CN108924784B - 高压输电网智能实时监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了高压输电网智能实时监测系统，该系统包括无线传感器网络感知装置，所述无线传感器网络感知装置包括安装在高压输电网上、用于采集高压输电网监测数据的传感器节点、汇聚各传感器节点信息的汇聚节点；系统还包括通过光缆连通汇聚节点的数据处理器、以及分别与数据处理器接通的多个用户终端。

Description

高压输电网智能实时监测系统
技术领域
本发明涉及电网监测技术领域，具体涉及高压输电网智能实时监测系统。
背景技术
电力系统包括数量众多的各类设备，且大多工作在高电压环境下，对其进行测控、监视是极为复杂、代价高昂的。目前，仅有少数设备实现了在线监控，而数量众多的高压输变电设备处于人工目视定期巡检状态。对于输电线路监测，现有技术中主要是以设备生产企业的定期、自检为主，检测的方式以人工监测为主，然后将监测结果以有线通讯的方式传递到控制中心。这种传统的输变电监测方式存在静态、误差大、监测范围有限和高成本等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供高压输电网智能实时监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了高压输电网智能实时监测系统，该系统包括无线传感器网络感知装置，所述无线传感器网络感知装置包括安装在高压输电网上、用于采集高压输电网监测数据的传感器节点、汇聚各传感器节点信息的汇聚节点；系统还包括通过光缆连通汇聚节点的数据处理器、以及分别与数据处理器接通的多个用户终端。
优选地，所述的传感器节点包括多个分别监测导线状态、导线周边环境、杆塔状态以及绝缘子状态的无线传感器。
优选地，所述的数据处理器包括：
串口通讯单元，被配置为解读从无线传感器网络感知装置接收的高压输电网监测数据，若读取的高压输电网监测数据是错误的信息，则直接丢弃该高压输电网监测数据，并通知错误信息来源的汇聚节点重发信息；所述串口通讯单元还被配置为将解读的不包含所述错误信息的高压输电网监测数据发送至分析预警单元；
分析预警单元，被配置为对高压输电网监测数据进行分析，比较高压输电网监测数据与对应的警戒值，若高压输电网监测数据超过该警戒值，则输出报警信息；
数据存储单元，被配置为存储高压输电网监测数据以及所述警戒值信息。
进一步地，所述的数据处理器还包括：
网络通讯单元，被配置为将数据存储单元存储的数据通过组播技术发布到互联网上，供用户终端接收。
本发明的有益效果为：采用了无线传感器网络技术采集相关数据，能够对电网装备的状态与自然物理状态进行实时监控，具有监测点布置灵活、监测准确性好、安全性高、效率高等特点。
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是本发明一个示例性实施例的高压输电网智能实时监测系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的数据处理器的结构示意框图。
附图标记：
无线传感器网络感知装置1、数据处理器2、用户终端3、串口通讯单元10、分析预警单元20、数据存储单元30、网络通讯单元40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了本发明一个示例性实施例的高压输电网智能实时监测系统的结构示意框图。如图1所示，本发明实施例提供了高压输电网智能实时监测系统，该系统包括无线传感器网络感知装置1；所述无线传感器网络感知装置1包括安装在高压输电网上、用于采集高压输电网监测数据的传感器节点、汇聚各传感器节点信息的汇聚节点；系统还包括通过光缆连通汇聚节点的数据处理器2、以及分别与数据处理器2接通的多个用户终端3。
在一种实施方式中，所述的传感器节点包括多个分别监测导线状态、导线周边环境、杆塔状态以及绝缘子状态的无线传感器。
图2示出了本发明一个示例性实施例的数据处理器的结构示意框图。
在一种实施方式中，如图2所示，所述的数据处理器2包括：
串口通讯单元10，被配置为解读从无线传感器网络感知装置1接收的高压输电网监测数据，若读取的高压输电网监测数据是错误的信息，则直接丢弃该高压输电网监测数据，并通知错误信息来源的汇聚节点重发信息；所述串口通讯单元还被配置为将解读的不包含所述错误信息的高压输电网监测数据发送至分析预警单元20；
分析预警单元20，被配置为对高压输电网监测数据进行分析，比较高压输电网监测数据与对应的警戒值，若高压输电网监测数据超过该警戒值，则输出报警信息；
数据存储单元30，被配置为存储高压输电网监测数据以及所述警戒值信息。
进一步地，所述的数据处理器2还包括：
网络通讯单元40，被配置为将数据存储单元30存储的数据通过组播技术发布到互联网上，供用户终端3接收。
本发明上述实施例采用了无线传感器网络技术采集相关数据，能够对电网装备的状态与自然物理状态进行实时监控，具有监测点布置灵活、监测准确性好、安全性高、效率高等特点。
