CN108156592B - 变压器直流偏磁监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了变压器直流偏磁监测装置，包括传感监测装置和数据处理中心，传感监测装置用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至数据处理中心，数据处理中心用于接收并处理传感监测装置发送的直流偏磁监测数据；所述的传感监测装置包括通过无线传感器网络多跳方式组网的节点，节点包括传感器节点和基站节点，其中，传感器节点用于采集变压器的直流偏磁监测数据；基站节点通过通信网络与数据处理中心通信，用于汇聚传感器节点采集的直流偏磁监测数据，并传送至数据处理中心。本发明实现了对变压器直流偏磁情况的实时监测。

Description

变压器直流偏磁监测装置

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装置。

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装置。

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装置，包括传感监测装置和数据处理中心，传感监测装置用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至数据处理中心，数据处理中心用于接收并处理传感监测装置发送的直流偏磁监测数据；所述的传感监测装置包括通过无线传感器网络多跳方式组网的节点，节点包括传感器节点和基站节点，其中，传感器节点用于采集变压器的直流偏磁监测数据；基站节点通过通信网络与数据处理中心通信，用于汇聚传感器节点采集的直流偏磁监测数据，并传送至数据处理中心。

其中，传感器节点内置有传感器，传感器包括下述传感器的一种或多种：

霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器和噪声传感器。

优选地，所述的数据处理中心包括依次通信连接的数据收发器、处理器和显示器，处理器用于对数据收发器接收的直流偏磁监测数据进行处理，并将处理结果发送至显示器。

其中，所述对数据收发器接收的直流偏磁监测数据进行处理，包括实时绘制直流偏磁监测数据曲线，并且将直流偏磁监测数据存入数据库。

本发明的有益效果为：实现了对变压器直流偏磁情况的实时监测；利用无线传感器网络进行监测，节省人力物力，结构简单。

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连接示意图；

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：

传感监测装置1、数据处理中心2、数据收发器10、处理器20、显示器30。

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装置，包括传感监测装置1和数据处理中心2，传感监测装置1用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至数据处理中心2，数据处理中心2用于接收并处理传感监测装置1发送的直流偏磁监测数据；所述的传感监测装置1包括通过无线传感器网络多跳方式组网的节点，节点包括传感器节点和基站节点，其中，传感器节点部署于被监测变压器上，用于采集变压器的直流偏磁监测数据；基站节点通过通信网络与数据处理中心2通信，用于汇聚传感器节点采集的直流偏磁监测数据，并传送至数据处理中心2。

其中，传感器节点内置有传感器，传感器包括下述传感器的一种或多种：

霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器和噪声传感器。

可选地，如图2所示，数据处理中心2包括依次通信连接的数据收发器10、处理器20、显示器30，处理器20用于对数据收发器10接收的直流偏磁监测数据进行处理，并将处理结果发送至显示器30。

其中，所述对数据收发器10接收的直流偏磁监测数据进行处理，包括实时绘制直流偏磁监测数据曲线，并且将直流偏磁监测数据存入数据库。

本发明上述实施例实现了对变压器直流偏磁情况的实时监测；利用无线传感器网络进行监测，节省人力物力，系统结构简单。

在一个实施例中，基站节点在网络初始化时对传感器节点进行分簇，确定作为簇头的传感器节点，而剩余的传感器节点作为成员节点；成员节点用于采集直流偏磁监测数据并将直流偏磁监测数据发送至所属簇的簇头；簇头用于收集成员节点发送的直流偏磁监测数据，还用于将收集的直流偏磁监测数据通过簇间多跳路由通信的方式转发至基站节点。

在一个实施例中，基站节点对传感器节点进行分簇时具体执行：

(1)基站节点基于改进的混合蛙跳算法进行预分簇；

(2)完成预分簇后，若存在两个簇头，它们之间的距离低于设定的距离阈值，将其中权值最小的簇头恢复为普通节点；

(3)基站节点根据现有的簇头完成最终簇的划分。

采用基于改进的混合蛙跳算法进行预分簇，可能会产生簇头密集的情况，本实施例通过引入距离阈值对簇头进行密集程度分析，将间距低于设定的距离阈值的两个簇头中权值较低者恢复为普通节点，使得簇头的分布更加均匀，优化无线传感器网络的性能。

