CN108075572B - 变压器直流偏磁在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了变压器直流偏磁在线监测系统，包括传感装置、基站和监测平台，基站一端与传感装置无线连接，另一端与监测平台无线连接；传感装置包括多个部署于待监测变压器上的传感器节点，传感器节点采集直流偏磁监测数据并发送至基站，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站对传感装置发送的直流偏磁监测数据进行接收和处理，并将处理后的直流偏磁监测数据发送至监测平台，监测平台用于接收和处理由基站发送的直流偏磁监测数据，并得到监测结果。本发明易于拆装和检修，减轻了布线的麻烦。
Description
技术领域
本发明涉及变压器监测领域，具体涉及变压器直流偏磁在线监测系统。
背景技术
近年来，随着越来越多的直流输电线路投入运行，直流输电在单极大地回路和双极不平衡运行方式下对交流变压器影响的问题日益突显：会造成变压器振动和噪声明显增大、铁芯发热、谐振等问题，影响变压器寿命和安全生产。监测和研究变压器的直流偏磁状况从而解决其对变压器的影响，已经成为越来越多专家学者的共识。
发明内容
针对上述问题，本发明提供变压器直流偏磁在线监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种变压器直流偏磁在线监测系统，包括传感装置、基站和监测平台，基站一端与传感装置无线连接，另一端与监测平台无线连接；传感装置包括多个部署于待监测变压器上的传感器节点，传感器节点采集直流偏磁监测数据并发送至基站，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站对传感装置发送的直流偏磁监测数据进行接收和处理，并将处理后的直流偏磁监测数据发送至监测平台，监测平台用于接收和处理由基站发送的直流偏磁监测数据，并得到监测结果。
优选地，所述的监测平台包括网络通信单元、数据存储单元、数据分析单元和网站发布单元，网络通信单元、数据存储单元、网站发布单元皆与数据分析单元连接；所述的网络通信单元与互联网连接，用于接收由基站发送的直流偏磁监测数据；所述的数据存储单元用于进行数据存储；所述的数据分析单元用于对直流偏磁监测数据进行异常分析处理，输出监测结果；所述的网站发布单元用于发布监测结果。
本发明的有益效果为：对变压器进行实时监测，保障了变压器的可靠运行；利用无线传感器网络进行监测，减轻了布线的麻烦，传感器易于拆装和检修，检修时无需断开接地排，对系统安全无影响，且能够适用于接地排周边空间受限的情况。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明一个实施例的结构示意图；
图2本发明一个实施例的监测平台的结构示意图。
附图标记：
传感装置1、基站2、监测平台3、网络通信单元10、数据存储单元20、数据分析单元30、网站发布单元40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的变压器直流偏磁在线监测系统，包括传感装置1、基站2和监测平台3，基站2一端与传感装置1无线连接，另一端与监测平台3无线连接；传感装置1包括多个部署于待监测变压器上的传感器节点，传感器节点采集直流偏磁监测数据并发送至基站2，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站2对传感装置1发送的直流偏磁监测数据进行接收和处理，并将处理后的直流偏磁监测数据发送至监测平台3，监测平台3用于接收和处理由基站2发送的直流偏磁监测数据，并得到监测结果。
在一个实施例中，如图2所示，监测平台3包括网络通信单元10、数据存储单元20、数据分析单元30、网站发布单元40，网络通信单元10、数据存储单元20、网站发布单元40皆与数据分析单元30连接。
可选地，监测平台3可在计算机操作系统的平台上建立。
网络通信单元10与互联网连接，用于接收由基站2发送的直流偏磁监测数据。
数据存储单元20用于进行数据存储，包括存储接收的直流偏磁监测数据、由数据分析处理单元输出的异常分析处理结果。
数据分析单元30用于对直流偏磁监测数据进行异常分析处理，输出监测结果。其中，当直流偏磁监测数据超出预设的指标范围时，数据分析单元30判定该直流偏磁监测数据为异常，并输出相应的监测结果，该监测结果包括该异常的直流偏磁监测数据以及对应的传感器节点位置。
所述的网站发布单元40用于发布监测结果。
其中，所述的传感器节点包括传感器，所述的传感器为霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器或噪声传感器。
