第二章按照光纤在传感器中所起的作用，光纤传感器一般可分为3类：（1）功能型光纤传感器。利用光纤本身的特征把光纤直接作为敏感元件，既智能感知信息，又传输信息。有时又称其为传感型光纤传感器，或叫做全光纤传感器。电（2）非功能型光纤传感器。利用其他敏感元件感知待测量的变化，光纤仅作网基为光的传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号。有时也称其为传光型础传感器，或叫做混合型传感器。技术（3）拾光型光纤传感器。利用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。目前，已研制出测量位移、速度、加速度、压力、液面、流量、温度、振动等各种物理量的多种光纤传感器。光纤传感器因不受电磁场干扰和可实现长距离低损耗传输，成为输变电设备监测应用的理想选择。美国、德国、加拿大、英国等都在致力于新型光纤传感器及解调系统的研究，我国对光纤传感器的研究相对较晚，但发展较快，随着波长解调等技术的进一步发展和完善，光纤传感器在智能电网中必将得到更广泛的应用。（一）智能传感器智能传感器技术是涉及传感、微机械、微电子、网络、通信、信号处理、电路与系统，以及小波变换、神经网络、遗传算法、模糊理论等多种学科的综合技术，自前正在蓬勃发展。智能传感器的功能如数字信号输出、信息存储与记忆、逻辑判断、决策、自检、自校、自补偿等都是以微处理器为基础的，目前已从简单的数字化与信息处理发展到具有网络通信功能，集成了神经网络及多传感器信息融合等新技术的现代智能传感器。智能传感器具有以下特点：①通过软件技术可实现高精度的信息采集：②具有一定的自动编程能力：③功能多样化等。智能传感器性价比高，易于安装与维护；集成度高、体积小，并且能有效地防止破坏；电磁兼容性良好，易于实现故障检查；同时具有实现智能数据交换与远程控制的软硬件，因此在设备状态监测等方面具有广泛的应用前景。（三）传感器技术展望传感器技术已经从过去的单一化向集成化、微型化和网络化方向发展，并随着物联网概念的提出而越来越受到关注。v19
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是多学科高度交叉的前沿研究领域，综合了传感器、嵌入式计算、计算机及无线通信、分布式信息处理智能等技术。无线传感器网络利用大量的微型传感计算节点，通过自组织网络以协作电网方式实时监测、感知和采集各类环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息技进行处理，以一种“无处不在的计算”的新型计算模式，成为连接物理世界、数术字虚拟世界和人类现实社会的桥梁。传感器网络的基本要素是传感器、感知对象和观察者。传感器之间、传感器与观察者之间通过有线或无线网络进行通信，节点间以AdHoc方式（AdHoc是一种特殊的无线移动网络。网络中所有节点的地位平等，无需设置任何的中心控制节点。网络中的节点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力）进行通信，每个节点都可以充当路由器的角色。传感器由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件构成。观察者是传感器网络的用户，是感知信息的接受和应用者。一个观察者也可以是多个传感器网络的用户。观察者既可以主动地查询或者收集传感器网络的感知信息，也可以被动地接受传感器网络发布的信息。观察者将对感知信息进行观察、分析、挖掘、制定决策或对感知对象采取相应的行动。感知对象是观察者感兴趣的监测目标，也是传感器网络的感知对象。感知对象一般通过表示物理现象、化学现象或者其他现象的数字量来表征。通常情况下，无线传感器网络系统结构如图2-2所示。具有射频功能的传感五支互联网、卫星、公共移动通信网络等五n支真网关服务器监测区域传感器节点用户访问管理图2-2无线传感器网络系统结构20
第二章器节点分布于无线传感器网络的各个部分，负责对数据的感知和采集，并且通过无线传感器网络通信技术将数据发送至汇聚节点。汇聚节点与监控或管理中心通智能过公共网络等进行通信，从而使用户对收集到的数据进行处理分析，以便做出正电确判断或决策。区基射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）是从20世纪90年代开始础走向成熟的一种非接触式自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获技术取相关数据。识别工作无需人工干预，可适应各种恶劣工作环境（如高温、变频磁场等）。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。其主要核心部件是一个电子标签，直径不到2mm，通过相距几厘米到几十米距离内传感器发射的无线电波，可以读取电子标签内储存的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。RFID一般包括低频系统、频率为13.56MHz的高频系统、频段在900MHz左右的超高频系统，以及工作在2.4GHz或者5.8GHz微波频段的系统。