變電站監(jiān)測中基于虛擬多天線的無線物聯(lián)網(wǎng)抗干擾研究.pdf

1、高壓輸變電設(shè)備是電網(wǎng)的重要構(gòu)成元件，積極引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有助于提升設(shè)備監(jiān)測診斷、運行管理水平，推進智能電網(wǎng)建設(shè)。無線監(jiān)測設(shè)備作為物聯(lián)網(wǎng)的核心部分之一，適用于長期、實時、大規(guī)模、自動化的環(huán)境監(jiān)測。針對物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在變電站的應(yīng)用，國內(nèi)外開展了廣泛的研究，但是這些研究都沒有考慮變電站中無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電磁兼容性。由開關(guān)操作、雷擊和故障產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁干擾信號，含有豐富的高頻成分，極易通過空間耦合對二次設(shè)備形成干擾。瞬態(tài)電磁干擾上升時間極短，主要集中

2、在0～8μs內(nèi)，持續(xù)時間可長達20μs，主頻范圍覆蓋到2.5GHz，會對工作在2.4GHz的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備產(chǎn)生同頻干擾。通過加屏蔽外殼雖然可以提高無線傳感器的抗干擾能力，但是電磁干擾仍然可以通過電磁輻射途徑耦合到傳感器的天線上導致傳輸數(shù)據(jù)丟包。
　　另一方面，物聯(lián)網(wǎng)無線資源分配方面的研究，必須考慮能量效率和能量使用的優(yōu)化。由于監(jiān)測終端的電池容量有限，一旦忽視數(shù)據(jù)傳輸中對能量效率的優(yōu)化，將使得數(shù)據(jù)傳輸由于能量枯竭而中斷，重要信息無法

3、及時傳達，同時，已有論文經(jīng)初步研究了頻譜效率和能量效率之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，其研究表明，在考慮實際電路功率損耗的情況下，頻譜效率和能量效率不再是簡單的單調(diào)遞減關(guān)系，而是隨著頻譜效率的增加，能量效率呈現(xiàn)先單調(diào)遞增后單調(diào)遞減的特性。如果一味追求高頻譜效率和高吞吐量，將會帶來移動終端能量效率的大幅度下降。
　　無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備由于受到功耗、價格、體積三方面因素的制約，無法使用基于多天線與復雜數(shù)字信號處理的抗同頻干擾，由于無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)點眾多且

4、冗余度高，通過單天線節(jié)點間的互相協(xié)作可以構(gòu)成虛擬多天線進行傳輸。虛擬多天線在發(fā)射端通過多天線傳輸相同的數(shù)據(jù)，在接收端通過相干合成多徑信號來獲得分集增益。
　　基于這種思想，本論文結(jié)合變電站特殊的業(yè)務(wù)場景，初步給出了變電站中虛擬多天線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)。其次，對變電站中一次設(shè)備產(chǎn)生的脈沖噪聲特性進行了深入的分析研究，提出了“基于虛擬多天線結(jié)合先進編碼的抗瞬態(tài)電磁干擾技術(shù)”，通過MATALB建模脈沖噪聲模型和虛擬多天線系統(tǒng)模型，從能效和魯