CN108111988A - 变压器直流偏磁监测数据采集系统 - Google Patents

变压器直流偏磁监测数据采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了变压器直流偏磁监测数据采集系统，包括数据采集装置、基站设备和数据处理中心，基站设备一端与数据采集装置无线连接，另一端与数据处理中心无线连接；数据采集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设备，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站设备对数据采集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数据处理中心，数据处理中心用于接收和处理由基站设备发送的直流偏磁监测数据，并输出处理结果。本发明易于拆装和检修，减轻了布线的麻烦。

Description

变压器直流偏磁监测数据采集系统
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监测数据采集系统。
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监测数据采集系统。
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监测数据采集系统，包括数据采集装置、基站设备和数据处理中心，基站设备一端与数据采集装置无线连接，另一端与数据处理中心无线连接；数据采集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设备，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站设备对数据采集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数据处理中心，数据处理中心用于接收和处理由基站设备发送的直流偏磁监测数据，并输出处理结果。
优选地，所述的数据处理中心包括通信单元、数据存储单元、数据分析单元和显示单元，通信单元、数据存储单元、显示单元皆与数据分析单元连接；所述的通信单元与互联网连接，用于接收由基站设备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，输出处理结果；所述的显示单元用于显示处理结果。
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数据处理中心的结构示意图。
附图标记：
数据采集装置1、基站设备2、数据处理中心3、通信单元10、数据存储单元20、数据分析单元30、显示单元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监测数据采集系统，包括数据采集装置1、基站设备2和数据处理中心3，基站设备2一端与数据采集装置1无线连接，另一端与数据处理中心3无线连接；数据采集装置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设备2，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站设备2对数据采集装置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数据处理中心3，数据处理中心3用于接收和处理由基站设备2发送的直流偏磁监测数据，并输出处理结果。
在一个实施例中，如图2所示，数据处理中心3包括通信单元10、数据存储单元20、数据分析单元30、显示单元40，通信单元10、数据存储单元20、显示单元40皆与数据分析单元30连接。
可选地，数据处理中心3可在计算机操作系统的平台上建立。
通信单元10与互联网连接，用于接收由基站设备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，输出处理结果。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，并输出相应的处理结果，该处理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。
所述的显示单元40用于显示处理结果。
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，初始化时，多个传感器节点预先构建无线传感器网络的拓扑结构，进而根据构建的无线传感器网络的拓扑结构进行直流偏磁监测数据的采集工作。
在一个实施例中，多个传感器节点采用基于链路强度的拓扑演化机制构建无线传感器网络的拓扑结构，具体包括：
(1)初始时刻，基站设备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距离当前拓扑中心距离最近的传感器节点；
