CN109120456A - 配电设备状态智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了配电设备状态智能监测系统，该系统包括数据采集装置、远程监测终端和预警装置，数据采集装置、预警装置皆与远程监测终端连接；所述数据采集装置包括汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点采集配电设备状态监测数据，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的配电设备状态监测数据并发送至所述远程监测终端；所述远程监测终端对接收的配电设备状态监测数据进行分析，在配电设备状态监测数据异常时输出报警信号至所述预警装置，以使所述预警装置执行报警。

Description

配电设备状态智能监测系统

技术领域

本发明涉及配电设备监测技术领域，具体涉及配电设备状态智能监测系统。

背景技术

随着电力事业的迅速发展和人民生活水平日益提高，城市配电网也实现了飞速发展，大量的环网柜、箱式变、配单台区等设备得到了普遍应用，由于这类设备分布范围广，数量庞大，给运行管理带来了相当大的难度。

现有技术中配电设备的电缆温度、环境温湿度、烟雾等状态量的监测均是通过人工巡查的方式进行监测，这种监测方式精度低、效率低并且增大了技术人员的劳动强度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供配电设备状态智能监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了配电设备状态智能监测系统，该系统包括数据采集装置、远程监测终端和预警装置，数据采集装置、预警装置皆与远程监测终端连接；所述数据采集装置包括汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点采集配电设备状态监测数据，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的配电设备状态监测数据并发送至所述远程监测终端；所述远程监测终端对接收的配电设备状态监测数据进行分析，在配电设备状态监测数据异常时输出报警信号至所述预警装置，以使所述预警装置执行报警。

其中，所述传感器节点包括以下至少一种传感器：

用于检测环境温度的环境温度传感器；

用于检测环境湿度的环境湿度传感器；

用于检测烟雾浓度的烟雾浓度传感器；

用于检测开关柜内触点温度的触点温度传感器；

用于检测配电设备振动的振动传感器；

用于采集配电设备电流信号的电流传感器；

用于采集配电设备电压信号的电压传感器。

优选地，所述的远程监测终端包括接收模块、存储模块、分析模块、发送模块，接收模块接收所述配电设备状态监测数据并发送至存储模块进行存储；所述存储模块还存储有阈值数据；所述分析模块从存储模块中读取所述配电设备状态监测数据和对应的阈值数据，将配电设备状态监测数据和对应的阈值数据进行比较，在配电设备状态监测数据超过对应的阈值数据时输出报警信号；所述发送模块与所述预警装置连接，以将所述报警信号发送至所述预警装置。

本发明的有益效果为：配电设备监测方便，技术人员在监测配电设备时不需要亲至现场，降低了技术人员的劳动强度；配电设备监测便捷，并具有预警功能，利用无线传感器网络采集相关数据，相对于技术人员观察或测量更加实时，具有更高的精度；技术人员可以通过查看远程监测终端的数据及时了解配电设备的运行状态，有利于技术人员及时对配电设备进行维护。

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配电设备状态智能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远程监测终端的结构示意框图。

附图标记：

数据采集装置1、远程监测终端2、预警装置3、接收模块10、存储模块20、分析模块30、发送模块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配电设备状态智能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配电设备状态智能监测系统，该系统包括数据采集装置1、远程监测终端2和预警装置3，数据采集装置1、预警装置3皆与远程监测终端2连接。

其中，所述数据采集装置1包括汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点采集配电设备状态监测数据，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的配电设备状态监测数据并发送至所述远程监测终端2；所述远程监测终端2对接收的配电设备状态监测数据进行分析，在配电设备状态监测数据异常时输出报警信号至所述预警装置3，以使所述预警装置3执行报警。