其中，权值的计算公式为：

式中，E(G_I)表示簇头G_I的权值，为簇预划分后簇头G_I所在簇内与簇头G_I的距离小于的成员节点个数，为簇头G_I的通信距离，簇预划分后簇头G_I所在簇具有的成员节点个数，为簇头G_I的当前剩余能量，为簇头G_I的初始能量，η₁、η₂皆为权重系数。

本实施例基于分簇的紧凑性和能量两个因素设置权值的计算公式，更有利于均衡网络能量，节省簇内直流偏磁监测数据传输的能耗，从而在整体上延长直流偏磁监测数据采集和传输的周期。

在一个实施例中，基站节点基于改进的混合蛙跳算法进行预分簇，具体包括：

(1)初始化，基站节点随机生成n只青蛙粒子，每只青蛙粒子代表一个分簇方案，每只青蛙粒子编码为且若表示该位置对应的传感器节点s_l为簇头，其中M表示传感器节点个数，N为簇头个数；

(2)根据适应度函数计算各青蛙粒子的适应度，将计算出的青蛙粒子的适应度按降序排列，平均划分到Ω个族群中，在族群中按照模因内三角概率构造子族群，在各个子族群中，对适应度最差的青蛙粒子进行更新，完成局部搜索；

(3)当所有族群完成局部搜索后，将所有族群进行重新划分，再次进行新一轮局部搜索，直到完成设定的迭代次数，输出最优解；

其中，设定青蛙粒子的适应度函数为：

式中，Q(X_i)表示青蛙粒子X_i的适应度，表示青蛙粒子X_i中的第a个簇头，表示簇头所在簇内与簇头的距离小于的成员节点个数，为簇头的通信距离，表示簇头所在簇具有的成员节点个数，为青蛙粒子X_i中所有传感器节点的能量的平均值，为青蛙粒子X_i中所有簇头节点的能量的平均值，表示簇头到基站节点的距离，D(O，CN)表示基站节点到监测中心的距离，f₁、f₂皆为权重系数。

本实施例基于改进的混合蛙跳算法对传感器节点进行簇划分，能够使得无线传感器网络拓扑更加合理，提高网络的生存周期并且减短网络的收敛时间，可有效避免基于无线传感器网络的直流偏磁监测数据传输的“热点”的出现；其中，基于能量、簇内传感器节点聚密度和距离因素重新设定了适应度函数，根据重新设定的适应度函数进行寻优，有益于提高分簇的紧凑性，使距离基站节点越近的区域簇头数目较多，同时优化簇头的当前剩余能量，使变压器直流偏磁监测装置更加节能化。

在一个实施例中，对适应度最差的青蛙粒子进行更新，包括：选择全局最优解X_α对适应度最差的青蛙粒子进行更新，若全局最优解X_α优于原青蛙粒子的适应度，用全局最优解X_α对应的青蛙粒子替换原青蛙粒子，否则随机选择青蛙粒子进行局部更新。

现有技术中利用混合蛙跳算法进行局部搜索的实质为较差的个体向优秀个体学习的过程，如果子族群只通过全局最优解对适应度最差的青蛙粒子进行更新，会降低青蛙粒子的多样性，不利于个体向全局最优方向进化，容易陷入局部最优。

本实施例基于现有技术的问题，在随机选择青蛙粒子进行局部更新时，具体执行：

(1)随机选择青蛙粒子X_β，β≠α，计算针对X_β的替换步长Z_β，将青蛙粒子X_β编码中的前Z_β个位置的参数与原青蛙粒子编码中的前Z_β个位置的参数进行相应替换，其中，Z_β为当前替换步长，Z_β的计算公式为：

式中，Z_min为设定的最小替换步长，Z_max为设定的最大替换步长，W_β为到目前为止随机选择青蛙粒子的次数，W_T为随机选择青蛙粒子的次数阈值，表示对的计算结果进行取整；

(2)若替换后的青蛙粒子的适应度优于替换前的青蛙粒子的适应度，或者随机选择青蛙粒子的次数达到设定次数阈值W_T，则结束局部更新，否则返回(1)。

本实施例改进了对适应度最差的青蛙粒子进行更新的策略，通过随机选择青蛙粒子进行局部更新，避免搜索陷入局部最优。

其中根据随机选择青蛙粒子的次数动态地更改替换步长，增加了样本的多样性，使得局部更新趋于规律，相比现有的混合蛙跳算法较大地提高了工作效率，加快了传感器节点进行簇划分的速度，从而在整体上提高了直流偏磁监测数据采集和传输的效率，有利于减少传感监测装置1在直流偏磁监测数据采集和传输方面的能耗，使得传感监测装置1更加节能。

