CN109219010A - 配电设备状态智能监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了配电设备状态智能监测系统，该系统包括传感监测模块、数据分析模块和报警模块，传感监测模块、报警模块皆与数据分析模块连接；所述传感监测模块包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和多个传感器节点通过自组织构建无线传感器网络，网络初始化后，传感器节点根据汇聚节点广播的分簇消息先选举出簇头并分簇；簇头负责收集簇内传感器节点采集的配电设备状态传感数据，汇聚节点负责汇聚各簇头收集的配电设备状态传感数据，并将汇聚的配电设备状态传感数据传输至数据分析模块；所述数据分析模块对接收的配电设备状态传感数据进行分析，在配电设备状态传感数据异常时输出报警信号至所述报警模块，以使所述报警模块执行报警。

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，该系统包括传感监测模块、数据分析模块和报警模块，传感监测模块、报警模块皆与数据分析模块连接；所述传感监测模块包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和多个传感器节点通过自组织构建无线传感器网络，网络初始化后，传感器节点根据汇聚节点广播的分簇消息先选举出簇头并分簇；簇头负责收集簇内传感器节点采集的配电设备状态传感数据，汇聚节点负责汇聚各簇头收集的配电设备状态传感数据，并将汇聚的配电设备状态传感数据传输至数据分析模块；所述数据分析模块对接收的配电设备状态传感数据进行分析，在配电设备状态传感数据异常时输出报警信号至所述报警模块，以使所述报警模块执行报警。
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，所述的数据分析模块包括接收器、存储器、分析器、发送器，接收器接收所述配电设备状态传感数据并发送至存储器进行存储；所述存储器还存储有阈值数据；所述分析器从存储器中读取所述配电设备状态传感数据和对应的阈值数据，将配电设备状态传感数据和对应的阈值数据进行比较，在配电设备状态传感数据超过对应的阈值数据时输出报警信号；所述发送器与所述报警模块连接，以将所述报警信号发送至所述报警模块。
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数据分析模块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数据分析模块的结构示意框图。
附图标记：
传感监测模块1、数据分析模块2、报警模块3、接收器10、存储器20、分析器30、发送器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，该系统包括传感监测模块1、数据分析模块2和报警模块3，传感监测模块1、报警模块3皆与数据分析模块2连接。
其中，所述传感监测模块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传感数据，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的配电设备状态传感数据，汇聚节点与数据分析模块2通信，以将汇聚的配电设备状态传感数据发送至所述数据分析模块2。
所述数据分析模块2对接收的配电设备状态传感数据进行分析，在配电设备状态传感数据异常时输出报警信号至所述报警模块3，以使所述报警模块3执行报警。在一种实施方式中，所述报警模块3包括报警器。在另一种实施方式中，所述报警模块3包括与设定用户终端连接的报警信息发送装置，该报警信息发送装置在接收到所述报警信号后向设定用户终端发送对应的报警信息，从而便于监控人员及时获取到报警信息。
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。
图2示出了本发明一个示例性实施例的数据分析模块2的结构示意框图。如图2所示，所述的数据分析模块2包括接收器10、存储器20、分析器30、发送器40，接收器10接收所述配电设备状态传感数据并发送至存储器20进行存储；所述存储器20还存储有阈值数据；所述分析器30从存储器20中读取所述配电设备状态传感数据和对应的阈值数据，将配电设备状态传感数据和对应的阈值数据进行比较，在配电设备状态传感数据超过对应的阈值数据时输出报警信号；所述发送器40与所述报警模块3连接，以将所述报警信号发送至所述报警模块3。
在一种实施方式中，所述存储器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，所述分析器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，所述分析器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数据分析模块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，网络初始化后，传感器节点根据汇聚节点广播的分簇消息先选举出簇头并分簇；簇头负责收集簇内传感器节点采集的配电设备状态传感数据，汇聚节点负责汇聚各簇头收集的配电设备状态传感数据，并将汇聚的配电设备状态传感数据传输至数据分析模块2。
在一种能够实现的方式中，选举出簇头的方法为，为所有传感器节点选取一个0到1之间的随机数，如果这个随机数小于预先设定的一个门限值，则该传感器节点被选为簇头，如果选举出来的两个簇头距离较近，则其中剩余能量高的传感器节点会作为簇头。还可以通过其他选举簇头的方法进行簇头选举和分簇。本实施例对具体的分簇方法不作限定。
在一个实施例中，分簇完成后，簇头获取到簇内传感器节点的最大剩余能量Emax0、最小剩余能量Emin0，根据优先级划分公式为自己及簇内各传感器节点分配优先级，并按照设定的周期及时更新自己与簇内各传感器节点的优先级信息；若簇头的当前优先级低于簇内传感器节点的平均优先级，则在簇内最大优先级的传感器节点中选择距离自身最近的传感器节点作为新簇头，以实现簇头轮换：设定优先级划分公式为：
式中，Yi为传感器节点i的优先级，μ为设定优先级数；int为取整函数，表示对进行取整运算。
本实施例以能量为依据，设定了优先级划分公式，并根据优先级划分公式对各传感器节点进行优先级分配；本实施例规定簇头在当前优先级低于簇内传感器节点的平均优先级时进行簇头轮换，有利于均衡分簇内各传感器节点的能量，避免簇头因能量快速消耗而失效，为配电设备状态智能监测系统稳定运行奠定良好基础。