在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括以下至少一种传感器：

用于检测环境温度的环境温度传感器；

用于检测环境湿度的环境湿度传感器；

用于检测烟雾浓度的烟雾浓度传感器；

用于检测开关柜内触点温度的触点温度传感器；

用于检测配电设备振动的振动传感器；

用于采集配电设备电流信号的电流传感器；

用于采集配电设备电压信号的电压传感器。

在一种实施方式中，所述触点温度传感器上固定有可产生弹性形变的卡接体，所述卡接体的形状为大于1/2圆的弧形，所述卡接体通过螺钉固定在所述触点温度传感器上。卡接体与触点温度传感器连接牢固，提高了触点温度传感器在工作过程中的稳定性能。卡接体的形状为大于1/2圆的弧形，卡接体与开关柜内的触点连接牢固。

图2示出了本发明一个示例性实施例的远程监测终端2的结构示意框图。如图2所示，所述的远程监测终端2包括接收模块10、存储模块20、分析模块30、发送模块40，接收模块10接收所述配电设备状态监测数据并发送至存储模块20进行存储；所述存储模块20还存储有阈值数据；所述分析模块30从存储模块20中读取所述配电设备状态监测数据和对应的阈值数据，将配电设备状态监测数据和对应的阈值数据进行比较，在配电设备状态监测数据超过对应的阈值数据时输出报警信号；所述发送模块40与所述预警装置3连接，以将所述报警信号发送至所述预警装置3。在一种实施方式中，所述存储模块20包括分布式数据库。所述阈值数据的类型包括环境温度阈值数据、环境湿度阈值数据、烟雾浓度阈值数据、触点温度阈值数据、电流阈值数据、电压阈值数据。在一种实施方式中，所述分析模块30可设置用于分析配电设备振动数据的分析模型，以通过分析配电设备振动来检测配电设备的健康状态在另一种实施方式中，所述分析模块30还可设置用于分析配电设备电流电压信号的故障检测模型，该故障检测模型可通过对配电设备电流电压信号的分析来判断配电设备是否故障。该分析模型、故障检测模型可基于现有的神经网络、回归分析等进行构建，本实施例对具体的分析模型、故障检测模型不作限制。

本发明上述实施例具有的有益效果为：配电设备监测方便，技术人员在监测配电设备时不需要亲至现场，降低了技术人员的劳动强度；配电设备监测便捷，并具有预警功能，利用无线传感器网络采集相关数据，相对于技术人员观察或测量更加实时，具有更高的精度；技术人员可以通过查看远程监测终端2的数据及时了解配电设备的运行状态，有利于技术人员及时对配电设备进行维护。

在一种能够实现的方式中，汇聚节点和多个传感器节点通过自组织形成无线传感器网络，无线传感器网络初始化后，汇聚节点获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；汇聚节点根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量并根据平均能量为各传感器节点分配初始的优先级，并将初始的优先级信息广播至各传感器节点；网络运行期间，汇聚节点周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先级，并将更新的优先级信息广播至各传感器节点；

在配电设备状态监测数据传输阶段，处于最低优先级的传感器节点只负责采集配电设备状态监测数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发配电设备状态监测数据；其中按照下列公式确定传感器节点的优先级：

式中，Y_i为传感器节点i的优先级，k为设定优先级数，int为取整函数，表示对进行取整运算。

本实施例根据当前剩余能量对各传感器节点进行优先级分配，相应地提出了优先级分配机制；本实施例规定处于最低优先级的传感器节点只负责采集配电设备状态监测数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发配电设备状态监测数据，有利于降低低能量传感器节点的能耗，使得网络的负载能够被分担到高能量的传感器节点上，均衡了网络中的能量消耗，有助于延长无线传感器网络的生命周期；由于汇聚节点定期更新传感器节点的优先级信息，使得原高优先级的传感器节点将通过降优先级来缓解能量消耗的速度，实现了高优先级传感器节点的保护。

在一个实施例中，传感器节点与汇聚节点的距离不超过设定的距离下限时，直接将采集的配电设备状态监测数据发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点的距离超过设定的距离下限时，需要通过多跳转发的形式将采集的配电设备状态监测数据发送至汇聚节点，此时较低优先级的传感器节点仅在优先级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点，包括：

(1)在接收到汇聚节点广播的优先级信息后，较低优先级的传感器节点将优先级比它高一级的所有传感器节点作为下一跳备选节点；

(2)较低优先级的传感器节点按照下列公式计算其下一跳备选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳备选节点列表：

