基於無線傳感器網的高壓輸電網綜合監測系統的製作方法

2024-01-24 02:46:15

專利名稱：基於無線傳感器網的高壓輸電網綜合監測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓輸電網監測方法以及綜合監測系統，尤其是基於無線傳感網的高壓輸電網監測方法以及綜合監測系統。
背景技術：
我國1999-2008年的統計結果表明，不僅複雜氣候環境是造成電網大面積停電事故的原因之一，而且輸變電設備自身故障造成的電網事故也有逐年增多的趨勢，每年都約佔所有電網事故的一半，如2008年對電網運行影響較大的57起事故中，輸變電設備故障造成的有四起，約佔事故總數的51%。對停電事故原因分析表明，輸變電設備自身故障一直是危及電網安全運行的主要原因之一，但目前國內外對電網大停電事故的原因和電網主要存在問題的分析卻更多地強調電網運行問題，而對輸變電設備自身故障引發大面積停電事故重視不夠，在科研及技術攻關的投入上也相當薄弱。因此，重視和加強對輸變電設備狀態在線監測與診斷技術的研究、開發和應用是提高電網安全運行的重要途徑之一。電力系統包括數量眾多的各類設備，且大多工作在高電壓環境下，對其進行測控、 監視是極為複雜、代價高昂的。目前，僅有少數設備實現了在線監控，而數量眾多的高壓輸變電設備處於人工目視定期巡檢狀態。對於輸電線路監測，公司主要是以設備生產企業的定期、自檢為主，檢測的方式以人工監測為主，然後將監測結果以有線通訊的方式傳遞到控制中心。這種傳統的輸變電監測方式存在靜態、誤差大、監測範圍有限和高成本等問題。

實用新型內容本實用新型的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種基於無線傳感網絡的對高壓輸電網的綜合監測系統，該系統應能對電網裝備的狀態信息與自然物理信息進行監控，安全、可靠、通暢地實現狀態數據的傳輸，具有監測效率高、監測成本低以及安全可靠的特點，為管理人員提供更為全面、精細的電網運行狀態詳情，提高裝備綜合投資利用效益， 最大程度地實現電網運行的安全、可靠、經濟、高效、環保。本實用新型提供的技術方案是基於無線傳感器網的高壓輸電網綜合監測系統，其特徵在於該監測系統包括安裝在高壓輸電網上的多個具有不同監測功能的無線傳感器組成的無線傳感器節點、以無線接收方式接收各無線傳感器節點信息的匯聚節點、通過光纜依次接通網關及各匯聚節點的伺服器、以及分別與伺服器接通的多個遠程客戶端；所述的每個無線傳感器節點中均設有一個傳遞信息的傳感器簇頭，各無線傳感器節點中的傳感器簇頭還按照路徑遠近以依次接力方式將各無線傳感器獲得的信息傳遞至匯聚節點。所述的無線傳感器節點由多個分別監測導線狀態、導線周邊環境、杆塔狀態以及絕緣子狀態的無線傳感器組成。所述的匯聚節點是接收周邊無線傳感器節點的信息，並對接收到的周邊節點信息進行多傳感器數據融合和分析，然後將經過預處理的數據匯集起來，通過網關發向伺服器。
3[0009]本實用新型的有益效果是由於採用了無線傳感器採集相關數據，能夠對電網裝備的狀態與自然物理狀態進行實時監控，通過安全、可靠通暢的無線網絡通信通道與電網公司的區域網對接以實現狀態數據的傳輸，然後通過綜合信息處理平臺實現對狀態數據的整合、分析、重組和共享，加強對電網實時、動態信息的分析診斷和優化，為管理人員提供更為全面、精細的電網運行狀態詳情，並給出相應的控制方案、備用預案及輔助決策策略，保證裝備最佳時機檢修，優化電網裝備運行方式，提高裝備綜合投資利用效益，最大程度地實現電網運行的安全、可靠、經濟、高效、環保。

圖1是本實用新型的系統整體結構示意圖。圖2是本實用新型的路由機制示意圖。圖3是伺服器端軟體平臺結構示意圖。圖4是遠程客戶端軟體平臺結構示意圖。
