CN116801429A - 一种支持wapi的光伏发电场最优组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，涉及无线组网技术领域，其中方法包括将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1；在每组光伏发电场中配置光纤网络，在每个光伏发电板上安装物联分站设备；采用自组网节点相邻搜索算法建立起无线网络通讯，物联分站设备之间通过天线连接形成光伏发电板自动组网链路；运用Dijkstra算法实现光伏板间网络传输距离的最优化路径，再运用WAPI加密技术与协议将本发明通过光伏发电场的光伏发电板上安装物联分站的设备进行安全认证，通过物联分站设备之间的相互连接，实现支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，形成自动组网。

Description

一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法

技术领域

本发明涉及无线组网技术领域，具体涉及一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法

背景技术

目前在电力线路普遍使用的通信技术一般是使用光纤通信技术等有线网络通信技术。虽然这种技术实现方案相对简单，但是通信网络构建成本较大，使用光纤接口多、光纤线路长，光伏发电板上光纤接口打开难等问题，终端接入点位置受限，且位置分散。并且在较落后的农村地区进行电力巡检作业时，通信基站未能实现网络的全面覆盖，在巡检作业时难以与外界进行可视化交流；若在偏远山区部署光缆解决通讯问题，则面临着工程量大，资金投入成本高，部署不易。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，实现光伏发电场的无线网络链路，形成自动组网，解决现有技术中农村山区、偏远地区的线路通信网络受限的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，包括以下步骤：S1、将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1；S2、在每组光伏发电场中配置光纤网络，在每个光伏发电板上安装物联分站设备；S3、采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路；S4、运用Dijkstra算法使光伏板间网络传输距离达到最优化；S5、将WAPI加密安全协议加入到物联分站设备中，形成一条支持WAPI的光伏发电场最优组网。

作为进一步技术改进，所述将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1，包括：当光伏发电场的输电电压110KV级别以下时，每组光伏发电场的光伏发电板个数n≤20，并将光伏发电板间的距离设置为100米-200米。

作为进一步技术改进，所述将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1，还包括：当光伏发电场的输电电压220KV级别以上时，每组光伏发电场的光伏发电板个数n≤10，并将光伏发电板间的距离设置为300米-400米。

作为进一步技术改进，采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路包括：采用定向天线扫描的无线自组网通讯技术，空间重复率和信道通讯利用率高，相邻节点间的通讯距离远，同时相邻节点之间的定向传输信道降低了通信信号被截获与干扰的风险。

采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路；所述物联分站设备利用自身的全向天线实现光伏发电场区域的无线网络覆盖。自组网节点相邻搜索算法分成两类：第一类为二进制同步收发编码设计，在相邻节点时间同步的情况下，由于接收节点的波束在一个方向驻留时间，发送节点的波束可以完成全方位的信号扫描过程，收发相互波束的概率为1，结合二进制编码的收发波束的模式，可以确保任意相邻节点对相互发现的最长时间为

t＝L×K×K×t₁

式中：L为编码长度，k为天线扇区数目，t₁为时隙。

第二类为二进制异步收发编码设计，在定向收发无线网络内各相邻节点之间时间异步时，需要对序列组进行改进，当相邻节点之间的时间差Δt为一个编码时间长度的整数倍时：

Δt＝m×t₂＝m×k×k×t₁

式中：m为任意整数，k为节点天线扇区数目，t₂为一个码字的持续时间。当相邻节点时钟相差Δt为时隙长度的整数倍时：

Δt＝m×t₁。

作为进一步技术改进，所述物联分站设备包括定向天线连接和全向天线；所述物联分站设备通过自身的定向天线连接实现光伏发电板之间的无线自动组网链路；所述物联分站设备利用自身的全向天线实现光伏发电场区域的无线网络覆盖。