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 (5)

1.变压器直流偏磁监测装置，其特征是，包括传感监测装置和数据处理中心，传感监测装置用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至数据处理中心，数据处理中心用于接收并处理传感监测装置发送的直流偏磁监测数据；所述的传感监测装置包括通过无线传感器网络多跳方式组网的节点，节点包括传感器节点和基站节点，其中，传感器节点用于采集变压器的直流偏磁监测数据；基站节点通过通信网络与数据处理中心通信，用于汇聚传感器节点采集的直流偏磁监测数据，并传送至数据处理中心；基站节点在网络初始化时对传感器节点进行分簇，确定作为簇头的传感器节点，而剩余的传感器节点作为成员节点；成员节点用于采集直流偏磁监测数据并将直流偏磁监测数据发送至所属簇的簇头；簇头用于收集成员节点发送的直流偏磁监测数据，还用于将收集的直流偏磁监测数据通过簇间多跳路由通信的方式转发至基站节点；基站节点对传感器节点进行分簇时具体执行：

(1)基站节点基于改进的混合蛙跳算法进行预分簇；

(2)完成预分簇后，若存在两个簇头，它们之间的距离低于设定的距离阈值，将其中权值最小的簇头恢复为普通节点；

(3)基站节点根据现有的簇头完成最终簇的划分；

其中，基站节点基于改进的混合蛙跳算法进行预分簇，包括：

(1)初始化，基站节点随机生成n只青蛙粒子，每只青蛙粒子代表一个分簇方案，每只青蛙粒子编码为 且若表示与对应的传感器节点s_l为簇头，其中M表示传感器节点个数，N为簇头个数；

(2)根据适应度函数计算各青蛙粒子的适应度，将计算出的青蛙粒子的适应度按降序排列，平均划分到Ω个族群中，在族群中按照模因内三角概率构造子族群，在各个子族群中，对适应度最差的青蛙粒子进行更新，完成局部搜索；

(3)当所有族群完成局部搜索后，将所有族群进行重新划分，再次进行新一轮局部搜索，直到完成设定的迭代次数，输出最优解；

其中，设定青蛙粒子的适应度函数为：

式中，Q(X_i)表示青蛙粒子X_i的适应度，表示青蛙粒子X_i中的第a个簇头，表示簇头所在簇内与簇头的距离小于的成员节点个数，为簇头的通信距离，表示簇头所在簇具有的成员节点个数，为青蛙粒子X_i中所有传感器节点的能量的平均值，为青蛙粒子X_i中所有簇头节点的能量的平均值，表示簇头到基站节点的距离，D(O,CN)表示基站节点到监测中心的距离，f₁、f₂皆为权重系数。

2.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁监测装置，其特征是，传感器节点内置有传感器，传感器包括下述传感器的一种或多种：

霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器和噪声传感器。

3.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁监测装置，其特征是，所述的数据处理中心包括依次通信连接的数据收发器、处理器和显示器，处理器用于对数据收发器接收的直流偏磁监测数据进行处理，并将处理结果发送至显示器。

4.根据权利要求3所述的变压器直流偏磁监测装置，其特征是，所述对数据收发器接收的直流偏磁监测数据进行处理，包括实时绘制直流偏磁监测数据曲线，并且将直流偏磁监测数据存入数据库。

5.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁监测装置，其特征是，对适应度最差的青蛙粒子进行更新，包括：选择全局最优解X_α对适应度最差的青蛙粒子进行更新，若全局最优解X_α优于原青蛙粒子的适应度，用全局最优解X_α对应的青蛙粒子替换原青蛙粒子，否则随机选择青蛙粒子进行局部更新；所述在随机选择青蛙粒子进行局部更新时，具体执行：

(1)随机选择青蛙粒子X_β，β≠α，计算针对X_β的替换步长Z_β，将青蛙粒子X_β编码中的前Z_β个位置的参数与原青蛙粒子编码中的前Z_β个位置的参数进行相应替换，其中，Z_β为当前替换步长，Z_β的计算公式为：

式中，Z_min为设定的最小替换步长，Z_max为设定的最大替换步长，W_β为到目前为止随机选择青蛙粒子的次数，W_T为随机选择青蛙粒子的次数阈值，表示对的计算结果进行取整；

(2)若替换后的青蛙粒子的适应度优于替换前的青蛙粒子的适应度，或者随机选择青蛙粒子的次数达到设定次数阈值W_T，则结束局部更新，否则返回(1)。