本发明上述实施例对变压器进行实时监测，保障了变压器的可靠运行；利用无线传感器网络进行监测，减轻了布线的麻烦，可以实现多参数的信息监测和融合，扩展性强、智能化程度高；传感器易于拆装和检修，检修时无需断开接地排，对系统安全无影响，且能够适用于接地排周边空间受限的情况。
在一个实施例中，多个传感器节点通过拓扑演化机制构建一个用于感知和采集直流偏磁监测数据的无线传感器网络，所述的拓扑演化机制具体包括：
(1)初始时刻，基站2与其附近的传感器节点一同构成初始拓扑；
(2)每过一个时间步长，向当前拓扑中加入一个新传感器节点；
(3)新传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信半径，并确定当前拓扑的位于其通信半径范围内的传感器节点，归入邻居节点集；
(4)新传感器节点计算邻居节点集中每一个传感器节点被选择连接的概率，根据计算出的概率由大到小的顺序从邻居节点集中选出m0个传感器节点进行连接，其中m0<m，其中m为邻居节点集中包含的传感器节点个数；
其中，设新传感器节点为γ，则传感器节点被选择连接的概率根据下列公式计算：
式中，Λγ表示新传感器节点γ的邻居节点集，∏(a)表示邻居节点集中第a个传感器节点被选择连接的概率，Ga为所述第a个传感器节点的节点度，Ea为所述第a个传感器节点的当前剩余能量，d(a,γ)为所述第a个传感器节点与新传感器节点γ之间的距离，d(a,sink)为所述第a个传感器节点到基站2的距离，Gb表示邻居节点集中第b个传感器节点，Gb为所述第b个传感器节点的节点度，Eb为所述第b个传感器节点的当前剩余能量，d(b,γ)为所述第b个传感器节点与新传感器节点γ之间的距离，d(b,sink)为所述第b个传感器节点到基站2的距离，λ1、λ2为预设的权重系数；
(5)继续执行(2)、(3)、(4)直到N1个传感器节点加入拓扑，其中N0+N1＝N，其中N0为初始拓扑包含的传感器节点个数，N为部署在设定的监测区域内的传感器节点个数。
相关技术中，无标度网络中连接度分布函数具有幂率形式，由于其节点的度没有特征长度，因而基于复杂网络无标度性构建的传感器网络拓扑，可使网络具有较高的随机抗毁性，且节点间连接链路较少，减少通信浪费。该方法虽然从随机抗毁性方面提高了网络性能，但由于其度分布的不均匀，导致一些关键节点能量消耗巨大，使其过早死亡从而导致网络的失效。本实施例在该方法的基础上进行进一步改进，提出了一种新的拓扑演化机制来构建无线传感器网络拓扑。
无线传感器网络的拓扑结构是无线传感器网络生存的基础，而有限的传感器节点能量通常会造成传感器节点能量耗尽失效而引起拓扑分割，基于此，本实施例在构建无线传感器网络的拓扑结构时，定义了新的传感器节点被选择连接的概率的计算公式，由该计算公式可知，传感器节点被选择连接的概率与当前剩余能量、节点度、节点间距离以及与基站2的距离有关，当传感器节点的当前剩余能量较大、节点度较大、节点间距离较小、与基站2的距离较近时，被选择连接的概率更大，有利于促使新传感器节点首先连接消耗能量较少且较多剩余能量的传感器节点，使得生成的拓扑能够均衡网络能耗，从而降低直流偏磁监测的能耗，提高变压器直流偏磁监测系统运行的可靠度。
在一个实施例中，基站2与其附近的传感器节点一同构成初始拓扑，具体为：将距离基站2小于dT的传感器节点直接与基站2构建拓扑连边，其中dT为设定的距离阈值。
在另一个实施例中，基站2与其附近的传感器节点一同构成初始拓扑，具体为：
(1)基站2确定各附近节点的效用值，其中附近节点为距离基站2小于dT的传感器节点：
式中，Qx表示附近节点x的效用值，Ex为附近节点x的当前剩余能量，d(x,sink)为附近节点x到基站2的距离，Ee+e,为射频传输系数，εamp为传感器节点的发送电路的放大系数，dx-max为附近节点x与其相距最远的邻居节点的距离；
(2)设置效用值阈值QT，将满足Qx>QT的附近节点与基站一同构成初始拓扑。
传感器节点的剩余能量以及距离基站2的距离将会影响到传感器节点的生命周期，基于此，本实施例对无线传感器网络初始拓扑的构建方式进行了限定，根据效用值来选取构建初始拓扑的传感器节点，只将当前剩余能量、与基站2距离满足要求的传感器节点参与初始拓扑的构建，从而能够保证初始拓扑的稳定性，提高初始拓扑的抗毁性能，且有利于均衡无线传感器网络的能耗，使得生成的无线传感器网络拓扑能够更加可靠地进行直流偏磁监测数据的采集。
在一个实施例中，传感器节点的通信半径能够在R1<R2<…<RN之间连续切换。
所述的新传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信半径，具体为：
(1)新传感器节点获取当前拓扑内的各个传感器节点的当前剩余能量；
(2)根据当前剩余能量计算通信半径估值：