作为进一步技术改进，所述光伏发电板的区域内无线网络覆盖用于巡检设备或终端接入。

作为进一步技术改进，所述物联分站设备包括多模块、多信道和多射频功能；所述物联分站设备之间采用多频、多信道及多射频模块方式组网。

作为进一步技术改进，将WAPI加密技术运用到物联分站中，形成一条支持WAPI的光伏发电场最优组网。

本发明的有益效果：

1.本发明通过在光伏发电场的光伏发电板上安装物联分站设备，通过物联分站设备之间的相互连接，实现光伏发电场的无线网络链路，形成自动组网。

2.本发明通过物联分站设备上配置的全向天线，利用全向天线发出无线网络信号，实现光伏发电板区域的无线网络覆盖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明方法的流程图；

图2为实施例一所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法的示意图；

图3为实施例二所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法的示意图；

图4为实施例三所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法的示意图；

图5为Dijkstra算法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

如附图1所示，本实施例提供了一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，包括以下步骤：S1、将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1；S2、在每组光伏发电场中配置光纤网络，在每个光伏发电板上安装物联分站设备；S3、采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路；S4、运用Dijkstra算法使光伏板间网络传输距离达到最优化；S5、将WAPI加密安全协议加入到物联分站设备中，形成一条支持WAPI的光伏发电场最优组网。

采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路包括：采用定向天线扫描的无线自组网通讯技术，空间重复率和信道通讯利用率高，相邻节点间的通讯距离远，同时相邻节点之间的定向传输信道降低了通信信号被截获与干扰的风险。

采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路；所述物联分站设备利用自身的全向天线实现光伏发电场区域的无线网络覆盖。自组网节点相邻搜索算法分成两类：第一类为二进制同步收发编码设计，在相邻节点时间同步的情况下，由于接收节点的波束在一个方向驻留时间，发送节点的波束可以完成全方位的信号扫描过程，收发相互波束的概率为1，结合二进制编码的收发波束的模式，可以确保任意相邻节点对相互发现的最长时间为

t＝L×K×K×t₁

式中：L为编码长度，k为天线扇区数目，t₁为时隙。

第二类为二进制异步收发编码设计，在定向收发无线网络内各相邻节点之间时间异步时，需要对序列组进行改进，当相邻节点之间的时间差Δt为一个编码时间长度的整数倍时：

Δt＝m×t₂＝m×k×k×t₁

式中：m为任意整数，k为节点天线扇区数目，t₂为一个码字的持续时间。当相邻节点时钟相差Δt为时隙长度的整数倍时：Δt＝m×t₁。

需要说明的是，如附图5所示，所述Dijkstra算法是指在初始时，已标记点集合中只有源节点，未标记点集合中包含剩余所有节点。随后进入迭代，每次迭代时，首先探索从已标记节点(如vi)流出的所有有向弧，找到流出弧的尾部节点(如vj)，计算从vi到vj的费用和收益以及到源节点的利润(vj到源节点的利润＝vi到源节点的利润+vi到vj的利润)，若该利润大于vj到源节点的最大利润，将vj到源节点的最大利润更新为该利润，将vi标记为vj的上一个节点。未标记点集合遍历完成后，若节点vj满足在所有未标记点中到源节点的利润最大，将节点vj添加到已标记点集合，并在未标记点集合中删除节点vj。

实施例二

如图附2所示，本实施例提供一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，当电压级别35KV级别以下，总光伏板数>200，光伏板间的距离100m到200m时，包括以下步骤：将光伏发电场分成3组，每组光伏发电场包含15个光伏发电板；在每组光伏发电场中配置光纤网络，在每个光伏发电板上安装物联分站设备；将光纤网络就近连入物联分站设备，物联分站设备之间通过天线连接形成光伏发电板自动组网链路；

需要说明的是在光伏发电板数量多，且光伏发电板之间距离为200m以内，若采用一塔一物联分站设备设备的方案，会使项目的成本增加，而且总线路距离过大，容易造成带宽减损，延迟大等问题。