在一个实施例中，以簇头为根节点，簇内传感器节点根据优先级划分成多个子簇，并随着优先级信息的更新而重新划分子簇；其中每个子簇内的传感器节点的优先级相同；对于每个子簇，若子簇内的传感器节点满足下列公式，则作为子根节点，直接与簇头进行通信，而每个非子根节点在比它优先级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点：
或者
式中，dio为传感器节点i与簇头的距离，Ωi表示传感器节点i的邻居节点集，djo为传感器节点i的邻居节点集中的传感器节点j与簇头的距离；Ψi表示传感器节点i所在的子簇，dko为传感器节点i所在的子簇中的传感器节点k到簇头的距离。
本实施例设定了簇内传感器节点到对应簇头的通信机制，该通信机制中，根据优先级划分成多个子簇，并在每个子簇内确定与簇头直接通信的子根节点，而每个非子根节点在比它优先级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点。本实施例通过设置子根节点的当选条件并限制配电设备状态传感数据转发的跳数，有利于尽可能降低配电设备状态传感数据传输的能耗，通过限定下一跳节点始终是优先级高一级的传感器节点，能够降低簇内低能量传感器节点的能耗，使得网络的负载能够被分担到簇内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，提高配电设备状态智能监测系统的稳定性。
在一个实施例中，非子根节点将比它优先级高一级的子簇内的各子根节点作为备选节点，构建备选节点列表，非子根节点计算各备选节点的权值，将备选节点列表中的各备选节点按照权值由大到小的顺序进行排序；非子根节点在选择下一跳节点时，在备选节点列表中选择排序最前的备选节点作为下一跳节点。其中，设定权值的计算公式为：
式中，Qab为非子根节点a的备选节点b的权值，dab为非子根节点a与所述备选节点b的距离，dbo为所述备选节点b与对应簇头的距离，R为簇距离，σ1、σ2为设定的权重系数，且满足σ1+σ2＝1。
其中，非子根节点的备选节点列表随着优先级信息的更新而更新。
本实施例基于备选节点的相对位置设定了权值的计算公式，并根据备选节点的权值大小对备选节点列表中的各备选节点进行排序。非子根节点在选择下一跳节点时，在备选节点列表中选择排序最前的备选节点作为下一跳节点，有利于节省配电设备状态传感数据转发的能耗，提高配电设备状态传感数据转发的可靠性。本实施例只需要进行一次的权值计算，在后续备选节点列表的更新中只需要删除不符合优先级条件的备选节点或者增加新的备选节点，提高了下一跳节点的选择效率，优化了无线传感器网络的性能。
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 (8)

1.配电设备状态智能监测系统，其特征是，包括传感监测模块、数据分析模块和报警模块，传感监测模块、报警模块皆与数据分析模块连接；所述传感监测模块包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和多个传感器节点通过自组织构建无线传感器网络，网络初始化后，传感器节点根据汇聚节点广播的分簇消息先选举出簇头并分簇；簇头负责收集簇内传感器节点采集的配电设备状态传感数据，汇聚节点负责汇聚各簇头收集的配电设备状态传感数据，并将汇聚的配电设备状态传感数据传输至数据分析模块；所述数据分析模块对接收的配电设备状态传感数据进行分析，在配电设备状态传感数据异常时输出报警信号至所述报警模块，以使所述报警模块执行报警。
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，所述报警模块包括与设定用户终端连接的报警信息发送装置，该报警信息发送装置在接收到所述报警信号后向设定用户终端发送对应的报警信息。
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，所述的数据分析模块包括接收器、存储器、分析器、发送器，接收器接收所述配电设备状态传感数据并发送至存储器进行存储；所述存储器还存储有阈值数据；所述分析器从存储器中读取所述配电设备状态传感数据和对应的阈值数据，将配电设备状态传感数据和对应的阈值数据进行比较，在配电设备状态传感数据超过对应的阈值数据时输出报警信号；所述发送器与所述报警模块连接，以将所述报警信号发送至所述报警模块。
4.根据权利要求1-3任一项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。
5.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，分簇完成后，簇头获取到簇内传感器节点的最大剩余能量Emax0、最小剩余能量Emin0，根据优先级划分公式为自己及簇内各传感器节点分配优先级，并按照设定的周期及时更新自己与簇内各传感器节点的优先级信息；若簇头的当前优先级低于簇内传感器节点的平均优先级，则在簇内最大优先级的传感器节点中选择距离自身最近的传感器节点作为新簇头，以实现簇头轮换：设定优先级划分公式为：
式中，Yi为传感器节点i的优先级，μ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5所述的配电设备状态智能监测系统，其特征是，以簇头为根节点，簇内传感器节点根据优先级划分成多个子簇，并随着优先级信息的更新而重新划分子簇；其中每个子簇内的传感器节点的优先级相同；对于每个子簇，若子簇内的传感器节点满足下列公式，则作为子根节点，直接与簇头进行通信，而每个非子根节点在比它优先级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点：
或者
式中，dio为传感器节点i与簇头的距离，Ωi表示传感器节点i的邻居节点集，djo为传感器节点i的邻居节点集中的传感器节点j与簇头的距离；Ψi表示传感器节点i所在的子簇，dko为传感器节点i所在的子簇中的传感器节点k到簇头的距离。
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，非子根节点将比它优先级高一级的子簇内的各子根节点作为备选节点，构建备选节点列表，非子根节点计算各备选节点的权值，将备选节点列表中的各备选节点按照权值由大到小的顺序进行排序；非子根节点在选择下一跳节点时，在备选节点列表中选择排序最前的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，设定权值的计算公式为：
式中，Qab为非子根节点a的备选节点b的权值，dbo为非子根节点a与所述备选节点b的距离，dbo为所述备选节点b与对应簇头的距离，R为簇距离，σ1、σ2为设定的权重系数，且满足σ1+σ2＝1。
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