基于无线自组网通信的智能配电网作业应急指挥系统

摘要：随着自组网通信电网规模的扩大，配电网故障和突发事件频发，对电网稳定运行构成威胁。为解决上述问题，文章对基于无线自组网通信的智能配电网作业应急指挥系统进行了研究。该系统通过先进的通信设备和传感器实现电网状态的全面感知和实时监测。软件设计上，系统实时监测电网数据，利用无线自组网技术快速共享应急信息并通过智能调度规划自动制定调度方案，迅速调度资源以恢复电网运行。测试结果显示，该系统性能优越，能有效应对电力应急抢修，保障电力系统稳定运行。

关键词：无线自组网通信；智能配电网；配电网作业；作业应急指挥；应急指挥系统

中图分类号：TM769""文献标志码：A

0"引言

随着智能电网技术的快速发展，配电网的自动化和智能化水平不断提升，对应急指挥系统的响应速度和效率提出了更高的要求。在传统的配电网作业中，应急指挥往往依赖于固定的通信基础设施，在面对自然灾害、设备故障或其他突发事件时，可能会发生通信中断而导致指挥失灵。因此，开发一种能够适应复杂环境、快速部署且具备高度自主性的应急指挥系统显得尤为重要。

近年来，智能配电网作业应急指挥系统的研究日益受到重视，学者们提出了多种创新的设计方案。陈根奇等^［1］提出了配网应急一体化看图指挥系统。该系统优点在于通过图形化界面直观展示电网状态，便于指挥人员快速理解和响应，提高了应急指挥的效率和准确性。然而，该系统的缺点在于对实时数据处理能力的要求较高以及对图形化界面设计和用户交互体验的依赖，需要较高的技术支持和维护成本。高正浩等^［2］基于北斗卫星通信导航设计了电力应急抢修指挥系统。该系统的显著优势在于利用北斗卫星的全球覆盖能力，即使在偏远或通信基础设施受损的地区也能保持通信畅通，确保了应急抢修的及时性和有效性。但是，该系统的缺点包括对北斗卫星系统的依赖性以及在某些情况下可能存在信号延迟或干扰的问题，会影响指挥系统的实时性能。

为了解决上述方法存在的问题，基于无线自组网通信的智能配电网作业应急指挥系统应运而生，为电力行业的作业应急指挥提供了全新的解决方案。这一系统能够实时监测电网的运行状态，一旦发现异常情况，便能够迅速启动应急响应机制，通过智能分析和决策支持，为作业人员提供准确的操作指导和资源调度方案，从而确保电网的安全稳定运行^［3］。

1"智能配电网作业应急指挥系统硬件设计

智能配电网作业应急指挥系统的硬件设计要确保系统在各种紧急情况下都能迅速、准确地响应，为配电网的安全稳定运行提供有力保障。本文选取以下设备作为本系统的关键硬件设备^［4］。

1.1"JBF6187-A3型电流信号传感器

JBF6187-A3型电流信号传感器的主要功能包括实时监测配电设备运行过程中的电流数据，确保数据的准确性和实时性，为故障监测和分析提供强有力的数据支持。该传感器采用先进的测量技术，能够高精度地测量电流值，即使在复杂的配电系统环境中也能保持出色的性能。此外，其多通道监控功能使得传感器能够同时对多路电流进行监控，满足复杂配电系统的需求。传感器还采用电子编码器进行智能编码，编址范围从1到252，为用户提供了灵活的设备管理和配置选项。

1.2"JBF6185-V6型电压信号传感器

JBF6185-V6型电压信号传感器能够确保电压的稳定性和安全性，对于维护电力系统的正常运行至关重要。该传感器具备六路单相监控功能，能够同时对六路单相消防电源的电压值进行实时监控，为复杂配电系统提供全面的电压监测。