因此本实施例中采用光伏发电场分为几组(本实施例采用3组)，每组包含若干个光伏发电板(本实施例选为15个)的物联分站设备3.0与物联分站设备2.0(物联分站设备3.0连接信号更强，成本也更高)混合组网分段式部署方案，每组光纤或者网络就近接入任意分站，各组之间以有线连接的方式相连接，实现整体与部分的网络链路互通。在每组中，分别设置若干个物联分站设备3.0与物联分站设备2.0(物联分站设备安装位置视实际环境而定),物联分站设备3.0之间使用5.8G定向天线连接，物联分站设备3.0与物联分站设备2.0使用2.4G全向天线连接，2.4G全向天线向周围覆盖WiFi信号，可供周边巡检设备或者智能终端等电子产品的接入。

实施例三

如图附3所述，本实施例提供一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，当电压级别35KV级别以上，总光伏板数>200，光伏板间的距离300m到400m时，包括以下步骤：将光伏发电场分成3组，每组光伏发电场包含15个光伏发电板；采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路包括：采用定向天线扫描的无线自组网通讯技术，空间重复率和信道通讯利用率高，相邻节点间的通讯距离远，同时相邻节点之间的定向传输信道降低了通信信号被截获与干扰的风险。

需要说明的是本实施例的光伏发电场中与实施例二的情况相似，光伏发电板数量多，光伏发电板之间的距离相距更远，大约300m到400m，为避免因距离过远造成网络延迟，导致通信信号弱，采用一杆一设备，将光伏发电场采用3组，每个组包含10个光伏发电板的分段式部署连接方案。各个部分的光纤网络就近光伏板接入基站，在每个光伏板分别安装物联分站设备3.0，物联分站设备使用5.8G定向天线连接，2.4G全向天线向高压光伏板周围覆盖WiFi信号，设备发出的WiFi覆盖信号用于每个摄像头与巡检设备接入。摄像头与相应的物联分站设备3.0直接通过网线接入，通过物联基站的多跳连接能力，实现数据在光伏发电板之间传输。

实施例四

如图附图4所示，在实施例二或者实施例三的基础上，若在原有光伏发电场上新增一天光伏发电场时，将数据链路并入主数据链路上，在主链路离支链路就近的光伏板再增加一个物联分站设备3.0(两个基站使用有线连接)作为支链路的起始点，实现支链路与主链路的网络互通。

选优的，物联分站设备在组网过程中在于去中心化，即无需中心设备转接，物联分站设备自动连接组成链路。当有线意外中断时，无线链路快速自行连接，不影响现场设备应用。物联组网分站使用过程中，如果其中某一个台设备出现故障断开时，下级链路上的设备会快速自动搜索其他设备连接，链路快速自动愈合保障工程现场网络传输通畅。

优选的，所述物联分站设备包括多模块、多信道和多射频功能；所述物联分站设备之间采用多频、多信道及多射频模块方式组网。

需要说明的是，物联分站设备采用了多模块、多射频和多信道技术，有效的解决了无线Mesh多跳性能的难题，远远优于单模块和双模块的Mesh解决方案的每跳50％的吞吐量下降。传统的单模块Mesh和双模块Mesh网络只能提供有限的扩展性，多跳自身的难题使得它对于多节点网络部署还存在诸多疑问。因而需要一种新型结构化的无线组网方式，在其网络中无论跳数多少，都能够提供高性能和高可靠性。为了具有可实施性，无线多节点网络(满足动态节点，节点最大运行速度小于80KM/小时)必须是低时延的网络，为节点上行和节点下行回程流量提供单独的无线带宽链路(类似于全双工连接)，并自动地使用最高的可用吞吐量。物联分站设备组成的无线链路网络系统网中，采用多频、多信道、多RF模块方式组网。这种低时延的网络已经在实验室环境(无噪声)和真实环境(有噪声)中进行了大量长期的测试。测试跳数逐步从1跳增加到10跳，结果表明即使达到10跳，无噪声情况下网络回程吞吐量只有2％的丢失，而实际噪声环境也仅丢失了20％。带宽下降测试结果是与为回程流量使用单频的Mesh网络的最佳情况进行比较的。

