CN103115643A

CN103115643A - 基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统

Info

Publication number: CN103115643A
Application number: CN2013100254145A
Authority: CN
Inventors: 赵东生; 戴栋; 郝艳捧; 李立浧; 曹敏; 翟少磊; 张林山
Original assignee: South China University of Technology SCUT; Yunnan Power Grid Co Ltd
Current assignee: South China University of Technology SCUT; Yunnan Power Grid Co Ltd
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: CN103115643B

Abstract

本发明公开了一种基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，属于输电线路在线监测技术领域。该输电线路在线监测系统包括安装于杆塔上的输电线路在线监测系统和安装于导线上的无线通信转发单元。安装于杆塔上的输电线路在线监测系统包括若干传感器、监测主机、蓄电池、太阳能充电控制器、太阳能电池板、zigbee模块A、GPRS模块A和天线。安装于导线上的无线通信转发单元包括取能装置、调理/存储电路，zigbee模块B，GPRS模块B和天线。本发明利用输电线路的磁场能为耗能最大的无线通信模块供电，减少了能量消耗，保证蓄电池在没有太阳辐射能补充的情况下工作时间得以延长。

Description

基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统

技术领域

本发明属于输电线路在线监测技术领域，涉及一种基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统。

背景技术

我国电网覆盖面广，输电线路距离长，110KV以上电压等级的输电线路总长度超过60万千米，线路所处地貌复杂，气候多样，而气候的变化引起的自然灾害（雨雪冰冻，大风等）和人为损坏（盗窃，破坏）等不确定因素的影响，一直是威胁电网安全运行主要因素。因此，需要对高压输电线路的运行状态进行实时在线的监测及预警，以保证其安全运行。

由于输电线路架设地点通常远离城市，经过的区域人烟稀少、地形复杂，能够采用的通信方式有限，目前应用于输电线路在线监测的通信方式一般采用GPRS/CDMA/SMS等。

输电线路在线监测设备以及通信设备由于特殊的工作环境，只能采用太阳能、电磁能、微功率风力发电等为电池补充能量，但这些供能方式易受到应用环境影响，且采集功率一般较小，因而无法保障输电线路在线监测设备长时间工作。通过采用锂电池及提高电池容量来延长传感节点的工作时间是解决输电线路在线监测设备电源供电的途径之一。但是研究表明，电池的容量在可预见的未来不会产生变革性的提高。在过去三十年里，电池单位体积的容量只提高了不到四倍，电池技术远远滞后于处理器技术的发展速度，并以每年20%到30%的速度进一步拉开。因此如何充分合理的利用电池的能量是输电线路在线监测系统亟待解决的一个核心问题。

目前输电线路在线监测系统采用的多为蓄电池+太阳能电池板的方式作为输电线路在线监测系统的能量供应单元，南方电网规定在持续无光照且无其他电力补充的条件下，蓄电池应至少可以维持终端装置正常运行30天的供电。实际情况在需要监测的条件下（如冬季线路覆冰），而且为了满足监测的需要，还需要提高采样速度，能量相应消耗增加，为满足供电30天的要求需要配置容量很大的蓄电池。

输电线路在线监测系统需要监测的参数有导线拉力，导线倾角，导线温度，监测点环境温度，湿度，风速，风向，气压，日照强度，雨量，泄漏电流等，涉及的传感器众多，除了导线测温传感器安置在高电位的导线上外，其余传感器和在线监测装置安置在地电位的输电杆塔上。

输电线路在线监测系统能耗主要分为3大块，传感器功耗，监测主CPU功耗，无线通信单元功耗。其中无线通信单元功耗最大，比如型号为TGM8800的GPRS模块最大工作电流是450mA，而拉力传感器仅28mA，其它传感器工作电流也基本在30mA以内。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，该系统合理利用输电线路环境能量，延长监测系统工作时间，适用于对所有的输电线路进行在线监测以及对现有的输电线路在线监测系统升级改造。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统包括安装于杆塔上的输电线路在线监测系统和安装于导线上的无线通信转发单元。

