摘要：为保证电力系统安全稳定的运行，电力系统在线监测越来越重要，无线网络崛起后，人们开始将GPRS、ZigBee等无线通信技术应用于电力系统在线监测数据传输。然而目前广泛应用的通信方式有着维护成本高、通信距离短等缺点。本文介绍了一种新型的远距离、低功耗、低成本通信方式LoRa，阐释了LoRa在电力系统无线通信领域的应用前景。
关键词：电力系统 在线监测 无线通信 LoRa 低功耗
引言
随着电力系统的发展以及电力在各领域应用的广泛和深入，电力系统安全稳定地运行越发重要，人们对电力部门的电力供应质量提出了更高的要求。为了能够及时处理电力系统运行的故障，减少不必要的经济损失，需要对电力系统进行实时监测，了解其运行状况。定期巡视输电线路线是确保供电安全的重要手段之，但在某些偏远山区、林地，人工巡线不便，无法及时发现输电线路存在的安全隐患，严重影响了输电线路的安全。恶劣的环境频繁侵袭输电线路，导致铁塔和输电线路因覆冰原因受到严重损害。轻则线路跳闸，重则断线倒塔，严重制约了电力系统电网的发展，进而影响了社会生产和居民供电[1]。
无线网络的崛起，使电力系统在线监测无线传输的技术逐渐进入人们的视野。电力系统监测信息无线传输是指利用各种无线通讯技术如：GPRS公众网络通信、ZigBee通讯技术进行无线组网，将各个前端传感器所采集的数据汇总，然后再传到监控中心进行数据的监测、分析。利用无线网络进行监测具有避免大量布线工程、监测方便、低成本等优点，但目前采用的无线通信方式仍有很多不足，GPRS运行维护成本极高，资源浪费严重，ZigBee通信距离短，组网复杂。
LoRa作为一种新型的远距离、低功耗、低成本通信方式，用于无线监测通信优于前两者，且扩展维护方便，本文将对Lora在电力系统通信中的应用。
1.LoRa的基本介绍
Lora全称Long Rang，是一种基于扩频技术的低功耗、长距离的无线通信技术。目前主要面向物联网，应用于电池供电的无线局域网、广域网设备[2]。LoRa采用星型网络架构，与网状网络架构相比，它是具有最低延迟、最简单的网络结构。基于LoRa的扩频芯片，可以实现节点与集中器直接组网连接，构成星形；对于远距离的节点，可使用网关设备进行中继组网连接。LoRa网络供应商既可以搭建覆盖范围较广的广域网基础设施，也可以通过简单的网关设备搭建局域网，只要物联网设备中嵌入LoRa芯片或模块，即可快速实现组网和快速配置。在实际应用中，采用LoRa协议的物联网设备无线通信距离超过15公里(郊区环境)，电池使用寿命可达10年以上，并且能够将数百万的无线传感器节点与LoRa技术网关连接起来，这一优势是传统网络通讯标准无法达到的。目前LoRa技术已开始应用于能源、汽车、物流、农业、商业、制造业等领域[3]。
LoRa的这些优势使其适用于电力系统在线监测无线通信。
2.LoRa在电力系统中的应用
电力系统在线监测的无线传输信息大体分为两种：电站、变电站中如变压器、均压环、开关柜等设备运行状态的监测；电力塔上设备及线路运行状态的监测。在线监测系统组成复杂，结构可概括为：
数据采集—>数据传输—>数据处理
其中，数据采集层由多个监测节点构成，监测节点分布于各个电力塔，完成电力塔上电力设备工作状况监测、输电线路运行参数采集等功能。数据采集由在节点布置传感器监测实现，采集电流、电压、温度、湿度、压力等数据。电力塔上的数据采集节点如图。
数据传输由LoRa模块完成，由中心传输节点、中继服务器和光纤组成，有信息传输的优先级判断、信息的初步处理等功能。输电线路中的通信层由无线监测和有线监测方式相结合来实现，在复杂地形条件下系统使用无线传输方式减少了复杂困难的有线传输的布线工程，而且电力塔的天然高度也给中心传输节点提供了很好的传输环境。城市里现在都有光纤网络，当信息传输至城市时通过中继服务器将信息接入光纤网络，使用光纤通信将信息传输到监控中心。这样既提高信息传输的速率也提高了信息传输的稳定性，而且利用城市中现有的光纤网络也不会耗费巨大的成本。
数据处理由监控中心和监控人员组成。这一层主要实现：数据处理、记录和历史数据的调取；对线路的运行状况进行监控，能对异常的数据进行实时判断，对监测人员发出报警信息，使监测人员能了解输电线路的问题并及时派出人员解决。
3.结束语
本文分析了LoRa作为一种能够实现远距离、低功耗的新型通信方式在电力系统中的应用。虽然目前LoRa并未大面积应用于电力系统中，但关于LoRa应用于电力系统的研究已经开始，相信将来LoRa有广阔的发展前景。
参考文献
[1]:肖粲然，刘东园.电力系统在线监测无线通信方式研究[J].通信电源技术.2007.(25)：2-16.
[2]王阳，温向明.新兴物联网技术—LoRa[J].研究与开发:97-106.
[3]龚天平.LORA技术实现远距离、低功耗无线数据传输[J].ELECTRONICS WORLD?技术交流.2016.(10)：23-28.
论文作者:于凌霜,徐博雅,王丽
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
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