优选的，物联分站设备之间的组网将链路层与应用层使用IP地址进行隔离；这种方式能防止数据在传输过程中被截取，同时为设备无线接入AES时提供128为加密；其次通过隐藏ID的方法杜绝外部设备搜索网络，确保网络环境安全。此外，还可通过设置黑白名单控制网络使用范围，杜绝未授权设备的非法接入，确保工程现场生产安全。还支持额外的算法加密，保护软件内部数据不被篡改或截取。

本发明实施例中的物联分站设备是目前市场面可以实现的，属于现有技术一种智能物联的装置，通过物联分站设备的连接形成的光伏发电板自动组网链路设计了50跳，组网算法理论无网络额外损耗，每跳网络开销只取决于CPU与射频的硬件能力，其他开销遵从标准的tcp/ip；单节点对外呈现的网络协议是802.11bgn/ac，节点间业务流量主要采用QoS的方式控制；同时设计了每节点单频35的全并发接入节点数量。通过物联分站设备的连接形成的光伏发电板自动组网链路在实验室传导测试，达到400Mbps速率单跳时，ping包延时小于1ms，满速工作时，ping包延时每跳15ms；实际外场项目验证，达到300Mbps速率单跳时，ping包延时1ms，满速工作时，ping包延时22ms；节点间信号强度在-68db之内。

物联分站设备使用标准2X2MIMO；基于802.11改造的，对于用户侧，呈现的是标准的无线通信协议；使用非授信频率物联，遵从国际和国家相关标准。使用频率主要为为5150～5825，2.41～2.48两个部分；发射功率为20dbm，接收EVM为-33。

物联分站设备对外支持串口、网口；模组支持：串口、网口、USB等多种接口，同时支持IP透传。

将WAPI加密算法融入到物联分站中，进行双向鉴别认证，通过后才可以连接入组网设备中。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1；

S2、在每组光伏发电场中配置光纤网络，在每个光伏发电板上安装物联分站设备；

S3、采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路；

S4、运用Dijkstra算法使光伏板间网络传输距离达到最优化；

S5、将WAPI加密安全协议加入到物联分站设备中，形成一条支持WAPI的光伏发电场最优组网。

2.根据权利要求1所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，所述将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1，包括：

当光伏发电场的输电电压110KV级别以下时，每组光伏发电场的光伏发电板个数n≤20，并将光伏发电板间的距离设置为100米-200米。

3.根据权利要求1所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，所述将光伏发电场分成N组，N>1，每组光伏发电场包含n个光伏发电板，n>1，还包括：

当光伏发电场的输电电压220KV级别以上时，每组光伏发电场的光伏发电板个数n≤10，并将光伏发电板间的距离设置为300米-400米。

4.根据权利要求1所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，采用自组网节点相邻搜索算法建立起光伏发电板之间的无线网络通讯链路包括：

采用定向天线扫描的无线自组网通讯技术，空间重复率和信道通讯利用率高，相邻节点间的通讯距离远，同时相邻节点之间的定向传输信道降低了通信信号被截获与干扰的风险。

5.根据权利要求1所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，所述物联分站设备包括定向天线连接和全向天线；所述物联分站设备通过自身的定向天线连接实现光伏发电板之间的无线自动组网链路；所述物联分站设备利用自身的全向天线实现光伏发电场区域的无线网络覆盖。

6.根据权利要求5所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，所述光伏发电板的区域内无线网络覆盖用于巡检设备或终端接入。

7.根据权利要求1-6任一所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，所述物联分站设备包括多模块、多信道和多射频功能；所述物联分站设备之间采用多频、多信道及多射频模块方式组网。

8.根据权利要求1-6任一所述的支持WAPI的光伏发电场最优组网方法，其特征在于，将WAPI加密技术运用到物联分站中，形成一条支持WAPI的光伏发电场最优组网。