基于压缩感知的电力监控系统研究

基于压缩感知的电力监控系统研究

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，电力行业发展也十分快速。智能电网

的关键部分之一是构建低功耗、高效率的监控网络，该网络需要支持数以百万计

的智能电表或其它监控终端，其中，“最后一公里”成为制约当前智能电网发展的

首要问题。使用无线通讯技术以及由此衍生的无线传感器网络能够满足较少节点

的非实时数据采集和传输，然而当接入网络的智能电表或终端数量急剧增加、提

高系统实时性要求，则产生的大量数据及其通讯将导致较大的网络时延并降低网

络可靠性。在汇聚节点或区域基站采用压缩感知是解决该问题的有效方法之一，

与传统的数据压缩算法相比，压缩感知方法的稀疏矩阵的维数明显小于原始数据

矩阵维数，通过非线性重建算法能够获得比典型的线性回归方法更低的误差率。

压缩感知已被应用一些电力系统中，如文献[6]对智能电网中路由协议和质量问题

进行研究；在对智能电网文献综述中阐述了压缩感知在其中的应用发展情况；提

出基于压缩感知的小区电网数据监控方案。

关键词：智能电网；无线传感器网络；压缩感知

引言

随着社会经济的发展和科学技术的进步，电力企业得到了快速的发展，在电

力系统运行的过程中，由于电力系统的运行稳定性极易受到外界因素的影响，所

以为了避免电力系统运行故障的发生，我们需要给予电力监控系统网络安全监测

装置足够的重视，一定要能够确保电力系统安全、稳定的运行。电力行业的稳定

发展会直接影响到社会经济的发展速度，电力是现阶段社会工业生产建设中最主

要的能源，也是人们日常生活中最基础的能源，一旦电力系统的运行出现故障，

可能会给国家经济的增长以及人们的正常电力生活带来巨大的影响。

1电力监控系统特点分析

随着智能电网的建设和发展，电力监控系统在电网中得到了广泛的应用。电

力监控系统通过计算机技术对整个电网的运行状态进行实时监控和管理，为整个

电网的安全运行起到了保障作用。计算机技术和网络技术在电力监控系统中的应用，提高了电力监控系统的监控管理质量。在电力监控系统中，以太网技术实现

了电力监控系统的自动化和网络化。自动化装置和数字化电能表等智能电子设备

在电力监控系统中的应用，不仅建立了安全可靠的智能化电力监控系统，而且提

高了整个电力监控系统的自动化水平。中的很多设备都是由不同厂商制造，易出

现信息孤岛问题。MAS理论作为分布式人工智能技术，在电力监控系统中的应用，不仅解决了信息孤岛问题，而且实现了电力监控系统的自动化和智能化，并且在

电力监控系统的设计中得到了广泛应用。

2压缩感知系统测试

为了验证进一步验证系统及压缩感知模型的有效性，选取研究者所在大楼及

周边区域部署WSN测试系统，系统中包含了服务器（Host）、中继器（Router）

和传感器（Sensor）三类共7个设备节点构成典型的传感器网络测试环境。在该

测试模型中设定了两个具有路由功能的节点router1（R1）和router2（R2）它们

与测试终端构成两条基本待测通讯链路L1和L2，以及由R2R1H1所形成的路由中继链路L3L1；每个中继节点分别下辖2个传感器Sensor（S1~S4）。它们

分别使用传感器数据链路B1~B4向中继节点提交数据。各节点的温度传感器有高

低两种采样率，其中低速采样率为1h/次，高速采样率为6min/次；选取10月9

日这一天的天气温度作为对比测试样本，在小气候的作用下整体而言S1、S2获

取的样本数据会比S3、S4偏低。实验中分别通过S1~S4传感器获取了当天24h

的温度监控数据。对采样结果使用本文压缩感知模型进行数据重建。在高采样率

下共获得240个数据样本，进行回归分析并绘制拟合曲线，其绝对平方误差和

<0.15，具有较高的精度，能够很好的反映其各时间点的真实温度情况。在低采样

率下仅获得24个数据样本，其绝对平方误差和<0.35，总体仍能满足实际应用的

需要。

3电力监控系统的设计与研究

3.1电力监控系统功能需求分析

电力监控系统的设计要满足电力监控系统的基本功能需求，其中，电力监控

系统的事件记录功能需求，主要是记录内的操作内容，并对设备出现的异常情况

进行备份。电力监控系统的事件记录功能，可保证后台管理人员实时掌握现场设

备的具体情况，事件记录可有效满足管理人员对电力监控系统采集的数据进行事

后分析。故障记录是在设备发生故障后，发生继电保护前后对电气压运行数据进

行周期性记录。电力监控系统要具有远程操作功能，管理人员可通过远程计算机

对进行监控和管理。如果在监控管理过程中设备发生故障，无法进行远程操作，

那么系统监控界面设计要具有人工置数的功能，通过手动修改来掌握现场的具体

情况。如果发现电气设备发生运行异常，可通过其他设备间接的把异常信号发送

到管理中心，使工作人员可以更好地了解现场设备的运行状态。如果数据量较大，可通过信号报警通知工作人员进行安全操作。在设计电力监控系统时，要充分考

虑系统对数据处理的需要，在系统数据进行数据分析和数据存储等功能方面进行

科学地设计。

3.2数据采集功能

网络安全监测装置的运用支持对服务器、工作站、网络设备、安全防护设备

等监测对象进行进一步的数据采集和数据统计工作，其主要工作内容如下：①服务器、工作站。网络安全监测装置对于服务器和工作站而言，能够采集并且整理

的信息包含有用户在终端设备上的登录信息、用于的操作行为信息、与网络连接

相关的信息、系统运行信息、外设接入信息、平台核查的指令信息。②网络设备。对网络设备的运行而言，可以采集到的数据信息如下：局域网内部交换机设备的

相关信息、连接交换机的活跃设备等网络设备的拓扑信息、在线时长、CPU的利

用率、内存利用率、网口状态、网络连接情况等设备运行信息。③安防设备。设备自身策略的安全事件、配置信息、运行信息以及相关的操作信息等。

3.3服务代理功能

服务代理也是网络安全监测装置中的一个主要功能之一，该功能的实际作用

如下：①服务代理功能能够实现远程调阅采集信息、上传事件等数据信息，能够根据时间段、设备的类型、事件发生的等级以及事件发生时所记录的相关数据进

行综合的过滤，并且进行远程数据的调阅。②网络安全监测装置能够对被监测范围内的资产进行远程的管理，其中包括对相关资产信息的添加、修改和查阅。③能够实现对参数配置的远程管理，包括系统和通信参数等。④网络安全监测装置的服务代理功能能够实现对服务器、工作站等设备基线的核查和管理。⑤除了上述功能之外，服务代理能够对服务器、工作站等设备中的一些危险操作定义值进

行一系列的操作处理。

结束语

综上所述，随着时代的进步和发展，电力企业会得到进一步的发展，在其发

展本质上会发生巨大的变化。电能作为现阶段最常用的清洁能源之一，其在社会