在一种能够实现的方式中，传感器节点在网络拓扑构建阶段通过竞选操作选出簇首节点，并根据簇首节点进行分簇；在数据传输阶段，每个簇首节点收集所在簇内传感器节点采集高压输电网监测数据后，将收集的高压输电网监测数据发送至汇聚节点；簇首节点选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，簇内的其余传感器节点根据距离将采集的高压输电网监测数据发送至该辅助节点或对应簇首节点；当辅助节点接收到的高压输电网监测数据量达到其最大缓存时，辅助节点将接收的高压输电网监测数据转发至簇首节点。
其中，其余传感器节点根据距离将采集的高压输电网监测数据发送至该辅助节点或对应簇首节点，即：当与辅助节点之间的距离更近时，传感器节点将采集的高压输电网监测数据发送至辅助节点，当与簇首节点的距离更近时，传感器节点将采集的高压输电网监测数据发送至该簇首节点。
在一种能够实现的方式中，簇首节点选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，包括：
(1)按照下列公式计算簇内各传感器节点的选择概率，并确定其中的最大选择概率Gmax和最小选择概率Gmin：
Figure BDA0001748378770000031
式中，Gab表示簇首节点a对应簇内传感器节点b的选择概率，Xab为簇首节点a与所述传感器节点b的距离，Za为所述簇首节点a的簇半径，db为所述传感器节点b的通信距离，Yb为所述传感器节点b的邻居节点数目，Qa为簇首节点a对应簇的传感器节点数目，h1、h2为设定的权重系数；
(2)将簇内各传感器节点按照选择概率由大到小的顺序进行排序，从中将选择概率大于
Figure BDA0001748378770000032
的传感器节点作为备选辅助节点，并归入备选辅助节点集合；
(3)簇首节点在备选辅助节点集合中选择一个当前剩余能量最大的备选辅助节点作为辅助节点。
如果没有辅助节点，簇内的传感器节点将不得不直接将高压输电网监测数据发送至簇首节点，这将因此较大的通信开销和拥塞。本实施例设定了辅助节点的选择机制，通过辅助节点的设置，一方面能够降低通信开销和拥塞，另一方面能够有效提高簇首节点汇总高压输电网监测数据的效率，并且能够分担簇首节点的负载，从而降低簇首节点的能耗；本实施例根据选择概率进行备选辅助节点的确定，能够有效保障选择的辅助节点能够较大范围地覆盖簇内的传感器节点，从而保障一定的数据收集效率。
在一种能够实现的方式中，所述传感器节点通过节点竞选选出簇首节点，包括：
(1)汇聚节点收集网络中各传感器节点的节点度和能量信息，根据收集的信息确定用于节点竞选的相关信息并广播至各传感器节点，所述相关信息包括网络中传感器节点的最大节点度Qmax、最小节点度Qmin、节点度总和ΔQ、网络中传感器节点的初始能量之和PΔ(0)；
(2)汇聚节点广播选簇首节点消息，任意传感器节点i以概率Gi随机地成为候选簇首节点，其中，按照下列公式计算Gi：
Figure BDA0001748378770000041
式中，#i0为传感器节点i的初始能量，#i为传感器节点i的当前剩余能量，Qi为传感器节点i的节点度，Q为网络中的传感器节点个数；e1、e2为设定的权重系数；
(3)传感器节点i成为候选簇首节点时，向自己的一跳邻居节点发送入簇消息，该入簇消息包括传感器节点i的节点度；收到入簇消息的一跳邻居节点的节点度若不大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复确认加入消息，若大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复转让簇首节点消息；
(4)传感器节点i若收到所有一跳邻居节点的确认加入消息，则正式成为簇首节点；传感器节点i若在设定时间内收到转让簇首节点消息，则在发送了转让簇首节点消息的所有一跳邻居节点中选择节点度最大的作为正式簇首节点，并向自己的邻居节点广播簇首节点已转让消息，传感器节点i以及收到该簇首节点已转让消息的各邻居节点皆加入到该正式簇首节点。
传感器节点通过节点竞选选出簇首节点，本实施例给出了相应的簇首节点选择机制，该簇首节点选择机制首先通过概率选择的形式选出候选簇首节点，然后将候选簇首节点与其一跳邻居节点的节点度进行比较，始终选择节点度最大的传感器节点作为正式簇首节点。
本实施例设定了候选簇首节点的概率公式，在该概率公式中同时考虑了传感器节点的初始能量、剩余能量和节点度情况，有利于均衡传感器节点能耗，并使得本实施例的簇首节点选择机制具有更强的场景适应能力。
本实施例在建簇时尽可能选择节点度大的传感器节点充当簇首节点，有利于减少簇首节点数目，从而在整体上能够减少高压输电网监测数据收集的时间，降低高压输电网监测数据收集时延。
在一种能够实现的方式中，当辅助节点的运行时间达到设定的时间阈值T时，簇首节点判断辅助节点是否满足下列更新条件，如果是，簇首节点在备选辅助节点集合中重新选择一个当前剩余能量最大的备选辅助节点作为辅助节点，以代替之前的辅助节点：
Figure BDA0001748378770000051
式中，#j为辅助节点j的当前剩余能量，#c为备选辅助节点中第c个辅助节点的当前剩余能量，n为备选辅助节点中辅助节点的数目。