式中，Ri表示新传感器节点i的通信半径估值，Ei为新传感器节点i的当前剩余能量，Ej为在当前拓扑内的第j个传感器节点的当前剩余能量，ni表示当前拓扑具有的传感器节点的个数；
(3)若Rn<Ri<Rn+1，其中R1≤Rn<Rn+1≤RN，则新传感器节点调节其自身的通信半径为Rn+1。
本实施例提出了新传感器节点的通信半径调节机制，新传感器节点能够根据当前剩余能量来调节自身的通信半径，能够防止新传感器节点因为能量的过度消耗而失效，有益于增强拓扑的可靠性，且有利于促使无线传感器网络向节能的方向转变，从而平衡网络能耗，提高变压器直流偏磁在线监测系统运行的安全性和可靠性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (4)
1.变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，包括传感装置、基站和监测平台，基站一端与传感装置无线连接，另一端与监测平台无线连接；传感装置包括多个部署于待监测变压器上的传感器节点，传感器节点采集直流偏磁监测数据并发送至基站，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站对传感装置发送的直流偏磁监测数据进行接收和处理，并将处理后的直流偏磁监测数据发送至监测平台，监测平台用于接收和处理由基站发送的直流偏磁监测数据，并得到监测结果；多个传感器节点通过拓扑演化机制构建一个用于感知和采集直流偏磁监测数据的无线传感器网络，所述的拓扑演化机制具体包括：
(1)初始时刻，基站与其附近的传感器节点一同构成初始拓扑；
(2)每过一个时间步长，向当前拓扑中加入一个新传感器节点；
(3)新传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信半径，并确定当前拓扑的位于其通信半径范围内的传感器节点，归入邻居节点集；
(4)新传感器节点计算邻居节点集中每一个传感器节点被选择连接的概率，根据计算出的概率由大到小的顺序从邻居节点集中选出m0个传感器节点进行连接，其中m0<m，其中m为邻居节点集中包含的传感器节点个数；
(5)继续执行(2)、(3)、(4)直到N1个传感器节点加入拓扑，其中N0+N1＝N，其中N0为初始拓扑包含的传感器节点个数，N为部署在设定的监测区域内的传感器节点个数；
基站与其附近的传感器节点一同构成初始拓扑，具体为：
(1)基站确定各附近节点的效用值，其中附近节点为距离基站小于dT的传感器节点：
式中，Qx表示附近节点x的效用值，Ex为附近节点x的当前剩余能量，d(x,sink)为附近节点x到基站的距离，Eelec为射频传输系数，εamp为传感器节点的发送电路的放大系数，dx-max为附近节点x与其相距最远的邻居节点的距离，dT为设定的距离阈值；
(2)设置效用值阈值QT，将满足Qx>QT的附近节点与基站一同构成初始拓扑。
2.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，所述的监测平台包括网络通信单元、数据存储单元、数据分析单元和网站发布单元，网络通信单元、数据存储单元、网站发布单元皆与数据分析单元连接；所述的网络通信单元与互联网连接，用于接收由基站发送的直流偏磁监测数据；所述的数据存储单元用于进行数据存储；所述的数据分析单元用于对直流偏磁监测数据进行异常分析处理，输出监测结果；所述的网站发布单元用于发布监测结果。
3.根据权利要求1或2所述的变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，所述的传感器节点包括传感器，所述的传感器为霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器或噪声传感器。
4.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，传感器节点被选择连接的概率根据下列公式计算：
式中，Λγ表示新传感器节点γ的邻居节点集，∏(a)表示邻居节点集中第a个传感器节点被选择连接的概率，Ga为所述第a个传感器节点的节点度，Ea为所述第a个传感器节点的当前剩余能量，d(a,γ)为所述第a个传感器节点与新传感器节点γ之间的距离，d(a,sink)为所述第a个传感器节点到基站的距离，Gb表示邻居节点集中第b个传感器节点，Gb为所述第b个传感器节点的节点度，Eb为所述第b个传感器节点的当前剩余能量，d(b,γ)为所述第b个传感器节点与新传感器节点γ之间的距离，d(b,sink)为所述第b个传感器节点到基站的距离，λ1、λ2为预设的权重系数。
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