不同频率的标签有不同的特点，应用于不同的领域。例如，低频标签比超高频标签便宜、节省能量、对废金属物体穿透力强、工作频率不受无线电频率管制约束，最适合用于含水成分较高的物体，例如水果等；超高频标签作用范围广、传送数据速度快，但是比较耗能、穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适用于监测港口、仓储等物流领域的物品：而高频标签属中短距识别，读写速度居中，产品价格相对便宜，例如应用在电子票证一卡通上。RFID收发器包含有源和无源两种类型：无源RFID收发器主要用于物流和目标跟踪，其自身没有电源，是从读/写器的射频电场获得能量；有源收发器由电池供电，因此具有数十来长的有效距离，但是体积更大、价格更贵。RFID应用前景十分广泛，在很多领域得到了推广应用，取得了良好的效果。二、同步相量测量同步相量测量技术是目前电力系统的前沿课题之一。同步相量测量是基于高精度卫星同步时钟信号，同步测量电网电压、电流等相量，并通过高速通信网络把测量的相量传送到主站，为大电网的实时监测、分析和控制提供基础信息。目前，同步相量测量依靠卫星导航系统提供高精度同步时钟信号，目前主要使用全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）。GPS是美国1970年起研制的空间卫星导航定位系统，包括3部分：空间部分一一卫星星座，地面控制部育21
分一地面监控系统，用户设备部分一卫星信号接收机。GPS由距离地球表面约20200km轨道上的24颗卫星组成，地球表面任何一点至少可以看到4颗卫星。智能用户通过卫星发送导航电文读取卫星位置坐标、时间信号、秒脉冲等信息。其他电网的卫星导航系统包括中国北斗、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO等。技GPS的高精度秒脉冲为同步相量测量提供同步时标，使分布于电力系统各术个厂站的电压、电流信号的同步精度达到微秒级。电力系统的交流电压、电流信号可以使用相量来表示，设正弦信号为x(t) =/2X cos(2t+g)(2-1)采用相量表示为X=Xeje=Xcosp+jXsinp=Xr+jX,(2-2)交流信号通过傅里叶变换，将输入的采样值转换为频域信号，得到相量值。式（2-1）用相量的形式表示为X-29xe(2-3)=XR+jXxeNK=0模拟信号u(t)=V2Ucos(at+p)的相量形式为U/Q。如图2-3所示，当u（t）的最大值出现在卫星同步秒脉冲信号（PPS）时，相量的角度为0°；当u（t）正向过零点与秒脉冲同步时，相量的角度为-90°。2UV2UGPSD-IPPSIPPS002图2-3同步相量测量示意图广域测量系统（WideAreaMeasurementSystems，WAMS）是在同步相量测量技术基础上发展起来的，对地域广阔的电力系统进行动态监测和分析的系统。下面将从广域测量系统的关键技术、系统结构、标准、应用等方面来进行阐述。22
第二章（一）广域测量系统关键技术！1.同步测量技术智能基于GPS的同步测量原理为：由相量测量装置（PhasorMeasurementUnit，电网基础：PMU）高精度晶振构成的振荡器经过分频产生满足采样要求的时钟信号，它每隔1s与GPS的秒脉冲PPS信号同步一次，保证振荡器输出的脉冲信号的前沿与GPS时钟同步，去除累计误差。同时通知采样CPU，在新的1PPS作用下，采样点数技术重新清零。各A/D转换器都以计数器输出的经过同步的时钟信号作为开始转换的信号，控制各自的数据采集，因此采样是同步的。同时，GPS接收机经标准串口将国际标准时间信息传送给数据采集装置，用于给采样数据加上“时间标签”。同步测量需要有高精度的卫星时间同步技术，GPS技术是当前比较成熟并在国际上广泛使用的卫星时间同步技术。GPS时间同步技术具有精度高、可靠性好、成本较低的优点。但GPS受美国军方控制，其P码仅对美国军方和授权用户开放，民用C/A码的时间同步精度比P码低两个数量级。2003年，我国自主研发的北斗卫星导航系统正式开通，采用北斗卫星导航系统的授时定时型用户机，可以得到优于100ns的时间基准，北斗卫星导航系统的应用已逐步进入了实用性阶段。由于俄罗斯的GLONASS系统正常运转的卫星数量有限，稳定性和可靠性无法保障，而欧洲实施的“伽利略”计划进度较为缓慢，尚无正式开始组网的时间表，预计随着我国北斗卫星导航系统的发展，广域测量系统将逐步过渡到使用北斗卫星导航系统的同步时间信号。2.实时通信技术实时通信技术是广域测量系统的关键部分之一。广域测量系统的测量、决策及响应时间在很大程度上依赖于通信系统的鲁棒性、带宽、低误码率、多点通信、亢余性等指标。通信系统需具备最大的可靠性，要求能够检测出通信故障，并具备容错能力。通信系统的技术要求主要包括：（1）支持保护和控制的高速、实时通信。（2）支持电力系统应用的宽带网。（3）能够处理应用发展所需的最高速率。（4）能够访问所有的地点，以支持监控和保护功能。（5）在部分网络出现故障的情况下仍能连续工作。基于WAMS能够实时监测电力系统的稳定运行，预测可能出现的电力系统失稳或崩溃，并通过适当的控制策略来防止系统稳定的破坏。为了可靠获得电力123