1.3"三星S32AM700PC大屏幕显示器

三星S32AM700PC大屏幕显示器用于展示各类监控画面和指挥信息。三星S32AM700PC是一款拥有3840×2160 （4K）最佳分辨率的显示器，屏幕尺寸为81.82 cm，屏幕比例为21∶9。该型号显示器以其宽广的视野和清晰的图像质量，为用户提供了沉浸式的视觉体验。

2"智能配电网作业应急指挥系统软件设计

2.1"配电网作业数据监测

智能配变终端会实时采集电压、电流等数据信息。这些数据通过高效的传输网络被发送至数据中心，为后续的数据处理和分析提供基础。

在数据中心，利用大数据技术对监测数据进行深入处理和分析。这通常涉及一系列的数学算法，以提取有价值的信息^［4］。其中，针对电压和电流的有效值（RMS值）的计算公式如下：

V_RMS=1T∫^T0v（t）²dt（1）

I_RMS=1T∫^T0i（t）²dt（2）

其中，v（t）和i（t）分别是电压和电流的瞬时值，T是周期。通过计算RMS值，得到电压和电流的实际大小，与标准值进行比较，从而监测电网是否存在异常情况。

2.2"利用无线自组网通信共享应急信息

各级指挥中心通过无线自组网与配电网的监测设备相连，实时获取电网的电压、电流等运行数据。在无线自组网中，节点间的路由选择通常基于一定的概率模型^［5］。假设节点A要发送数据到节点D，中间有2个可选的节点B和C，则节点A选择节点B作为下一跳的概率可以根据公式（3）计算：

P_AB=ETT_ABETT_AB+ETT_AC（3）

其中，ETT_AB和ETT_AC分别是从节点A到节点B和从节点A到节点C的期望传输时间。期望传输时间可以根据节点间的距离、信号强度、通信速率等多个因素计算得出。

ETT=dαSβ×1R（4）

其中，d是节点间的距离；S是信号强度；R是通信速率（单位是比特每秒，bps）；α和β是常数，用于调整距离和信号强度对ETT的影响程度^［6］。

通过这个无线自组网通信概率模型，节点A可以根据实时的网络状态动态地选择最优的路由路径，确保数据的快速、可靠传输。这种基于概率的路由选择算法是无线自组网中一种常见的路由策略，能够有效地提高网络的通信效率和稳定性。

2.3"调度规划实现应急指挥

在利用无线自组网通信共享应急信息的基础上，调度规划是实现应急指挥的核心环节。在应急情况下，系统可以迅速启动应急响应机制，指挥平台依据故障的实际情况对应急预案进行实时更新并根据调度方案自动调度应急资源，如抢修人员、物资等，确保在最短时间内恢复电网的正常运行。同时，系统还可以根据作业现场的实时情况，动态调整调度方案，提高应急响应的灵活性和有效性。

每一条应急指挥路径的传递函数公式如下：

f=∫^+∞_-∞exp（E_A-B）e（E_A-B）dr（5）

式中，E是随机变量时间；f是传递函数。由于多资源为分散式存储，本文考虑将应急资源全部运送到事发地以供其及时使用^［7］。因此，设置全部资源运送到事发地的最短时间为目标函数，构建应急调度数学模型如下：

minM=max｛fi|1≤i≤N｝（6）

式中，minM是全部资源运送到事发地的最短时间；fi是第i种资源运送到事发地的时刻；N是应急资源的种类数量^［8］。通过构建应急调度数学模型并求解这个优化问题，系统能够找到一种最优的资源调度方案，使得所有资源都能够在最短时间内到达事发地，从而最大限度地降低故障对电网运行的影响^［7-9］。

3"系统测试

为了验证基于无线自组网通信的智能配电网作业应急指挥系统的整体有效性，本文进行实验测试。

3.1"测试准备

搭建模拟的配电网作业环境，包括模拟的故障点和抢修现场。某市遭受罕见暴雨袭击，暴雨持续12 h，降雨量高达180 mm并伴有雷电和强风。此次极端天气导致该市配电网遭受严重破坏，多个区域出现大面积停电，直接影响居民生活和工业生产。为快速恢复电力供应，减少经济损失，紧急启动配电网作业应急指挥系统。系统测试参数设置表明，该系统具备半径10 km的通信覆盖范围，数据传输速率达到1 Gbps，响应时间不超过100 ms。工作电压为12 V DC，设备型号为J-COMM-E500，支持高达1000个并发连接。系统稳定性经过严格测试，能够在72 h内无故障运行，确保了系统的可靠性和高效性。

