CN109255938A - 一种配网数据通信装置、方法及配电网络 - Google Patents

一种配网数据通信装置、方法及配电网络 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种配网数据通信装置、方法及配电网络，包括：协调器节点和终端节点，所述终端节点与所述协调器节点进行无线通信；所述协调器节点与配电管理系统进行有线通信；所述协调器节点用于：将终端节点数据进行汇聚后发送给所述配电管理系统；还用于将接收的配电管理系统数据进行分析，发送给相应的终端节点。本发明提供的一种配网数据通信装置与方法，以使孤立的分散的无线传感器网络有机的连接起来，分散的无线传感器网络内部使用无线传感器进行连接和由针对性的可靠通信，增强数据通信的灵活性。

Description

一种配网数据通信装置、方法及配电网络
技术领域
本发明属于电力信息通信技术领域创新，具体涉及一种配网数据通信装置、方法及配电网网络。
背景技术
智能配电网是在传统的电网系统中，允许电力双向流动的现代化电网平台和遍及整个系统的双向通信网络平台。
传统配电通信网用光纤、无线和载波等多种通信方式并存的模式。其中，光纤通信以其带宽大、干扰小、传输距离长等优点通常作为通信的主干线，支线通信通常对通信的带宽和速率要求不高，不适合大规模使用价格偏高的光纤作为通信手段。因此支线的通信可采用电力线载波、无线通信等方式。电力线载波通信的优点是成本小、维护简单、施工方便，适合对通信速率要求不高的电力通信网络，但是电力线载波容易被电磁波干扰，可靠性和停电后还能正常工作的能力不高。
随着物联网的发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)为实现智能配电网系统的双向数据传输提供了可行的数据通信手段，解决了传统通信手段存在的问题。其中WSN是由大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有者。
而现有的配电自动化系统结构作为智能配电网通信无线传感器网络系统结构的基础，采用与配电自动化系统相适应的主站、子站和终端的设备层及其之间的主站、终端通信层结构。无线传感器网络设备分别被配置在配电自动化系统的主站、子站和终端设备层之间，这使得智能电网通信无线传感器网络的分布式处理能力得以进一步增加。但是由于配电终端设备分布多区域、多形式、多间距和资源受限的特点，使得配网自动化通信系统末端一公里的数据通信无法克服终端设备资源受限、分布分散、地理分布运行环境多变等带来的系统末端通信可靠性低和灵活性差等问题。
发明内容
为解决上述地理分布运行环境多变等带来的系统末端通信可靠性低和灵活性差的问题，本发明提供一种配网数据通信装置，用于与配电管理系统有线通信连接，所述配网数据通信装置包括：协调器节点和终端节点；
所述配网数据通信装置通过所述协调器节点用于与配电管理系统有线通信连接；
所述终端节点与所述协调器节点无线通信连接；
所述终端节点根据所述协调器节点与所述终端节点之间的信号强度确定所述协调器节点与所述终端节点之间的数据传输路径。
优选的，还包括簇头节点；
所述簇头节点用于：通过无线接口装置将终端节点汇集的数据传输至协调器节点或将接收的所述协调器节点的数据发送到终端节点。
优选的所述协调器节点和所述簇头节点上分别安装有无线数据汇聚网关。
优选的所述终端节点包括：无线数据传输模块和无线数据路由模块；
所述无线数据路由模块用于：所述终端节点之间或所述终端节点与所述协调器节点之间进行无线通信，将所述终端数据和设备信息数据传输到无线数据汇聚网关；
所述无线数据传输模块用于：将终端采集的数据传输到无线数据路由模块，还用于接收所述无线数据路由模块的数据信息。
优选的所述簇头节点包括：无线接口，所述无线接口支持与终端节点和协调器节点的无线通信。
优选的所述协调器节点包括：光纤接口和无线接口；
所述光纤接口用于支持与配电管理系统的有线通信；
所述无线接口支持与簇头节点或终端节点的无线通信。
一种配网数据通信方法，所述方法包括：
根据测量的协调器节点与终端节点之间的信号强度与设定阈值的大小确定配网终端数据传输至协调器节点的路径；
根据确定的数据传输路径将所述配网终端数据传输至协调器节点；