安装于杆塔上的输电线路在线监测系统包括若干传感器、监测主机、蓄电池、太阳能充电控制器、太阳能电池板、zigbee模块A、GPRS模块A和天线。太阳能电池板、太阳能充电控制器和监测主机依次连接；蓄电池和太阳能充电控制器相互连接；传感器、zigbee模块A和GPRS模块A分别与监测主机相互连接；zigbee模块A和GPRS模块A分别采用独立的天线。

安装于导线上的无线通信转发单元包括取能装置、调理/存储电路，zigbee模块B，GPRS模块B和天线。取能装置、调理/存储电路和zigbee模块B依次连接；取能装置、调理/存储电路和GPRS模块B依次连接；zigbee模块B和GPRS模块B相互连接；zigbee模块B和GPRS模块B分别采用独立的天线。

所述的太阳能电池板的输出能量不能够直接存储在蓄电池中或给监测主机使用；太阳能电池板通过太阳能充电控制器实现对其最大输出功率跟踪控制，并将输出能量存储在蓄电池中，同时为监测主机供电。

所述的监测主机同时配置有zigbee模块A和GPRS模块A。

所述的zigbee模块A负责短距离数据通信，并与zigbee模块B进行数据交换。

所述的GPRS模块A在正常情况下处于关闭状态，只有在zigbee模块A与zigbee模块B失去联络的情况下，比如线路停电，模块故障等情况，GPRS模块A才启动作为备用的通信设备与数据中心通信。

所述的取能装置用于获取导线周围的电场能或者磁场能，不同的获取方式取能装置会有不同的结构和安装方式。

所述的调理/存储电路用于取能装置输出调理（滤波、整形、保护、升压、降压等），为zigbee模块B和GPRS模块B提供电源，并将多余电量存储。

所述的GPRS模块B通过串口和zigbee模块B进行数据通信，zigbee模块B将zigbee模块A送来的数据经过串口发送至GPRS模块B，再由GPRS模块B转发至数据中心。

输电线路在线监测系统的数据通过短距离无线通信技术zigbee实现，由于zigbee具有短距离传输，低功耗的特点，同时传输距离直接关系到能量的消耗与信号灵敏度，因此安装于杆塔上的输电线路在线监测系统和安装于导线上的无线通信转发单元的距离不宜太远，结合输电线路设计规范，并兼顾各电压等级输电线路情况，无线通信转发单元安装位置在导线上向挡距中央方向距离线夹5～10米处，输电线路在线监测系统安装在杆塔的横担位置，如此安装于杆塔上的输电线路在线监测系统和安装于导线上的无线通信转发单元之间的距离不会超过30米，可以降低zigbee通信功耗。

本发明为了延长输电线路在线监测系统在无太阳辐射能补充蓄电池电量情况下的工作时间，结合输电线路的环境能量特征，采用把消耗功率最大的无线通信模块放置在高电位的导线上，并通过磁场或者电场取能的方式为其供电，输电线路导线周围的电磁能能力密度大且不受自然条件如雨、雪、日照等因素的影响，能够为安装于其上的无线通信模块提供充足的能量。

输电线路在线监测系统由于减少了一个主要的能量消耗部件，蓄电池只需要为各传感器和监测主机以及zigbee模块供电，相同工作方式下其工作时间得以延长。

上述GPRS模块A或GPRS模块B还可以用CDMA模块或SMS模块以及其它无线通信模块代替。

上述基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统可以用于输电线路在线监测，以及现有的输电线路在线监测系统升级改造。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明充分利用输电线路环境下的磁场能能量，为能量消耗最大的无线通信模块供电；由于减少了能量消耗，在极端天气条件下，蓄电池在没有太阳辐射能补充的情况下工作时间得以延长。

附图说明

图1是安装于杆塔上的输电线路在线监测系统示意图。

图2是安装于导线上的无线通信转发单元示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统包括安装于杆塔上的输电线路在线监测系统和安装于导线上的无线通信转发单元。

安装于杆塔上的输电线路在线监测系统如图1所示，包括若干传感器、监测主机、蓄电池、太阳能充电控制器、太阳能电池板、zigbee模块A、GPRS模块A和天线。太阳能电池板、太阳能充电控制器和监测主机依次连接；蓄电池和太阳能充电控制器相互连接；传感器、zigbee模块A和GPRS模块A分别与监测主机相互连接；zigbee模块A和GPRS模块A分别采用独立的天线。