式中，P_ab为较低优先级的传感器节点a的第b个下一跳备选节点的选择概率值；Q_ab为链路ab的评价值，当该传感器节点a与其第b个下一跳备选节点互为邻居节点时，Q_ab＝1，否则Q_ab＝0.8；d_ab为传感器节点a与其第b个下一跳备选节点的距离，R_a为较低优先级的传感器节点a的有效通信半径，β为预设的路径衰减因子；f(d_ab-R_a)为判定取值函数，当d_ab-R_a>0时，f(d_ab-R_a)＝1，当d_ab-R_a≤0时，f(d_ab-R_a)＝0；

(3)在需要选择下一跳节点转发配电设备状态监测数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳备选节点列表中，选择排序最前的下一跳备选节点作为下一跳节点。

本实施例提供了下一跳节点的选择机制，其中设定了选择概率值的计算公式，通过该计算公式确定下一跳备选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳备选节点列表。由该选择概率值的计算公式可知，传感器节点与其下一跳备选节点距离越近且互为邻居节点，则选择概率值越大。一个传感器节点在另一个传感器节点的通信范围内，而另一个传感器节点不在该传感器节点的传输范围内时，这两个传感器节点之间的链路将不对称，而不对称链路将会降低路径的可靠性。而传感器节点间相距越远，配电设备状态监测数据传输的可靠性也将会降低。基于此，本实施例在需要选择下一跳节点转发配电设备状态监测数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳备选节点列表中，选择排序最前的下一跳备选节点作为下一跳节点，实现了下一跳节点的最优化选择，有利于提高配电设备状态监测数据转发的可靠性，为后续技术人员了解配电设备的运行状态提供可靠的配电设备状态监测数据。

在一个实施例中，传感器节点接收到更新的优先级信息后，对其下一跳备选节点列表进行更新，包括：

(1)将优先级降低的下一跳备选节点从下一跳备选节点列表中删除；

(2)确定新生成的优先级比它高一级的传感器节点，并计算相应的选择概率值，按照选择概率值由大到小的顺序将确定的传感器节点增加到下一跳备选节点列表中相应的位置；

(3)计算当前下一跳备选节点列表中下一跳备选节点的当前剩余能量平均值E_avg，检测排序最前的下一跳备选节点是否符合下列能量条件，若不符合，则将该排序最前的下一跳备选节点与其相邻的下一跳备选节点互换位置，完成下一跳备选节点列表的更新：

式中，E₁为传感器节点用于通信的每单位时间内的能量消耗，E₂为传感器节点用于感知和计算的每单位时间内的能耗，E₁、E₂的值为固定设定值，h₁、h₂为预设的权重系数；E_avg为当前下一跳备选节点列表中传感器节点的平均能量；γ为预设的比值阈值。

本实施例提出了对下一跳备选节点列表进行更新的具体方式，其中将优先级降低的下一跳备选节点从下一跳备选节点列表中删除，避免了优先级降低的传感器节点对后续下一跳节点的选择带来干扰；对排序最前的下一跳备选节点进行能量检测，使得传感器节点在选择下一跳节点时始终能够选择较为可靠且能量较高的邻居节点，有益于平衡下一跳备选节点之间的能耗，进而有助于延长无线传感器网络的寿命，提高配电设备状态智能监测系统的运行稳定性。

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 (8)

1.配电设备状态智能监测系统，其特征是，包括数据采集装置、远程监测终端和预警装置，数据采集装置、预警装置皆与远程监测终端连接；所述数据采集装置包括汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点采集配电设备状态监测数据，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的配电设备状态监测数据并发送至所述远程监测终端；所述远程监测终端对接收的配电设备状态监测数据进行分析，在配电设备状态监测数据异常时输出报警信号至所述预警装置，以使所述预警装置执行报警。

2.根据权利要求1所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，所述传感器节点包括以下至少一种传感器：

