CN109100585A - 一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线传感网络通信和变电所综合自动化控制领域，具体涉及一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统；包括：将终端变电所各线路和各节点的电参量检测和处理，通过LoRa通信技术上传到监控工控机，在监控工控机中对上传数据加工挖掘、计算分析，生成控制命令并下传，控制终端变电所内的电气设备运行状态，监控系统能够与上一级配网调度中心进行通信；其有益效果在于：运行稳定可靠，实用效果明显，监控系统能够对终端变电所电气设备的运行数据实时监测，实现运行数据显示、越限报警、线路分合、无功补偿投切、运行方式控制等功能。

Description

一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统

技术领域

本发明涉及无线传感网络通信和变电所综合自动化控制领域，具体涉及一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统。

背景技术

变配电所的监控分就地监控和远方监控。远方监控在20世纪60年代初期就实现了，其采用设备是机电型继电保护装置和电子型远动装置，来实现远方对变配电所电气设备的监控，80年代初期才得到广泛的应用。常规变配电所的二次部分主要由继电保护、就地监控和远动装置组成。到了80年代，由于微处理器的普遍应用，这些装置都开始采用微机技术而成为微机继电保护装置、微机监控和微机远动装置。随着计算机技术的飞速发展，对变配电所的二次部分从技术和管理的综合化方面进行了全微机化的优化设计，形成了变配电所的综合自动化。

国内电力行业中，35kV及以上电压等级的变电站(所)绝大部分都已被光纤通信网络全覆盖，而处于电力网末端的终端变电所，因其数量多、供配电线路复杂、运行方式多变等特点，大部分未被联网，处于配网调度管理的盲区，难以实现配网自动化管理。

终端变电所的供电辖区一般不超过10km的半径范围，其中所要测量的各线路和各节点的电参量数量有限，运用LoRa通信技术非常适宜，易于构成系统结构简单、数据双向传输、控制性能优良的监控系统，为实现配网自动化管理打下基础。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统，将终端变电所各线路和各节点的电参量检测和处理，通过LoRa通信技术上传到监控工控机，在监控工控机中对上传数据加工挖掘、计算分析，生成控制命令并下传，控制终端变电所内的电气设备运行状态。

本发明具体采用如下技术方案：

本发明的目的是提供一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统，其特征在于：将终端变电所各线路和各节点的电参量检测和处理，通过LoRa通信技术上传到监控工控机2，在监控工控机2中对上传数据加工挖掘、计算分析，生成控制命令并下传，控制终端变电所内的电气设备运行状态，监控系统能够与上一级配网调度中心1进行通信。

所述终端变电所中各线路和各节点的电参量由电气检测元件测量，电气检测元件为电压互感器和电流互感器，分别测量终端变电所中各线路和各节点的电压和电流，互感器的输出连接到LoRa节点(A、B、C)上，在LoRa(A、B、C)节点中对采集的电压和电流信号进行整形、滤波、规格化和模数转换等处理，处理后的数据以星状网并发通信方式上传到LoRa网关，LoRa网关再将数据传输到监控工控机2的数据库中保存，变电所内布置的多个LoRa节点(A、B、C)构成监控系统的感知层。

所述监控系统附带有网络层，网络层由多个LoRa节点(A、B、C)和一个LoRa网关(D)组成，LoRa节点(A、B、C)与LoRa网关(D)采用星状网并发通信方式进行数据双向传输，能够有效避免数据同时传输发生数据冲突的概率。LoRa网关(D)与监控工控机2通过现场总线连接。

所述监控系统附带有应用层，应用层基于LabVIEW虚拟仪器和工控组态软件开发，对上传数据进行加工挖掘、计算分析和显示，应用层生成控制命令并下传，控制终端变电所内的电气设备运行状态，优化和重构终端变电所内的供电网络。实现越限报警、线路分合、无功补偿投切、运行方式控制等功能。

所述监控系统与上一级配网调度中心1通过电力专网相连，能够实现配网自动化管理。

本发明的有益效果为：本发明运用LoRa通信技术构成的终端变电所监控系统，能够有效的对量大、面广的终端变电所实施监控，为配电网实施配网自动化管理打下坚实的基础。本发明运行稳定可靠，实用效果明显，监控系统能够对终端变电所电气设备的运行数据实时监测，实现运行数据显示、越限报警、线路分合、无功补偿投切、运行方式控制等功能。