具體實施方案本實用新型利用先進的傳感技術、無線網絡技術、多傳感器信息融合、綜合信息處理技術和計算機應用技術，建立基於無線傳感網絡的高壓輸電網綜合監測系統的基礎平臺硬體、軟體架構，將其作為高壓輸電網監測的統一的數據採集、數據傳輸、數據展示和預警平臺，實現高壓輸電網的實時在線監測；在此基礎上，建立狀態檢修模型和故障預警模型， 最終開發出面向電網狀態檢修和故障預警系統，對電網安全運行提供實時、全面監控與分析，為電網狀態檢修提供數據支撐，以提高高壓輸電網的安全性。本實用新型的監測對象是高壓輸電網。本實用新型需要對高壓輸電網的整個環境進行在線監測，包括對導線，導線所處的環境，杆塔6和絕緣子四個子對象進行，要完成對環境和導線的溫度、溼度的監測，環境的風速和風向的測量，絕緣子、導線的覆冰厚度的測量，絕緣子的汙穢分布和洩漏電流的測量，杆塔的傾斜程度、振動與傾斜趨勢或導線舞動趨勢的測量，導線的張力情況和最大弧垂的測量；同時又能監測各傳感器自身的電壓，以保證傳感器是處於正常工作狀態。因而必須配備具有各種具有不同監測功能的無線傳感器 3 (這些無線傳感器可直接外購配用)，組成無線傳感器節點5 ；每個無線傳感器節點中均設有一個傳遞信息的傳感器簇頭2，各無線傳感器節點中的傳感器簇頭還按照路徑遠近以依次接力方式將各無線傳感器獲得的信息傳遞至匯聚節點1 ；而後通過光纜7經網際網路輸送至伺服器以及與伺服器聯通的多個遠程客戶端。本實用新型採用一種自組織的無線傳感器網絡。由於本實用新型用於電網系統， 而電力系統設備的物理位置通常是固定不變的，所以不用考慮拓撲結構的變更問題。為兼顧無線傳感器節點的低功耗、自組織和遠距離聯網的要求，網絡採用複合線狀網拓撲，節點內無線傳感器採用星型拓撲，無線傳感器節點之間採用線型拓撲。其網絡路由機制如圖2 所示。本實用新型在伺服器端的軟體平臺，用來對數據的顯示、保存和分析；通過對數據處理、分析診斷和狀態識別等功能實現高壓輸電網的綜合監測和診斷，藉助預警決策信息庫的專家來實現預警功能；能將數據信息發布到網際網路上，供遠程客戶端的接收。而且服務
4器還有一個客戶端，來實現對伺服器數據的可視化顯示和分析。遠程客戶端軟體平臺包括以下功能監聽伺服器端發送的數據，並接收到本地資料庫系統中保存；可視化顯示數據，繪製如風強、電線溫度等數據曲線和無線網的邏輯上的拓撲結構圖；實現信息預警功能，即當高壓輸電網上某處出現異常時則警報，並提供最佳的控制或處理方案。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1描述的是本實用新型的系統的整體結構。本系統包括監測高壓輸電網的各種狀態(如環境溼度、電線溫度、風的強度等狀態)的傳感器節點組成的硬體平臺，由傳感器節點互聯構成的傳感器網絡，以及設置在伺服器端的數據處理和綜合監測軟體平臺系統。本實用新型先通過各無線傳感器對高壓輸電網中各個子對象進行監測，統一發給無線傳感器節點內的傳感器簇頭，接著由傳感器簇頭經過數據處理後統一轉發給匯聚節點，再由匯聚節點將數據通過網關與本地伺服器連結。本地伺服器的監測軟體對數據進行進一步分析和處理，並產生預警信息，存入本地資料庫系統，同時將數據發送到網際網路上，供遠程客戶端接收。伺服器帶有一個本地客戶端，提供伺服器數據的顯示和分析。而各個遠程客戶端可以通過網際網路訪問伺服器，以獲取數據。圖2所示的是本實用新型的無線自組織的傳感器網絡的路由機制。由於電力系統設備的物理位置通常是固定不變的，所以沒有必要考慮網絡拓撲結構的變更問題。為兼顧傳感器節點的低功耗、自組織和遠距離聯網的要求，網絡採用複合線狀網拓撲，無線傳感器節點5內的無線傳感器3採用星型拓撲，各無線傳感器節點的傳感器簇頭2之間採用線型拓撲。若干個無線傳感器節點5之間有一個匯聚節點1，匯聚節點利用光纜7傳輸數據，並通過網關與本地伺服器連結，將數據存入伺服器的本地資料庫系統。圖3描述的是本實用新型的伺服器端的軟體平臺的信息處理過程。匯聚節點的數據通過網關發送到伺服器端，伺服器通過串口通訊模塊來解讀數據。若讀取的數據是錯誤的信息(出現「bad packet」)，則直接丟棄該數據，並反饋信息中標誌數據出錯，通知錯誤信息來源的匯聚節點重發信息；否則經過數據分析模塊，將數據解析，並通過數據存取模塊將分析後的數據保存在本地資料庫系統中。