针对电力应急抢修存在6处故障点，如图1所示。

3.2"测试结果与分析

本文系统应急指挥6处故障点后的失负荷量变化如表1所示。

经过对基于无线自组网通信的智能配电网作业应急指挥系统的测试，本文分析了6个故障点的数据，结果显示该系统在电力应急抢修指挥方面表现出色。系统能迅速且精准地应对各种电网故障，有效减少失负荷量，降低故障对电网稳定性的影响。指挥后的失负荷量平均仅为实际的15%，凸显了系统的高效性和准确性，证明了该系统在电力应急抢修中的重要价值。

4"结语

经过对基于无线自组网通信的智能配电网作业应急指挥系统的深入探讨，不难发现该系统为电力行业带来了显著的效果。在紧急情况下，该系统能够迅速构建稳定可靠的通信网络，为各级指挥中心与作业现场提供实时、准确的信息支持，显著提高了应急响应的效率和准确性。但该系统仍存在一些不足之处，系统的建设和维护成本也须要进一步降低，以更好地满足电力行业的发展需求。

参考文献

［1］陈根奇，黄振华，王少春，等.配网应急一体化看图指挥系统设计应用［J］.农村电气化，2024（3）：60-65.

［2］高正浩，李航峰，何沛林，等.基于北斗卫星通信导航的电力应急抢修指挥系统设计［J］.现代电子技术，2024（4）：53-58.

［3］王乾.基于GIS的矿山灾害预警应急指挥系统设计与实现［J］.测绘与空间地理信息，2023（12）：128-131.

［4］宋晓敏，王洋，胡雪霏，等.基于城市轨道交通多源信息的线网综合应急指挥系统功能研究［J］.交通运输研究，2023（5）：133-140.

［5］杨萌，王硕，郭猛.基于有线及无线通信的应急指挥系统设计［J］.自动化仪表，2023（增刊1）：135-138，144.

［6］李盈.窄带无线自组网在火灾现场应急通信中的应用研究［J］.消防界，2023（8）：62-64.

［7］徐新林，邓异.无线自组网舰载通信数据安全传输技术研究［J］.智能计算机与应用，2023（3）：83-87，92.

［8］许达，周荣生，梁毅，等.配电网调度智能电话指挥平台的研究和应用［J］.农村电气化，2022（7）：35-39.

［9］宋新德，田永明，刘沙，等.集群型无线自组网通信技术在智能表计中的研究与应用［J］.电测与仪表，2022（11）：169-175.

（编辑"王雪芬）

Intelligent emergency command system for power distribution network operation based on wireless ad hoc network communication

YANG "Liuqing

（State Grid Changzhi Luzhou District Electric Power Supply Company， Changzhi 046000， China）

Abstract： "With the expansion of the self-organized communication power grid， distribution network failures and emergencies occur frequently， posing a threat to the stable operation of the power grid. To solve the above problems， this article studies the emergency command system for intelligent distribution network operations based on wireless ad hoc network communication. The system achieves comprehensive perception and real-time monitoring of the power grid status through advanced communication equipment and sensors. In terms of software design， the system monitors power grid data in real-time， utilizes wireless ad hoc network technology to quickly share emergency information， and automatically formulates scheduling plans through intelligent scheduling planning to quickly dispatch resources to restore power grid operation. The test results show that the system has superior performance and can effectively respond to power emergency repairs， ensuring the stable operation of the power system.

Key words： wireless ad hoc network communication; intelligent distribution network; distribution network operation; operation emergency command; emergency command system