本实施例设定了辅助节点的更新策略，其中具体提出了基于能量的更新条件。通过对辅助节点进行定时监测，并在监测时判断辅助节点是否满足该更新条件，当是时进行辅助节点的更新，有助于使簇内传感器节点的能量消耗保持均衡。
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.高压输电网智能实时监测系统，其特征是，包括无线传感器网络感知装置，所述无线传感器网络感知装置包括安装在高压输电网上、用于采集高压输电网监测数据的传感器节点、汇聚各传感器节点信息的汇聚节点；系统还包括通过光缆连通汇聚节点的数据处理器、以及分别与数据处理器接通的多个用户终端；传感器节点在网络拓扑构建阶段通过竞选操作选出簇首节点，并根据簇首节点进行分簇；在数据传输阶段，每个簇首节点收集所在簇内传感器节点采集高压输电网监测数据后，将收集的高压输电网监测数据发送至汇聚节点；簇首节点选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，簇内的其余传感器节点根据距离将采集的高压输电网监测数据发送至该辅助节点或对应簇首节点；当辅助节点接收到的高压输电网监测数据量达到其最大缓存时，辅助节点将接收的高压输电网监测数据转发至簇首节点；所述传感器节点通过节点竞选选出簇首节点，包括：
(1)汇聚节点收集网络中各传感器节点的节点度和能量信息，根据收集的信息确定用于节点竞选的相关信息并广播至各传感器节点，所述相关信息包括网络中传感器节点的最大节点度Qmax、最小节点度Qmin、节点度总和ΔQ、网络中传感器节点的初始能量之和PΔ(0)；
(2)汇聚节点广播选簇首节点消息，任意传感器节点i以概率Gi随机地成为候选簇首节点，其中，按照下列公式计算Gi：
Figure FDA0002743251790000011
式中，Pi0为传感器节点i的初始能量，Pi为传感器节点i的当前剩余能量，Qi为传感器节点i的节点度，Q为网络中的传感器节点个数；e1、e2为设定的权重系数；
(3)传感器节点i成为候选簇首节点时，向自己的一跳邻居节点发送入簇消息，该入簇消息包括传感器节点i的节点度；收到入簇消息的一跳邻居节点的节点度若不大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复确认加入消息，若大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复转让簇首节点消息；
(4)传感器节点i若收到所有一跳邻居节点的确认加入消息，则正式成为簇首节点；传感器节点i若在设定时间内收到转让簇首节点消息，则在发送了转让簇首节点消息的所有一跳邻居节点中选择节点度最大的作为正式簇首节点，并向自己的邻居节点广播簇首节点已转让消息，传感器节点i以及收到该簇首节点已转让消息的各邻居节点皆加入到该正式簇首节点。
2.根据权利要求1所述的高压输电网智能实时监测系统，其特征是，所述的传感器节点包括多个分别监测导线状态、导线周边环境、杆塔状态以及绝缘子状态的无线传感器。
3.根据权利要求1所述的高压输电网智能实时监测系统，其特征是，所述的数据处理器包括：
串口通讯单元，被配置为解读从无线传感器网络感知装置接收的高压输电网监测数据，若读取的高压输电网监测数据是错误的信息，则直接丢弃该高压输电网监测数据，并通知错误信息来源的汇聚节点重发信息；所述串口通讯单元还被配置为将解读的不包含所述错误信息的高压输电网监测数据发送至分析预警单元；
分析预警单元，被配置为对高压输电网监测数据进行分析，比较高压输电网监测数据与对应的警戒值，若高压输电网监测数据超过该警戒值，则输出报警信息；
数据存储单元，被配置为存储高压输电网监测数据以及所述警戒值信息。
4.根据权利要求3所述的高压输电网智能实时监测系统，其特征是，所述的数据处理器还包括：
网络通讯单元，被配置为将数据存储单元存储的数据通过组播技术发布到互联网上，供用户终端接收。
5.根据权利要求1所述的高压输电网智能实时监测系统，其特征是，簇首节点选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，包括：
(1)按照下列公式计算簇内各传感器节点的选择概率，并确定其中的最大选择概率Gmax和最小选择概率Gmin：
Figure FDA0002743251790000021
式中，Gab表示簇首节点a对应簇内传感器节点b的选择概率，Xab为簇首节点a与所述传感器节点b的距离，Za为所述簇首节点a的簇半径，db为所述传感器节点b的通信距离，Yb为所述传感器节点b的邻居节点数目，Qa为簇首节点a对应簇的传感器节点数目，h1、h2为设定的权重系数；
(2)将簇内各传感器节点按照选择概率由大到小的顺序进行排序，从中将选择概率大于
Figure FDA0002743251790000022
的传感器节点作为备选辅助节点，并归入备选辅助节点集合；
(3)簇首节点在备选辅助节点集合中选择一个当前剩余能量最大的备选辅助节点作为辅助节点。
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