附图说明

图1是监控系统示意图。

图2是星状网并发通信方式示意图。

图中主要部件标号：1-配网调度中心，2-监控工控机，A、B、C-LoRa节点，D-LoRa网关。

具体实施方式

实施例1

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

图1所示的终端变电所中，双回路进线、8回路出线，电压等级为进线10kV/出线0.4kV，进线侧和出线侧均采用单母线分段的主接线方式，本变电所电气设备配备完善的微机型继电保护装置，也设计有接地、防雷等保护设施。

基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统由一台监控工控机2、一个LoRa网关(D)和多个LoRa节点(A、B、C)构成。LoRa节点(A、B、C)和LoRa网关(D)之间基于LoRa无线通信技术双向传输数据，LoRa网关(D)和监控工控机2之间采用串行通信方式传输数据。监控工控机2与上一级配网调度中心1之间通过电力专网相连，实现数据交换。

LoRa节点(A、B、C)由STM8系列单片机、LoRa无线通信模块、电量调理电路及外围电路组成，由干电池供电。电参量采集的互感器与LoRa节点(A、B、C)相连，在LoRa节点(A、B、C)中对采集的电压和电流信号进行整形、滤波、规格化和模数转换等处理，处理后的数据以LoRa通信方式上传到LoRa网关(D)。LoRa节点(A、B、C)也接受LoRa网关(D)下传的控制命令，通过开关量输出接口控制终端变电所内电气设备运行状态，如线路分合、无功补偿投切等操作，实现终端变电所内供电网络的优化和重构。

LoRa网关(D)由STM32系列单片机、LoRa无线网关模块、以及外围电路组成。LoRa网关(D)是连接LoRa节点(A、B、C)和监控工控机2的桥梁，负责数据的上传和控制命令的下传。

图2所示的是LoRa通信的星状网并发通信方式。LoRa通信技术的网络层协议是LoRaWAN，其通信系统网络有点到点、星状网轮询和星状网并发三种架构。星状网并发通信方式可以根据外界环境和信道阻塞自动采取跳频和速率自适应技术，逻辑上LoRa网关(D)可以同时接收不同速率和不同频点的信号组合，即保证了上传数据的实时性，又避免了上传数据冲突的概率。

监控工控机2中内装LabVIEW虚拟仪器和工控组态软件，开发了上位监控画面，实时显示终端变电所各线路和各节点的运行数据和运行状态。同时，通过数据挖掘算法、智能控制算法对采集的数据进行加工挖掘、计算分析、逻辑判断，生成控制命令并下传，控制终端变电所内的电气设备运行状态，实现越限报警、线路分合、无功补偿投切、运行方式控制等功能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统，其特征在于：将终端变电所各线路和各节点的电参量检测和处理，通过LoRa通信技术上传到监控工控机(2)，在监控工控机(2)中对上传数据加工挖掘、计算分析，生成控制命令并下传，控制终端变电所内的电气设备运行状态，监控系统能够与上一级配网调度中心(1)进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统，其特征在于：所述终端变电所中各线路和各节点的电参量由电气检测元件测量，并连接到LoRa节点(A、B、C)上，在LoRa节点(A、B、C)中对采集的电参量进行整形、滤波、规格化和模数转换等处理，变电所内布置的多个LoRa节点(A、B、C)构成监控系统的感知层。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统，其特征在于：所述监控系统附带有网络层，网络层由多个LoRa节点(A、B、C)和一个LoRa网关(D)组成，LoRa节点(A、B、C)与LoRa网关(D)采用星状网并发通信方式进行数据双向传输，LoRa网关(D)与监控工控机(2)通过现场总线连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统，其特征在于：所述监控系统附带有应用层，应用层基于LabVIEW虚拟仪器和工控组态软件开发，对上传数据进行加工挖掘、计算分析和显示，应用层生成控制命令并下传，控制终端变电所内的电气设备运行状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信技术的终端变电所监控系统，其特征在于：所述监控系统与上一级配网调度中心(1)通过电力专网相连。