CN106124880A - 一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统 - Google Patents

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郭丽娟
吴秋莉
张炜
邓雨荣
邬蓉蓉
吕泽承
陶松梅
蒙国斌
张玉波
黄辉敏
黄志都
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    • G—PHYSICS
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    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，包括输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置，输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置通过无线方式进行连接。本发明通过在现有监测系统的基础上集成LoRa通信模块，克服了传统监测系统在信息归集与通信方面不能兼顾变电、输电监测数据的技术难题，进而简化了监测系统架构，同时省去了额外增加的租用公网费用，提高了信息安全的系数，降低了建设运维成本。

Description

一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信 系统
技术领域
本发明涉及电力设备状态监测及故障诊断技术领域，具体涉及一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统。
背景技术
随着国内外在线监测技术的进步，输变电设备在线监测与诊断技术近年来在电力行业受到了高度重视，其在线监测数据现场并行处理技术得到了深入研究，这种应用对电力系统的安全运行具有重要的意义。。
目前，在变电站内建设的在线监测类型很多，包括变压器/电抗器的油中溶解气体监测、局部放电监测和铁芯接地电流监测等，断路器/GIS的局部放电监测，以及容性设备的绝缘监测等等。智能化变电站的建设和智能电网的推广对高压电气设备的智能化提出了更高的要求，同时在线监测与诊断技术是智能化变电站建设的重要组成部分。但由于目前监测类型多、处理数据量大，各层次间通信结构化关键技术有待完善，导致常规的数据处理方法已难当其任。为将诸多类型的在线监测数据进行规范统一的集成接入，一般在变电站内部署状态监测子站或综合处理单元之类的装置，基于IEC 61850等标准规范接入各类在线监测数据，并利用变电站内的专用网络上传到状态监测主站系统。
而对于输电线路状态监测系统，由于监测点比较分散，电力专用网络无法覆盖，则主要采用公网的GPRS/TD-SCDMA/EDGE/WCDMA等技术，将监测点的数据发送到附近基站再通过公网上传到状态监测主站系统。此种方式不仅需要额外增加公网租用费用，并且存在着信息安全风险。
ARM处理器是Acorn有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。全称为Acorn RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。AT91SAM9X25 芯片是一个高性能的基于ARM926嵌入式微处理器单元，运行在400 MHz，并设有多个网络/连接外围设备，优化的工业应用，如楼宇自动化，网关和医疗。
LoRa作为一种无线技术，基于Sub-GHz的频段使其更易以较低功耗远距离通信，可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电。较低的数据速率也延长了电池寿命和增加了网络的容量。LoRa信号对建筑的穿透力也很强。LoRa的这些技术特点更适合于低成本大规模的物联网部署。
Semtech（升特）公司推出的RF收发IC产品“SX127x”，采用了该公司自主开发的“LORA”（远程）技术，最大传输距离在郊区可达到15km、在市区可达到2～5km，频率范围为137MHz～1050MHz，目前在国内支持470MHz～510MHz的频率范围。适用于自动抄表系统、工业自动化设备、无线传感器网络、无线报警与安全系统等，使用这款新IC可大幅延长传输距离，不需要中继装置及复杂的通信基础设施。因此，对于部署在变电站附近的输电线路在线监测装置，可采用LoRa技术将在线监测数据发送到变电站，再通过电力专网上传到状态监测主站系统。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提出了一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统。其技术方案为：
一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：包括通过无线方式连接的输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置，其中所述输变电设备状态综合监测装置包括设备在线监测装置、ARM核心处理单元、LoRa通信模块和电源模块，所述ARM核心处理单元一端与所述设备在线监测装置连接，另一端与所述LoRa通信模块进行连接，所述设备在线监测装置用于监测变电设备的各种状态，所述电源模块用于为ARM核心处理单元和LoRa通信模块提供电能。
作为优选的技术方案，所述输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置通过LoRa通信模块双向通讯。
作为优选的技术方案，所述ARM核心处理单元与所述设备在线监测装置的连接方式为有线连接。
作为优选的技术方案，所述ARM核心处理单元与所述LoRa通信模块是通过串行通讯口进行连接。
作为优选的技术方案，所述ARM核心处理单元包括AT91SAM9X25芯片。
作为优选的技术方案，所述AT91SAM9X25芯片主频为400MHz，操作系统为LINUX。它通过有线方式与变电站内的设备在线监测装置连接，实现设备在线监测数据的标准接入、预处理及存储；
作为优选的技术方案，所述LoRa通信模块包括型号为SX127X的RF收发芯片。它将接收到的输电线路在线监测数据发送给ARM核心处理单元进行预处理和存储，并从ARM核心处理单元接收对时、数据召唤等请求命令。
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
本发明提供了一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，克服了传统监测系统在信息归集与通信方面不能兼顾变电、输电监测数据的技术难题，进而简化了监测系统架构，同时省去了额外增加的公网租用费用，提高了信息安全的系数，降低了建设运维成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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，其中 ：