所述协调器节点接收并将所述配网终端数据汇聚，通过有线通信的路径将所述数据上传至配电管理系统。
优选的所述根据测量的协调器节点与终端节点之间的信号强度与预设阈值的大小确定配网终端数据传输至协调器节点的路径包括：
终端节点寻找与所述终端节点相连的路由节点，并将信号强度与预设阈值进行比较；
当所述信号强度大于预设阈值时，终端节点通过所述相连路由节点将数据传输通过无线通讯至协调器节点；
当所述信号强度小于预设阈值时，终端节点寻找备份路径中的上级无线数据路由节点，通过所述上级无线数据路由节点将数据通过无线通讯传输协调器节点。
优选的当所述信号强度小于预设阈值时，终端节点寻找备份路径中的上级无线数据路由节点，通过所述上级无线数据路由节点数据通过无线通讯传输至协调器节点包括：
当所述信号强度小于预设阈值时，路由节点接收终端节点通过其他路由节点传输的数据后，也会将数据进行中继传输至配电管理系统。
一种配电网络，包括配电管理系统和配网数据通信装置，
所述配网数据通信装置包括：协调器节点和终端节点；
所述配网数据通信装置通过所述协调器节点与配电管理系统有线通信连接；
所述终端节点与所述协调器节点无线通信连接；
所述终端节点根据所述协调器节点与所述终端节点之间的信号强度确定所述协调器节点与所述终端节点之间的数据传输路径。
与最接近的现有技术相比，本申请还具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种配网数据通信装置与方法，包括：协调器节点和终端节点；所述终端节点与所述协调器节点进行无线通信；所述协调器节点与配电管理系统进行有线通信；所述协调器节点用于：将终端节点数据进行汇聚后发送给所述配电管理系统；还用于将接收的配电管理系统数据进行分析，发送给相应的终端节点，这样可以使孤立的分散的无线传感器网络有机的连接起来，分散的无线传感器网络内部使用无线传感器进行连接和由针对性的可靠通信，增强数据通信的灵活性；
2、本发明提供的一种基于无线传感器网路的配网数据通信装置与方法，根据接收强度信号指示值、备份传输路径的数据通信方法，解决了配网自动化通信系统末端一公里的数据通信无法克服终端设备资源受限、分布分散的问题。
3、本发明提供的配电网络包括配电管理系统和配网数据通信装置，配网数据通信装置与具有上述特征和优点，因此本发明的配电网络亦具有上述有益效果。
附图说明
附图1为本发明的面向配网的无线传感器网络数据通信架构；
附图2为本发明的面向配网的无线传感器网络数据通信流程图；
附图3为本发明的面向配网的无线传感器网络数据通信备份路径图；
附图4为本发明的面向配网的无线传感器网络各点信号值。
具体实施例
为了能够更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释说明；
实施例1
本发明涉及一种配网数据通信装置，包括：协调器节点和终端节点；所述终端节点与所述协调器节点进行无线通信；
所述协调器节点与配电管理系统进行有线通信；
所述协调器节点用于：将终端节点数据进行汇聚后发送给所述配电管理系统；还用于将接收的配电管理系统数据进行分析，发送给相应的终端节点。
下面对本申请进行详细的解释与说明：
如图1所示，其中WSN的拓扑结构是由终端节点、协调器节点、簇头节点以及路由节点组成的复杂网络结构。在每个无线传感器网络的子网络中协调器节点收集所有终端节点与路由节点或者附近簇头节点的信息，然后再将信息汇总通过光纤通信传递到无线传感器网络网关，而配电管理系统管理每个子网可以通过协调器节点来实现。另外为了使智能配电网无线传感器网络信息传输在电力终端设备分布比较密集的区域内保证较高的实时性和可靠性，可将无线传感器网络节点之间的距离控制在有效范围之内，采用环状分布的方式。而且在一些终端设备分布较为分散智能配电区域内，为了使此区域内配电网数据传输具有连通性且满足配电网数据传输的覆盖范围，可以增减网络中继路由节点的数量。
具体的WSN按照功能可划分为无线数据汇聚网关、无线数据路由单元和无线数据传输单元。无线数据汇聚网关和无线数据路由单元是整个网络的关键路径，无线数据汇聚网关负责WSN组网及数据汇聚；无线数据路由单元除负责数采集和动作执行外，还负责信号路由及路径备份；无线数据传输单元负责数据采集和动作执行，不具备组网和信号路由功能。
