CN112637802A - 基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器 - Google Patents

基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器 Download PDF

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龚彧
丁楠
李冬华
潘一璠
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Abstract

本发明公开了一种基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，包括网络通讯节点、数据读取部分、数据处理部分。针对现有电力监测设备读取的数据有效性不足，针对性不强，读取效率低下等缺陷，通过监测特定地理区域的气象条件信息，基于电力灾害巡检器对气象数据进行阈值判断，使用长短结合的复合式无线通信方法进行设备间的交互与数据的传输，保证了所读取数据的有效性与针对性；使用巡检器将负责区域的监测数据统一打包发送给服务端的数据发送方法大大提高了数据的读取效率。

Description

基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器
技术领域
本发明属于电力灾害监测技术领域，具体涉及基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器。
背景技术
由于全球气候的变化，由极端天气所引起的自然灾害事件年年攀升。复杂气象环境和地质环境影响下的输电安全问题愈发突出，容易导致输电线路发生大幅度线路舞动、高压输电塔架大形变和沉降等危害，极易导致电网的大区域故障及瘫痪。掌握极端气象条件下电网设施的工作状况，减轻气象灾害对电网的威胁，从而保障电网安全可靠运行是电力***亟需解决的关键问题之一。
随着物联网广泛地应用于智能电网、智能交通、工业监测、环境监测等社会经济领域，无线传感器网络在快速采集数据方面开始发挥作用。目前对电力设施灾害数据的获取主要是通过在线路和设施上安装的无线传感器来实现的。
现有的电力监测***的监测工作主要是基于无线传感器来完成的，虽然可以实现相关天气与线路舞动等信息的监测，但缺乏对不同区域不同气象条件的电力灾害监测节点的数据的针对性读取，造成了后台服务器处理的数据冗余量大，有效性低的问题，且现有的监测***存在读取监测数据速率不高的问题。
发明内容
针对现有电力监测设备对监测数据的读取上的缺陷，本发明公开了一种基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其提供了一种对电力灾害各监测节点数据的有效读取设备，可根据不同区域的气象条件来选择读取特定区域监测数据，在实现气象监测，线路舞动监测与塔杆沉降监测的基础上，解决了传统设备读取数据的针对性与有效性不足的缺点；通过让巡检器统一将所负责区域的数据打包发给服务器，可以提高数据读取的效率；基于读取得到的电力灾害高危监测数据，可对影响电力设施正常运行的因素进行归类，以形成危控区大数据挖掘与风险态势预警***。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，包括网络通信节点、数据读取部分和数据处理部分，所述的数据处理部分以数据读取部分的回传数据作为计算的依据。
上述网络通信节点包括气象条件传感器组件和电力灾害监测节点，所述的气象条件传感器组件包括风速传感器、温度传感器、气压传感器和湿度传感器，电力灾害监测节点包括线路舞动监测节点和塔杆沉降监测节点。
上述线路舞动监测节点由一系列布置在输电线路上的无线加速度传感器节点组成。
上述塔杆沉降监测节点由基准站和移动站两部分组成，所述的基准站和移动站均为北斗接收机，基准站固定在测量区域的定点位置，移动站安装在监测点位置，通过载波相位动态实时差分技术，移动站与基准站的差分***进行测量点三维定位结果的测量。
上述数据读取部分主要由电力灾害巡检器完成，巡检器所负责一个特定的较为广阔的地理区域，此区域内分布着各个传感测试节点；此巡检器负责与这一区域的所有无线网络节点进行通信。
上述巡检器的通讯方式采用长短结合的复合式无线通信方法，与各个传感测试节点进行短距离的无线通信，巡检器将该区域内的传感数据轮查后通过远程通信方式打包数据发送给服务器。
上述巡检器与气象条件传感器、电力灾害监测节点之间的短距离通讯用LoRa模块来实现，巡检器与服务器之间的通讯用4G模块来实现。
