无线网络在变电站运行维护中的应用

Abstract: for the substation operation maintenance, the problems facing the state are difficult to monitor, proposed the use of wireless networks to achieve the information sharing of the state amount.

Key words: substation operation; state variables; monitoring; wireless network

0 引言

在变电站运行维护中，需要实时掌握大量的信息，把各种相关信息直接传到调度终端实现数据共享，是目前极力推行的目标。目前的现状是很多的点检要靠人工管理来实现，这就大大增加了事故的发生率。同时变电站的运行维护中所涉及的信息量很多都是临时需要监测控制的，这就需要我们采取灵活的通信方式实现共享，形成有效监测。无线网络的出现开拓了信息传输新领域，它方便灵活的特点正是我们所需要的。

1无线局域网技术

无线局域网络(Wireless Local Area Networks; WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频技术取代旧式双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到理想境界。

1.1 WLAN的概念

WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，提供传统有线局域网LAN的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。

1.2 WLAN的特点

WLAN是作为有线局域网络地延伸而存在的，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性等特点。

1.3 技术要求

由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务，在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题。具体来说，无线局域网必须实现以下技术要求：

(1)可靠性：无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。

(2)兼容性：对于室内使用的无线局域网，应尽可能使其跟现有的有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。

(3)数据速率：为了满足局域网业务量的需要，无线局域网的数据传输速率应该在1Mbps以上。

(4)通信保密：由于数据通过无线介质在空中传播，无线局域网必须在不同层次采取有效的措施以提高通信保密和数据安全性能。

(5)移动性：支持全移动网络或半移动网络。

(7)小型化、低价格：这是无线局域网得以普及的关键。

2无线局域网的应用模式

随着IEEE 802.11b(Wi-Fi)标准的廉价的、每秒速度达11MB的高性能产品的深入普及，WLAN已经成为家庭和企业不可分割的一部分。仅举几个例子：无论你在家里、办公室、机场、火车上和零售商店中，到处都有可以接入WLAN的接入点。基于变电站要采取的参数信息具有临时性和多变性的特点，故提出了无线网络应用于变电站的监测系统。
无线局域网的应用模式

2.1.检测端主要由采集部分和处理器组成。

采集部分负责对所需状态量进行采集，通过处理器对状态量进行加工转换，进而经无线网络传输。

2.2无线网络硬件实现

(1)无线网卡。无线网卡的作用和以太网中的网卡的作用基本相同，它作为无线局域网的接口，能够实现无线局域网各客户机间的连接与通信。目前无线网络卡的规格大致可分成2M, 5M, 11M,三种，而其适用之界面可分为PCMCIA, ISA, PCI三种界面。

(2)无线AP。AP是Access Point的简称，无线AP就是无线局域网的接入点、无线网关，它的作用类似于有线网络中的集线器。

(3)无线天线。当无线网络中各网络设备相距较远时，随着信号的减弱，传输速率会明显下降以致无法实现无线网络的正常通信，此时就要借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增强。

一般天线有所谓指向性(Uni-direction)与全向性(Omni-direction)两种，前者较适合于长距离使用，而后者则较适合区域性之应用。

2.3 IEEE 802.11网络标准。

承袭IEEE802系列，802.11规范了无线局域网络的介质存取控制 (Medium Access Control ; MAC)层及实体 (Physical ;PHY)层。此较特别的是由于实际无线传输的方式不同，IEEE802.11在统一的 MAC层下面规范了各种不同的实体层，以因应目前的情况及未来的技术发展。目前802.11中制订了三种介质的实体，为了未来技术的扩充性，也都提供了多重速率 (Mulitiple Rates)的功能。这三个实体分别是：

(1)2.4GHz Direct Sequence Spread Spectrum

速率1Mbps时用DBPSK调变 (Difference By Phase Shift Keying)

速率2Mbps 时用DQPSK调变 (Difference Quarter Phase Shift Keying)

接收敏感度 –80dbm

用长度11的Barker码当展频PN码

(2)2.4GHz Frequency Hopping Spread Spectrum

速率1Mbps时用 2-level GFSK调变，接收敏感度 –80dbm,

速率2Mbps时用4-level GFSK调变，接收敏感度 –75dbm,

每秒跳2.5个 hops

(3)Diffused IR

速率1Mbps时用16ppm调变，接收敏感度2 ×10-5mW/平方公分

速率2Mbps时用4ppm调变，接收敏感度8 ×10-5mW/平方公分

波长850nm~950nm

2.4展频技术

主要分为跳频技术及直接序列两种方式。它使用是希望在恶劣的环境中，依然能保持通信信号的稳定性及保密性。

(1) 跳频技术 (FHSS)

跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。

(2) 直接序列展频技术 (DSSS)

直接序列展频技术 (Direct Sequence Spread Spectrum; DSSS)是将原来的讯号「1」或「0」，利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips，一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰，而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。

(3) DSSS VS FHSS之优劣

一般而言，DSSS由于采用全频带传送资料，速度较快。DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用，因此，无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用，大都采用DSSS无线技术产品。FHSS则大都使用于需快速移动的端点，如行动电话在无线传输技术部分即是采用FHSS技术;且因FHSS传输范围较小，所以往往在相同的传输环境下，所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多，以目前企业需求来说，高速移动端点应用较少，而大多较注重传输速率、及传输的稳定性。

2.5降低通信干扰的手段

采用 IEEE 802.11b 无线通信方式。通信的干扰是指其他的无线电系统或谐波对无线局域网的干扰，如频段相近或相同的无线发射系统或者其谐波的干扰。IEEE 802.11b 工作在2.4GHz 频段下，变电站的电磁环境中，频段多在 KHz，与其相近的频段极少，此时受到干扰的可能比较小。另外，IEEE 802.11b 的直接序列扩频技术将该频段划分成 14 个 22MHz 带宽的信道上，每一个信道的间隔为 5MHz，邻近的信道互相重叠，在 14 个信道内，只有 3 个信道是互相不覆盖的。中国的标准是 11 个信道。如果无线局域网收到无线电干扰，可以将它的信道改变，寻找没有受到干扰的信道。故此，传输过程的抗干扰能力较强。

拥有固定波束和自适应天线阵的智能天线能够为WLAN(无线局域网)提供范围扩大、多径分集、干扰抑制和增加的容量等功能。

空间分集--将天线从空间上隔开。在一个严格的多经环境中，例如在室内和手机附近，仅需要 λ/4的空间就可获得低衰落相关性。极化分集--使用双极化(水平和垂直)能够让一个物理天线用于双信号输入(每一个极使用不同的传输方式)。方向图分集--使用配置方向图的天线单元。

这三种分集方式的结合能够允许在PCMCIA卡或者手机等小型设备上使用大量的天线，而且性能比较理想。自适应天线阵还有很多技术组合。最简单和最普通的(多数用于802.11b系统，许多用于802.11a/g系统)组合是选择分集。在这里，可选择信号接收能力最强的天线用于输出的信号。目前，这种技术应用于许多WLAN接收机中。然而，这个技术不使用全部的接收的信号功率，因此，在改善一个天线的分贝增益方面的作用是有限的。

3. 结论

无线技术的不断发展，必将为我们提供广阔的应用空间，在变电站运行维护中无线网的使用是不可避免，从而为变电站监测提供新的平台。

参考文献：

[1] 黎连业, 郭春芳, 向东明. 无线网络及其应用技术[M ]. 北京: 清华大学出版社, 2004

[2] 杨奇逊著 . 变电站综合自动化技术发展趋势 .电力系统自动化 , 1995.19