(3)新加入的传感器节点确定当前拓扑中可与其建立连接的邻居节点，得到可建立连接的邻居节点集合；
设该可建立连接的邻居节点集合中具有的邻居节点数为Z，需要建立连接的邻居节点数为Z0(Z0>2)，当Z0≥Z时，新加入的传感器节点直接选择可建立连接的邻居节点集合中的所有邻居节点建立连接，当Z0<Z时，新加入的传感器节点计算与该可建立连接的邻居节点集合内每个邻居节点的连接概率，并基于连接概率从大到小的顺序在该可建立连接的邻居节点集合中选择前Z0个邻居节点相连；
(4)继续执行(2)、(3)，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为部署的传感器节点的总个数。
其中，所谓传感器节点的邻居节点，是指与传感器节点的距离小于该传感器节点的通信距离的其他传感器节点。
拓扑结构是无线传感器网络生存的基础，相关技术中，采用拓扑演化机制进行拓扑结构构建时，新加入的传感器节点与邻居节点b之间连接的概率只与邻居节点b的节点度来决定，这使得网络中某些度较大的传感器节点受到攻击时，有可能造成整个无线传感器网络瘫痪。
本实施例采用的连接概率的计算公式为：
式中，Aa为新加入的传感器节点a的可建立连接的可建立连接的邻居节点集合，b表示该可建立连接的邻居节点集合中的第b个邻居节点，c表示该可建立连接的邻居节点集合中的第c个邻居节点，Qab表示新加入的传感器节点a与邻居节点b的连接概率，表示新加入的传感器节点a与邻居节点b之间的链路强度，Mb为与邻居节点b相连的传感器节点个数，即邻居节点b的节点度，表示新加入的传感器节点a与邻居节点c之间的链路强度，Mc为邻居节点c的节点度；
式中，Pb为邻居节点b的当前剩余能量，Pelec为数据融合能耗，εamp为放大器功放能耗，D(a,b)为新加入的传感器节点a与邻居节点b之间的距离，Pc为邻居节点c的当前剩余能量，D(a,c)为新加入的传感器节点a与邻居节点c之间的距离。
本实施例改进了相关技术中的新加入的传感器节点与邻居节点之间的概率公式，在该概率公式中新加入了链路强度因子，使得邻居节点的链路强度可以直接对拓扑构建的整个过程构成影响；由该计算公式可知，当前剩余能量越大、与新加入的传感器节点更近的邻居节点与新加入的传感器节点之间的链路更强，通过利用链路强度来影响概率，最终能够使得高能和通信距离较短的邻居节点具有更大的连接概率，从而有利于均衡能耗，使构建的无线传感器网络拓扑结构具有更好的节能性和抗毁性，有益于降低直流偏磁监测数据采集的能耗，节省直流偏磁监测数据采集的通信成本。
相关技术中，基站设备2与其附近的传感器节点一同构成初始拓扑，通常是将距离基站设备2小于DT的传感器节点直接与基站设备2构建拓扑连边，其中DT为设定的距离阈值。这种初始拓扑构建的方法没有考虑到初始拓扑的稳定性问题，不利于后续拓扑演化。本实施例中，基站设备2与其附近的传感器节点一同构成初始拓扑，具体包括：
(1)基站设备2与其一跳距离内的传感器节点构建拓扑连边，形成一级拓扑；
(2)一级拓扑内的每个传感器节点分别确定自己的邻居节点集，计算各邻居节点的择优连接值：
式中，Wi-j表示一级拓扑内的传感器节点i的第j个邻居节点的择优连接值，Pi-j为该第j个邻居节点的当前剩余能量，D(i,j)为传感器节点i与所述第j个邻居节点之间的距离，Fi表示一级拓扑内的传感器节点i的邻居节点集，Pi-f为Fi中第f个邻居节点的当前剩余能量，D(i,f)为传感器节点i与与所述第f个邻居节点之间的距离，α1、α2为调节参数，用于调节当前能量因素、节点间距因素占择优连接值的比重；
(3)从邻居节点集中按照择优连接值由大到小的顺序选择前Zρ0个邻居节点构建拓扑连边，形成二级拓扑，其中Zρ为一级拓扑内的传感器节点ρ具有的邻居节点个数，所述的一级拓扑与二级拓扑组成无线传感器网络的初始拓扑。
本实施例改进了初始拓扑的构建方式，定义了择优连接值的计算公式，并选取择优连接值较大的传感器节点构建二级拓扑。
由该择优连接值的计算公式可知，传感器节点的能量权值越大，节点间通信距离越短，则具有更大的择优连接值，由于高能且节点间通信距离越短的传感器节点越不容易失效，从而选择较大择优连接值的传感器节点参与二级拓扑的构建，更有益于增强初始拓扑的稳定性，提高初始拓扑的抗毁性能，从而为后续的拓扑演化奠定良好的基础。
在一个实施例中，新加入的传感器节点确定当前拓扑中可与其建立连接的邻居节点，具体为：
(1)新加入的传感器节点确定当前拓扑内满足可连接条件的邻居节点的个数Z1：
(2)若Z1≥2，只将满足可连接条件的各邻居节点作为可建立连接的邻居节点，归入可建立连接的邻居节点集合；若Z1<2，将满足Mδ<Mmax的邻居节点作为可建立连接的邻居节点，归入可建立连接的邻居节点集合；
其中，所述的可连接条件为：