上述巡检器工作时，先接受其所负责区域内的气象条件传感器的监测数据，若数据满足一定的阈值条件则发送相应指令，控制区域内所有的电力灾害监测节点的工作、休眠与数据收发。其统一负责向服务器发送控制区域内的气象条件传感器监测数据与电力灾害监测数据的收发。
上述数据处理部分主要完成以下功能，分别为对线路舞动监测节点的数据进行分析处理，对塔杆沉降监测节点的数据进行分析处理，以及对处理得到的电力灾害高危监测数据进行分析、研究、探讨。
上述数据处理部分中线路舞动监测节点的数据分析处理主要是对于加速度传感器所监测的得到的加速度数据进行二次积分得到位移数据，从而确定线路舞动的幅值及频率。
上述数据处理部分中塔杆沉降监测节点的数据分析处理主要由位移转换算法部分、塔杆形变模型部分、矢量转角算法部分以及概率平均算法部分，最终可推算出监测面的形变以及输电塔顶部高压输电线支撑点的位移情况。
上述数据处理部分中对处理得到的电力灾害高危数据进行分析、探讨、研究主要是对电力灾害与环境数据进行聚类、关联分析，以便确定故障风险概率与风险等级预警数据，实现典型故障风险评估，解决电力灾害的量化问题。
本发明所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，通过网络节点通信部分、数据读取部分与数据处理部分的配合工作，可得到包含有地理区域特征的气象数据，线路舞动数据以及塔杆沉降数据等电力灾害危控区数据。与现有电力灾害监测设备相比，其显著优点在于：1.通过对不同区域的气象条件的判断，有选择地对不同区域的电力监测节点数据进行读取，可提高所读取数据的针对性、有效性，降低数据冗余，2.巡检器统一接受其所负责区域的无线监测节点的数据收发，可有效提高数据的读取效率，3.服务器对巡检器发送的数据进行分析处理后，对影响电力设施正常运行的因素进行归类。基于此基础上，进一步可构建输电线路气象风险预测预警的模型和方法，助力电网运行***和相关部门提前感知线路运行风险，做好有针对性的降风险运行措施，防范大面积停电事故，提高保障电力***安全运行的能力。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的原理示意图。
图3为本发明的工作节点LoRa无线模块工作流程图。
图4为本发明的巡检器工作流程图。
附图标记：1、网络通讯节点部分；2、数据读取部分；3、数据处理部分；4、气象条件传感器；5、线路舞动监测节点；6、塔杆沉降无线监测节点；7、LoRa模块；8、巡检器；9、4G模块；10、4G接受***；11、服务器；12、数据处理。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明所提供的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器的具体实施步骤进行详细的说明。
如图1所示：一种基于无线网络的电力灾害节点巡检器包括网络通信节点(1)、数据读取部分(2)以及数据处理部分(3)；所述数据处理部分(3)以数据读取部分(2)的回传数据作为计算的依据。所述的网络通讯节点部分(1)主要包括气象条件传感器(4)、线路舞动监测节点(5)，塔杆沉降无线监测节点(6)。
巡检器(8)负责监控某一指定区域内的气象条件监测与电力灾害监测，在这个指定区域内有一套气象条件传感器，以及一系列的输电塔杆和输电线路。每个输电塔杆布置着一套塔杆沉降无线监测节点(6)，每段输电线路上布置一系列的线路舞动监测节点(5)。
塔杆沉降无线监测节点(6)有基准站和移动站两部分，所述的基准站和移动站均为北斗接收机；安装时，将移动站安装在监测点位置，将基准站固定在测量区域的定点位置，基于北斗载波相位动态实时差分测量技术，基准站与移动站的差分***进行测量点三维定位结果的测量。
线路舞动监测节点(5)为在输电线路上安装固定一系列的加速度传感器。在线路发生舞动时，加速度传感器将随着输电线路一起摆动，从而保证得到的加速度数据为输电线路节点处的加速度数据。
气象条件传感器(4)包括风速传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器。气象条件传感器(4)负责监控某一区域内的气象条件，通过无线LoRa模块(7)将气象数据实时反馈给巡检器(8)。
巡检器(8)接收到数据后，判断是否达到易发生电力灾害的阈值条件。若判断达到，巡检器(8)通过无线LoRa模块(7)向区域内的所有电力灾害监测节点发送开始采集指令，电力灾害监测节点接受指令后开始采集传感器数据，并通过LoRa无线模块(7)将传感器数据发送给巡检器。此时发送的数据被认为是电力灾害危控区数据，巡检器接受数据后，将数据轮查一遍后基于4G模块(9)通过远程通讯方式将数据统一打包发送给服务器(11)进行处理。