无线数据汇聚网关是WSN网络的核心设备，安装在协调器节点或者簇头节点中。网络采用具有自动组网能力的WSN无线通信协议，具有前端数据预处理与现场分析能力，无线数据传输单元或者无线数据路由单元将配电终端单元(Distribution Terminal Unit,DTU)采集到的数据通过WSN协议传输至无线数据汇聚网关，无线数据汇聚网关具备以太网口，可以与安装在调度站的光节点(Optical Network Unit，ONU)直接物理连接，与主站系统交互，完成数据存取和命令控制。无线数据汇聚网关作为WSN网络的最上层汇聚节点，实现WSN与以太网的数据交换，可以远程配置各节点的信道、传输速率，组网拓扑等参数。通过人工或者自动配置，可以构建WSN各种网络拓扑结构，组成数据传输网络。
无线数据路由单元在整个WSN网络中起承上启下的作用，除了具备无线数据传输单元的数据采集功能外，还具备路由接力功能。无线数据路由单元是整个网络的关键节点，在整个系统中数量不多，承担组成关键路径的作用。在本发明方案中，无线数据路由单元不仅仅采集终端节点和路由节点的DTU数据，还同时负责将其他离协调器节点较远、无法与无线数据汇聚网关直接进行无线通信的设备进行无线数据路由的职责，通过多跳接力方式将无线数据传输到协调器节点的无线数据汇聚网关内，负责数据的中转。
无线数据传输单元具备多种有线数据接口，例如RS232，RS485，RJ45，对于需要通过有线方式连接的DTU则可以直接和传输单元连接，无线数据传输单元可以将DTU采集到的电流、电压、电量等数据信息传输给无线数据路由单元，向上层节点转发采集的数据，接收上层节点的指令并执行，与无线数据路由单元最大不同之处在于，该设备作为末梢节点，不具备数据接力及组网功能。
实施例2
如图2所示本发明还涉及一种配网数据通信方法，包括：
根据测量的协调器节点与终端节点之间的信号强度与设定阈值的大小确定数据传输至协调器节点的方式；
根据所述确定的数据传输至协调器节点的方式将所述数据上传至配电管理系统。
下面对方法中的步骤进行详细的解释：
1)测量各点间的信号值，其中包括的传输单元或者路由单元到汇聚网关的信号值，汇聚网关到传输单元或者路由单元的信号值；
2)无线数据传输单元通过串口线和DTU设备直接连接。
3)信号良好的情况下，通过WSN网络将数据传输至无线数据路由单元，主要起到数据采集的作用。
4)无线数据路由单元收到无线数据传输单元上传的数据之后，进行数据中继，将数据继续传输给无线数据汇聚网关。
5)如信号不好，那么传输单元则会寻找备份路径，寻找备份路径中的上级无线数据路由单元，将数据传输至无线数据路由单元。
6)备份路径中的无线数据路由单元接收到数据之后，也会进行数据中继，将数据继续传输给无线数据汇聚网关。
7)无线数据汇聚网关接收到下辖节点上传的数据信息之后，直接通过光纤连接至配电管理系统。
其中所述备份路径图如图3所示。
配网自动化无线数据网通信系统采用基于IEEE802.15.4无线标准协议，将终端/路由节点或者簇头节点内的配电设备与协调器节点内的控制设备相连，组成通信微网，与上行EPON网络相联，覆盖EPON网络无法覆盖的区域，解决末端数据传输问题，实现协调器节点和终端/路由节点或者簇头节点之间数据通信目标。
具体的，如南京中心城区建成以EPON技术为主的终端通信接入网，在10kV配电网中，每座调度开关站平均管辖10座自管开关站，开关站之间距离较近，一般情况下距离不超过1km。像一配网小区中，星洲站为调度开关站即协调器节点，其余均为自管开关站即终端/路由节点或者簇头节点，其中州苑站、华苑站、星苑一站、星苑四站距离星洲站100m，星苑三站位于星洲站的对面偏西的位置，距离星洲站50m，星苑二站则是在小区的最西位置，与星洲站的距离超过160m。
基于现场使用环境，可以在现场实际检测信号值，在开关站不同位置记录不同的接收信号的强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)数值，RSSI数值最大的位置就是现场实施时无线数据通信设备的部署位置，这样信号强度最大，可以有效保证数据传输的可靠性。现场各点信号值如图4所示。其中，RSSI的数值分别为上行和下行数值，上行RSSI指自管站的传输单元或者路由单元到调度站网关的信号值，下行RSSI指调度站网关到自管站传输单元或者路由单元的信号值，图4说明了上述站点中WSN设备间可以互相通信。