图1 为本发明的结构示意图；
图 2 为本发明的输变电设备状态综合监测装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的结构示意图。如图所示，一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，包括输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置，其中所述输变电设备状态综合监测装置包括设备在线监测装置、ARM核心处理单元、LoRa通信模块和电源模块，所述输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置是通过无线方式进行连接，所述ARM核心处理单元一端与所述设备在线监测装置连接，另一端与所述LoRa通信模块进行连接，所述设备在线监测装置用于监测变电设备的各种状态，所述电源模块用于为ARM核心处理单元和LoRa通信模块提供电能。
在本实施例中，所述设备在线监测装置用于监测变电设备的各种工作状态，主要包括变压器油色谱在线监测装置、GIS局部在线监测装置和容性设备绝缘在线监测装置等，这些监测装置通过有线网络与所述输变电设备状态综合监测装置中的ARM核心处理单元进行连接，将它们所监测到的各种状态数据通过有线网络传输到ARM核心处理单元进行预处理及存储，并接收由ARM核心处理单元通过有线网络转发的各种控制指令，然后根据这些控制指令调整变电设备的各种工作状态。
结合图1和图2可知，在本实施例中，所述ARM核心处理单元一方面通过有线网络与变电站内的设备在线监测装置连接，实现设备在线监测数据的标准接入、预处理及存储，并通过有线网络如电力专网与主站端的状态监测主站系统连接，实现设备在线监测数据的转发及控制指令接收等功能。另一方面，所述ARM核心处理单元还通过其串行通讯接口与所述LoRa通信模块进行连接，接收从LoRa通信模块转发过来的数据，并进行预处理和存储，同时转发对LoRa通信模块的对时、数据召唤等请求命令。作为优选方案，ARM核心处理单元采用Atmel公司的AT91SAM9X25芯片，主频为400MHz，操作系统为LINUX。
结合图1和图2可知，在本实施例中，所述LoRa通信模块一方面采用LoRa技术以无线方式与部署在变电站附近的输电线路在线监测装置进行通信，接收由输电线路在线监测装置发送过来的各种状态数据，同时也向输电线路在线监测装置转发各种请求命令和控制指令。另一方面，通过串行通讯口以有线方式与所述ARM核心处理单元进行连接，向ARM核心处理单元转发它所接收到的各种状态数据，同时接收从ARM核心处理单元发送过来的各种请求命令和控制指令。作为优选方案，所述LoRa通信模块采用Semtech公司型号为SX127X的RF收发芯片，通过LoRa技术以无线方式与输电线路在线监测装置连接，实现输电线路在线监测数据的接入。
在本实施例中，所述电源模块统一为ARM核心处理单元和LoRa通信模块提供电能，可以采用任何合适的电源。
如图1所示，采用本发明后，输变电设备状态综合监测装置作为设备状态监测系统的核心层，部署在变电站内，输电线路在线监测装置则部署在变电站附近合适的位置。工作时，各个输电线路在线监测装置负责监测输电线路的各种状态，提取输电线路的各种状态数据，然后将这些数据通过LoRa技术以无线方式发送到LoRa通信模块，LoRa通信模块再通过有线方式将所接收到的数据转发给ARM核心处理单元；与此同时，设备在线监测装置也在监测变电设备的各种工作状态，提取变电设备的各种工作状态数据，然后通过有线网络传输到ARM核心处理单元。这样，变电设备和输电线路的各种状态数据一起汇总到ARM核心处理单元，由ARM核心处理单元统一进行预处理和存储，最后通过电力专网上传到状态监测主站系统。相反，当要对变电设备和输电线路的状态进行调整时，由状态监测主站系统根据需要发出指令，这些指令会通过有线网络如电力专网发送到输变电设备状态综合监测装置，由其内的ARM核心处理单元根据指令内容相应地转发给设备在线监测装置或LoRa通信模块，如果是发送给设备在线监测装置，则由其根据变电设备的实际情况作出相应的响应；如果是发送给LoRa通信模块，则由其通过LoRa技术以无线的方式转发给输电线路在线监测装置，输电线路在线监测装置将根据指令的内容作出相应的响应。
这样，通过采用本发明提供的基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，在现有状态监测子站或综合处理单元的基础上，通过集成LoRa通信模块，既可统一接入变电站内设备的在线监测数据，又可统一接入变电站附近的输电线路在线监测数据，简化了电力设备状态监测系统的结构，省去了额外增加的公网租用费用，提高了信息安全的系数，降低了在线监测系统的通信成本。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：包括通过无线方式连接的输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置，其中所述输变电设备状态综合监测装置包括设备在线监测装置、ARM核心处理单元、LoRa通信模块和电源模块，所述ARM核心处理单元一端与所述设备在线监测装置连接，另一端与所述LoRa通信模块进行连接，所述设备在线监测装置用于监测变电设备的各种状态，所述电源模块用于为ARM核心处理单元和LoRa通信模块提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：所述输变电设备状态综合监测装置和输电线路在线监测装置通过LoRa通信模块双向通讯。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：所述ARM核心处理单元与所述设备在线监测装置的连接方式为有线连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：所述ARM核心处理单元与所述LoRa通信模块是通过串行通讯口进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：所述ARM核心处理单元包括AT91SAM9X25芯片。
6.根据权利要求5所述的一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：所述的AT91SAM9X25芯片主频为400MHz，操作系统为LINUX。
7.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线传输的输变电设备综合状态监测数据通信系统，其特征在于：所述LoRa通信模块包括型号为SX127X的RF收发芯片。
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