID技术通信,从而降低监测通信网络的整体能耗。当RFID通信条件无法满足时,状态监测IED与主IED再通过ZigBee技术通信。另外,为多传输方式监测通信网络设计了一种RFID优先策略以及通信方式切换算法,使得状态监测IED与主IED能够智能切换通信方式。重点研究了状态监测IED的设计。详细阐述了状态监测IED的硬件选型。状态监测IED的设计采用了模块化的思想,对状态监测IED的传感标签进行了一系列测试。仿真及测试结果表明,传感器标签的天线回波损耗约为-13.1dB,载波频率为865.8MHz时,传感标签最大读写距离为18m,传感标签驱动电流和工作电流分别为520μA和210μA,性能优于SL900A。为了降低状态监测IED的能耗,为状态监测IED设计了一种RFID射频唤醒机制。当状态监测IED无数据包需要发送时,RFID唤醒机制使状态监测IED的微处理器与无线通信模块始终处于休眠状态。当状态监测IED有传输任务时,主IED向状态监测IED发送射频唤醒信号,触发状态监测IED的RFID标签,RFID标签产生外部中断激活MCU,从而使状态监测IED进入正常工作状态。通过MATLAB仿真实验可得,RFID射频唤醒机制优于IEEE802.15.4 MAC协议与B-MAC协议的性能,RFID射频唤醒机制的能耗最低。
【关键词】：智能电网 物联网 输变电设备在线监测系统 WSN与RFID融合技术 智能电子装置
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM76;TM507
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 绪论17-24
• 1.1 课题背景与研究意义17-21
• 1.1.1 选题背景17-19
• 1.1.2 课题研究意义19-21
• 1.2 相关研究现状21-22
• 1.2.1 输变电设备在线监测系统的研究现状21-22
• 1.2.2 WSN与RFID融合技术的现状22
• 1.3 本文的主要工作及相关内容安排22-24
• 第二章 WSN与RFID融合技术研究24-36
• 2.1 无线传感器网络技术24-28
• 2.1.1 无线传感器网络的结构24
• 2.1.2 无线传感器网络的通信技术24-26
• 2.1.3 ZigBee技术26-28
• 2.2 射频识别技术28-30
• 2.2.1 RFID的系统构成28-30
• 2.2.2 RFID系统的分类30
• 2.3 WSN与RFID融合技术分析30-35
• 2.3.1 集成WSN和RFID的原因31
• 2.3.2 RFID与WSN的一体化架构31-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 输变电设备在线监测系统的设计36-45
• 3.1 输变电设备在线监测系统架构36-39
• 3.1.1 信息感知层37
• 3.1.2 数据通信层37-38
• 3.1.3 信息融合层38
• 3.1.4 综合应用层38-39
• 3.2 监测通信网络的设计39
• 3.3 多传输方式监测通信网络39-44
• 3.3.1 多传输方式监测通信网络与其他融合网络的比较40
• 3.3.2 监测通信网络的拓扑结构40-41
• 3.3.3 监测通信网络的路由协议41-42
• 3.3.4 监测通信网络传输方式的切换策略与算法设计42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 状态监测IED的设计45-65
• 4.1 状态监测IED的设计45-54
• 4.1.1 状态监测IED的结构45
• 4.1.2 状态监测IED的器件选型45-47
• 4.1.3 无线通信模块设计47-48
• 4.1.4 电源电路设计48
• 4.1.5 状态监测IED的测试与实验结果48-54
• 4.2 状态监测IED的低能耗策略54-55
• 4.2.1 轮流休眠机制55
• 4.2.2 射频唤醒机制55
• 4.3 状态监测IED的休眠唤醒机制设计55-64
• 4.3.1 RFID唤醒机制56-58
• 4.3.2 RFID唤醒机制的主要特点58-59
• 4.3.3 RFID唤醒机制的退避算法59-61
• 4.3.4 RFID唤醒机制的能耗分析61-63
• 4.3.5 仿真与实验结果63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：663666