數據存取模塊的功能就是連結本地資料庫系統，進行對資料庫系統的數據的存儲和讀取。數據分析模塊通過數據存取模塊讀取資料庫系統的數據，並將數據傳輸給專家預警決策系統；專家預警決策系統經過分析、處理數據後，根據專家預警決策信息庫的信息，給出預警信息，以及控制或處理方案，並將這些信息數據通過數據存取模塊存入本地資料庫系統中。網絡通訊模塊，通過數據存取模塊將資料庫系統中的信息和數據，通過組播技術發布到網際網路上，供遠程客戶端接收。圖4所示的是遠程客戶端軟體平臺結構圖。遠程客戶端軟體包括以下4個部分 數據存取模塊，網絡數據接收模塊，數據分析模塊和數據顯示。其中數據存取模塊與伺服器端的功能一致，用於連結本地資料庫系統，對資料庫系統的數據進行存儲和讀取操作。網絡數據的接受模塊的功能是監聽從伺服器端發送的數據，並接收到本地計算機，通過數據存取模塊存入資料庫系統中。數據分析模塊的功能是將資料庫的信息數據分析後，分解成不同類型(如導線溫度、環境溼度等)，不同節點號，不同功能(預警信息、溫度信息、節點信息等)的數據，以供數據顯示部分使用。數據顯示部分包括數據曲線繪製模塊、無線網絡拓撲圖繪製模塊和信息預警。數據曲線繪製模塊將顯示數據按同一類型(如導線溫度、環境溼
5度等)數據繪製成不同顏色(不同顏色代表不同的節點的數據)的數據曲線，以動態地直觀瀏覽高壓輸電網上各線路上各部分所處的狀態。拓撲圖繪製模塊則是將數據中的各節點信息中的父節點信息進行網絡拓撲圖的模擬繪製，即若發現該節點的節點號沒有出現在當前的拓撲圖上，則根據其父節點號，依次加入到當前的拓撲圖上；若發現該節點的父節點號發生變化，則根據新的父節點信息，重組拓撲圖。預警決策模塊，通過伺服器端發送的數據裡的預警信息，信息預警功能，即當高壓輸電網上某處出現異常，則立刻警報，並提供最佳的控制或處理方案。本地客戶端的軟體平臺的功能及結構與遠程客戶端軟體平臺基本一致。唯一的區別就是本地客戶端是直接連接在伺服器端的，故不需要網絡數據接收模塊部分，便可直接通過數據存取模塊從伺服器端的資料庫系統中讀取數據，供數據分析模塊分解數據，並提供給數據顯示部分，用於各類型數據的可視化顯示和信息預警功能的實現。本實用新型中的所有電子元器件(包括網絡元器件)均可外購。
權利要求1.基於無線傳感器網的高壓輸電網綜合監測系統，其特徵在於該監測系統包括安裝在高壓輸電網上的多個具有不同監測功能的無線傳感器組成的無線傳感器節點、以無線接收方式接收各無線傳感器節點信息的匯聚節點、通過光纜依次接通網關及各匯聚節點的伺服器、以及分別與伺服器接通的多個遠程客戶端；所述的每個無線傳感器節點中均設有一個傳遞信息的傳感器簇頭，各無線傳感器節點中的傳感器簇頭還按照路徑遠近以依次接力方式將各無線傳感器獲得的信息傳遞至匯聚節點。
2.根據權利要求1所述的基於無線傳感器網的高壓輸電網監測方法，其特徵在於所述的無線傳感器節點由多個分別監測導線狀態、導線周邊環境、杆塔狀態以及絕緣子狀態的無線傳感器組成。
專利摘要本實用新型涉及一種基於無線傳感網的高壓輸電網監測方法以及綜合監測系統。目的是提供的系統應能對電網裝備的狀態信息與自然物理信息進行監控，具有效率高、成本低以及安全的特點。技術方案是基於無線傳感器網的高壓輸電網綜合監測系統，其特徵在於該監測系統包括安裝在高壓輸電網上的多個具有不同監測功能的無線傳感器組成的無線傳感器節點、以無線接收方式接收各無線傳感器節點信息的匯聚節點、通過光纜依次接通網關及各匯聚節點的伺服器、以及分別與伺服器接通的多個遠程客戶端；每個無線傳感器節點中均設有一個傳遞信息的傳感器簇頭，各無線傳感器節點中的傳感器簇頭還按照路徑遠近以依次接力方式將各無線傳感器獲得的信息傳遞至匯聚節點。
文檔編號H04W84/18GK202150737SQ201120208620
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者侯鑫, 華爾天, 孔玉靜, 蒲飛, 費玉蓮, 陳達強, 魏星鋒 申請人:浙江工商大學