式中，Mδ表示当前拓扑内新加入的传感器节点的邻居节点δ的节点度，MMax为传感器节点的最大节点度数，Mδε为所述邻居节点δ的第ε个邻居节点的节点度数，MT为预设的节点度数差阈值，f(Mδ<Mmax)为设定的判断函数，当Mδ<Mmax成立时，f(Mδ<Mmax)＝1，当Mδ<Mmax不成立时，f(Mδ<Mmax)＝0。
本实施例设定了当前拓扑中可与新加入的传感器节点建立连接的邻居节点需要满足的条件，对新加入的传感器节点的邻居节点进行了筛选处理，使得节点度大于最大节点度数的传感器节点不再建立新的连接，可有效防止传感器节点的能量过度消耗，并且优先选择满足节点度数差条件的邻居节点作为可建立连接的邻居节点，有利于缩小拓扑边的两个端点的节点度数差，从而使得拓扑的鲁棒性得到提升，进一步使得直流偏磁监测数据的采集更加高效、可靠，满足对直流偏磁监测数据采集系统的实时性要求。
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 (6)

1.变压器直流偏磁监测数据采集系统，其特征是，包括数据采集装置、基站设备和数据处理中心，基站设备一端与数据采集装置无线连接，另一端与数据处理中心无线连接；数据采集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设备，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的基站设备对数据采集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数据处理中心，数据处理中心用于接收和处理由基站设备发送的直流偏磁监测数据，并输出处理结果。
2.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁监测数据采集系统，其特征是，所述的数据处理中心包括通信单元、数据存储单元、数据分析单元和显示单元，通信单元、数据存储单元、显示单元皆与数据分析单元连接；所述的通信单元与互联网连接，用于接收由基站设备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，输出处理结果；所述的显示单元用于显示处理结果。
3.根据权利要求1或2所述的变压器直流偏磁监测数据采集系统，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、温度传感器和/或噪声传感器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的变压器直流偏磁监测数据采集系统，其特征是，初始化时，多个传感器节点预先构建无线传感器网络的拓扑结构，进而根据构建的无线传感器网络的拓扑结构进行直流偏磁监测数据的采集工作。
5.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁监测数据采集系统，其特征是，多个传感器节点采用基于链路强度的拓扑演化机制构建无线传感器网络的拓扑结构，具体包括：
(1)初始时刻，基站设备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距离当前拓扑中心距离最近的传感器节点；
(3)新加入的传感器节点确定当前拓扑中可与其建立连接的邻居节点，得到可建立连接的邻居节点集合；
设该可建立连接的邻居节点集合中具有的邻居节点数为Z，需要建立连接的邻居节点数为Z0(Z0>2)，当Z0≥Z时，新加入的传感器节点直接选择可建立连接的邻居节点集合中的所有邻居节点建立连接，当Z0<Z时，新加入的传感器节点计算与该可建立连接的邻居节点集合内每个邻居节点的连接概率，并基于连接概率从大到小的顺序在该可建立连接的邻居节点集合中选择前Z0个邻居节点相连；
(4)继续执行(2)、(3)，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为部署的传感器节点的总个数。
6.根据权利要求5所述的变压器直流偏磁监测数据采集系统，其特征是，采用的连接概率的计算公式为：
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式中，Aa为新加入的传感器节点a的可建立连接的可建立连接的邻居节点集合，b表示该可建立连接的邻居节点集合中的第b个邻居节点，c表示该可建立连接的邻居节点集合中的第c个邻居节点，Qab表示新加入的传感器节点a与邻居节点b的连接概率，表示新加入的传感器节点a与邻居节点b之间的链路强度，Mb为与邻居节点b相连的传感器节点个数，即邻居节点b的节点度，示新加入的传感器节点a与邻居节点c之间的链路强度，Mc为邻居节点c的节点度；
式中，Pb为邻居节点b的当前剩余能量，Pelec为数据融合能耗，εamp为放大器功放能耗，D(a,b)为新加入的传感器节点a与邻居节点b之间的距离，Pc为邻居节点c的当前剩余能量，D(a,c)为新加入的传感器节点a与邻居节点c之间的距离。
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