安装于导线上的无线通信转发单元如图2所示，包括取能装置、调理/存储电路，zigbee模块B，GPRS模块B和天线。取能装置、调理/存储电路和zigbee模块B依次连接；取能装置、调理/存储电路和GPRS模块B依次连接；zigbee模块B和GPRS模块B相互连接；zigbee模块B和GPRS模块B分别采用独立的天线。

太阳能电池输出能量不能够直接给监测主机使用；太阳能电池板通过太阳能充电控制器实现对其最大输出功率跟踪控制，并将输出能量存储在蓄电池中，同时为监测主机供电。监测主机同时配置有zigbee模块A和GPRS模块A。安装于杆塔上的输电线路在线监测系统的zigbee模块A负责短距离数据通信，并与zigbee模块B进行数据交换。GPRS模块A在正常情况下处于关闭状态，只有在zigbee模块A与zigbee模块B失去联络的情况下，才启动作为备用的通信设备与数据中心通信。

取能装置用于获取导线周围的电场能或者磁场能，不同的获取方式取能装置会有不同的结构和安装方式。调理/存储电路用于取能装置输出调理（滤波、整形、保护、升压、降压等），为zigbee模块B和GPRS模块B提供电源，并将多余电量存储。GPRS模块B通过串口和zigbee模块B进行数据通信，zigbee模块B将zigbee模块A送来的数据经过串口发送至GPRS模块B，再由GPRS模块B转发至数据中心。

安装于导线上的无线通信转发单元安装位置在导线上向挡距中央方向距离线夹5～10米处，杆塔上的输电线路在线监测系统安装于杆塔的横担位置，如此安装于杆塔上的输电线路在线监测系统和安装于导线上的无线通信转发单元之间的距离不会超过30米。

所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统可以用于输电线路在线监测，以及现有的输电线路在线监测系统升级改造。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于包括安装于杆塔上的输电线路在线监测系统和安装于导线上的无线通信转发单元；

所述的安装于杆塔上的输电线路在线监测系统包括若干传感器、监测主机、蓄电池、太阳能充电控制器、太阳能电池板、zigbee模块A、GPRS模块A和天线；太阳能电池板、太阳能充电控制器和监测主机依次连接；蓄电池和太阳能充电控制器相互连接；传感器、zigbee模块A和GPRS模块A分别与监测主机相互连接；zigbee模块A和GPRS模块A分别采用独立的天线；

所述的安装于导线上的无线通信转发单元包括取能装置、调理/存储电路，zigbee模块B，GPRS模块B和天线；取能装置、调理/存储电路和zigbee模块B依次连接；取能装置、调理/存储电路和GPRS模块B依次连接；zigbee模块B和GPRS模块B相互连接；zigbee模块B和GPRS模块B分别采用独立的天线。

2.根据权利要求1所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于：

所述的太阳能电池板通过太阳能充电控制器实现对其最大输出功率跟踪控制，并将输出能量存储在蓄电池中，同时为监测主机供电；

所述的监测主机同时配置有zigbee模块A和GPRS模块A。

3.根据权利要求1所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于：

所述的GPRS模块A在正常情况下处于关闭状态，只有在zigbee模块A与zigbee模块B失去联络的情况下，GPRS模块A才启动作为备用的通信设备与数据中心通信。

5.根据权利要求1所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于：

所述的取能装置用于获取导线周围的电场能或者磁场能；

所述的调理/存储电路用于取能装置输出调理，为zigbee模块B和GPRS模块B提供电源，并将多余电量存储。

6.根据权利要求1所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于：

所述的无线通信转发单元安装位置在导线上向挡距中央方向距离线夹5～10米处，输电线路在线监测系统安装在杆塔的横担位置。

8.根据权利要求1所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统，其特征在于：

所述的GPRS模块A或GPRS模块B用CDMA模块或SMS模块以及其它无线通信模块代替。

9.权利要求1～8任一项所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统在输电线路在线监测中的应用。

10.权利要求1～8任一项所述的基于分布式能量获取的输电线路在线监测系统在现有的输电线路在线监测系统升级改造中的应用。