服务器(11)收到巡检器(8)发送来的数据后，主要有以下几个任务：
其一：需要将加速度传感器采集到的加速度数据进行二次积分，得到传感器节点所在线路上的位置处的位移信息，从而得到线路舞动幅值及舞动频率信息；
其二：将塔杆沉降无线监测节点(6)监测到的数据进行数据处理，计算后可得到塔杆沉降数据以及塔杆底座的形变状态数据；
其三：在得到经过上述步骤处理后的数据后，需要对危控区监测数据进行分析研究，对电力设施的正常运行有影响的因素进行归类，构建危控区数据监测感知层，建立危控区监测数据通道，为数据分析奠定基础。
通过大数据分析，可研制基于地理信息***的可视化危控区大数据挖掘与风险态势预警***，以此保障电网***的正常运行。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明、凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：包括网络通讯节点、数据读取部分和数据处理部分；所述的数据处理部分以数据读取部分的回传数据作为计算的依据。
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：所述网络通信节点包括气象条件传感器组件和电力灾害监测节点，所述的气象条件传感器组件包括风速传感器、温度传感器、气压传感器和湿度传感器，电力灾害监测节点包括线路舞动监测节点和塔杆沉降监测节点。
3.根据权利要求1所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：所述数据读取部分为负责某一区域的电力灾害巡检器；巡检器所负责的各个传感测试点分布在一个较广阔的区域内，巡检器负责与这一区域的无线网络节点进行通信；巡检器通讯方式采用长短结合的复合式无线通信方法，与各个传感测试节点进行短距离的无线通信，巡检器将该区域内的传感数据轮查后通过远程通信方式统一打包数据发送给服务器。
4.根据权利要求1所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：所述的数据处理部分以巡检器向服务器发送的数据为计算依据；数据处理部分完成以下功能：其一对线路舞动监测节点的数据进行分析处理；其二对塔杆沉降监测节点的数据进行分析处理；其三对处理得到的电力灾害高危监测数据进行分析处理。
5.根据权利要求2所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：所述的线路舞动监测节点由一系列布置在输电线路上的无线加速度传感器节点组成。
6.根据权利要求2所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：所述的塔杆沉降监测节点，由基准站和移动站两部分组成；所述的基准站和移动站均为北斗接收机，基准站固定在测量区域的定点位置，移动站安装在监测点位置，通过载波相位动态实时差分测量技术，移动站与基准站的差分***进行测量点三维定位结果的测量。
7.根据权利要求3所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：电力灾害巡检器先接受所负责区域内的气象条件传感器的气象数据，若数据满足一定的阈值条件则发送相应指令，控制区域内所有的电力灾害监测节点的工作、休眠与数据收发；电力灾害巡检器统一负责向服务器发送控制区域内的气象条件传感器监测数据与电力灾害监测数据的收发。
8.根据权利要求4所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在：数据处理部分中，对于加速度传感器所监测得到的加速度数据，通过对加速度信号进行二次积分得到位移数据，从而确定线路舞动的幅值以及频率。
9.根据权利要求4所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：数据处理部分中，对于塔杆数据的分析处理主要由位移转换算法部分、塔架形变模型部分、矢量转角算法部分以及概率平均算法部分；最终可推算出监测面的形变以及输电塔顶部高压输电线支撑点的位移情况。
10.根据权利要求4所述的基于无线网络的电力灾害监测节点巡检器，其特征在于：数据处理部分中，对处理后得到的电力灾害高危数据进行分析是指对电力灾害与环境数据进行聚类、关联分析，以便确定故障风险概率与风险等级预警数据，实现典型故障风险评估，解决电力灾害的量化问题。
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