用于检测环境温度的环境温度传感器；

用于检测环境湿度的环境湿度传感器；

用于检测烟雾浓度的烟雾浓度传感器；

用于检测开关柜内触点温度的触点温度传感器；

用于检测配电设备振动的振动传感器；

用于采集配电设备电流信号的电流传感器；

用于采集配电设备电压信号的电压传感器。

3.根据权利要求1所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，所述的远程监测终端包括接收模块、存储模块、分析模块、发送模块，接收模块接收所述配电设备状态监测数据并发送至存储模块进行存储；所述存储模块还存储有阈值数据；所述分析模块从存储模块中读取所述配电设备状态监测数据和对应的阈值数据，将配电设备状态监测数据和对应的阈值数据进行比较，在配电设备状态监测数据超过对应的阈值数据时输出报警信号；所述发送模块与所述预警装置连接，以将所述报警信号发送至所述预警装置。

4.根据权利要求1所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，汇聚节点和多个传感器节点通过自组织形成无线传感器网络，无线传感器网络初始化后，汇聚节点获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；汇聚节点根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量并根据平均能量为各传感器节点分配初始的优先级，并将初始的优先级信息广播至各传感器节点；网络运行期间，汇聚节点周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先级，并将更新的优先级信息广播至各传感器节点；在配电设备状态监测数据传输阶段，处于最低优先级的传感器节点只负责采集配电设备状态监测数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发配电设备状态监测数据。

5.根据权利要求4所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，按照下列公式确定传感器节点的优先级：

式中，Y_i为传感器节点i的优先级，k为设定优先级数，int为取整函数，表示对进行取整运算。

6.根据权利要求4所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，传感器节点与汇聚节点的距离不超过设定的距离下限时，直接将采集的配电设备状态监测数据发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点的距离超过设定的距离下限时，需要通过多跳转发的形式将采集的配电设备状态监测数据发送至汇聚节点，此时较低优先级的传感器节点仅在优先级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点。

7.根据权利要求6所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，较低优先级的传感器节点仅在优先级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点，包括：

(1)在接收到汇聚节点广播的优先级信息后，较低优先级的传感器节点将优先级比它高一级的所有传感器节点作为下一跳备选节点；

(2)较低优先级的传感器节点按照下列公式计算其下一跳备选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳备选节点列表：

式中，P_ab为较低优先级的传感器节点a的第b个下一跳备选节点的选择概率值；Q_ab为链路ab的评价值，当该传感器节点a与其第b个下一跳备选节点互为邻居节点时，Q_ab＝1，否则Q_ab＝0.8；d_ab为传感器节点a与其第b个下一跳备选节点的距离，R_a为较低优先级的传感器节点a的有效通信半径，β为预设的路径衰减因子；f(d_ab-R_a)为判定取值函数，当d_ab-R_a>0时，f(d_ab-R_a)＝1，当d_ab-R_a≤0时，f(d_ab-R_a)＝0；

(3)在需要选择下一跳节点转发配电设备状态监测数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳备选节点列表中，选择排序最前的下一跳备选节点作为下一跳节点。

8.根据权利要求7所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，传感器节点接收到更新的优先级信息后，对其下一跳备选节点列表进行更新，包括：

(1)将优先级降低的下一跳备选节点从下一跳备选节点列表中删除；

(2)确定新生成的优先级比它高一级的传感器节点，并计算相应的选择概率值，按照选择概率值由大到小的顺序将确定的传感器节点增加到下一跳备选节点列表中相应的位置；

(3)计算当前下一跳备选节点列表中下一跳备选节点的当前剩余能量平均值E_avg，检测排序最前的下一跳备选节点是否符合下列能量条件，若不符合，则将该排序最前的下一跳备选节点与其相邻的下一跳备选节点互换位置，完成下一跳备选节点列表的更新：

式中，E₁为传感器节点用于通信的每单位时间内的能量消耗，E₂为传感器节点用于感知和计算的每单位时间内的能耗，E₁、E₂的值为固定设定值，h₁、h₂为预设的权重系数；E_avg为当前下一跳备选节点列表中传感器节点的平均能量；γ为预设的比值阈值。