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(yùn)行管理水平，推進(jìn)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(dá)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(dǎo)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(dá)，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(fù)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(jìn)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(jìn)行了深入的分析研究，提出了“基于虛擬多天線結(jié)合先進(jìn)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