其中星洲站为协调控制器节点，星苑一站、二站、三站、四站、华苑站、洲苑站为终端/路由节点或者簇头节点，在调协调控制器节点内安装无线数据汇聚网关，其他终端/路由节点或者簇头节点安装无线数据路由单元或无线数据传输单元，通过RS485或RS232与DTU连接，将DTU采集到的电流、电压、电量等数据信息或环境数据通过无线数据网上传汇聚网关，网关通过骨干网把数据上传到配电管理系统。同时，为了保证数据传输的可靠性及稳定性，在WSN组网规划设计时，关键位置需要备份传输路径，以确保自管站之间出现通信故障时，可以通过其他路径进行无线数据传输。具体流程如下：
1)无线数据传输单元通过串口线和DTU设备直接连接。
2)信号良好的情况下，通过WSN网络将数据传输至无线数据路由单元，主要起到数据采集的作用。
3)无线数据路由单元收到无线数据传输单元上传的数据之后，进行数据中继，将数据继续传输给无线数据汇聚网关。
4)如信号不好，那么传输单元则会寻找备份路径，寻找备份路径中的上级无线数据路由单元，将数据传输至无线数据路由单元。
5)备份路径中的无线数据路由单元接收到数据之后，也会进行数据中继，将数据继续传输给无线数据汇聚网关。
6)无线数据汇聚网关接收到下辖节点上传的数据信息之后，直接通过光纤连接至配电管理系统。
实施例3
本发明还提供一种配电网络实施例，配电网络包括配电管理系统和配网数据通信装置，所述配网数据通信装置包括：协调器节点和终端节点；所述配网数据通信装置通过所述协调器节点与配电管理系统有线通信连接；所述终端节点与所述协调器节点无线通信连接；所述终端节点根据所述协调器节点与所述终端节点之间的信号强度确定所述协调器节点与所述终端节点之间的数据传输路径。即配电网络中的配网数据通信装置与前述实施例中的配网数据通信装置相同，并采用相同的数据通信方法工作。配电网络中其他配置可参照现有技术，此处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种配网数据通信装置，用于与配电管理系统有线通信连接，其特征在于，所述配网数据通信装置包括：协调器节点和终端节点；
所述配网数据通信装置通过所述协调器节点用于与配电管理系统有线通信连接；
所述终端节点与所述协调器节点无线通信连接；
所述终端节点根据所述协调器节点与所述终端节点之间的信号强度确定所述协调器节点与所述终端节点之间的数据传输路径。
2.如权利要求1所述的一种配网数据通信装置，其特征在于，还包括簇头节点；
所述簇头节点用于：通过无线接口装置将终端节点汇集的数据传输至协调器节点或将接收的所述协调器节点的数据发送到终端节点。
3.如权利要求2所述的一种配网数据通信装置，其特征在于，所述协调器节点和所述簇头节点上分别安装有无线数据汇聚网关。
4.如权利要求2所述的一种配网数据通信装置，其特征在于，所述终端节点包括：无线数据传输模块和无线数据路由模块；
所述无线数据路由模块用于：所述终端节点之间或所述终端节点与所述协调器节点之间进行无线通信，将所述终端数据和设备信息数据传输到无线数据汇聚网关；
所述无线数据传输模块用于：将终端采集的数据传输到无线数据路由模块，还用于接收所述无线数据路由模块的数据信息。
5.如权利要求2所述的一种配网数据通信装置，其特征在于，所述簇头节点包括：无线接口，所述无线接口支持与终端节点和协调器节点的无线通信。
6.如权利要求2所述的一种配网数据通信装置，其特征在于，所述协调器节点包括：光纤接口和无线接口；
所述光纤接口用于支持与配电管理系统的有线通信；
所述无线接口支持与簇头节点或终端节点的无线通信。
7.一种配网数据通信方法，其特征在于，所述方法包括：
根据测量的协调器节点与终端节点之间的信号强度与设定阈值的大小确定配网终端数据传输至协调器节点的路径；
根据确定的数据传输路径将所述配网终端数据传输至协调器节点；
所述协调器节点接收并将所述配网终端数据汇聚，通过有线通信的路径将所述数据上传至配电管理系统。
8.如权利要求7所述的一种配网数据通信方法，其特征在于，所述根据测量的协调器节点与终端节点之间的信号强度与预设阈值的大小确定配网终端数据传输至协调器节点的路径包括：
终端节点寻找与所述终端节点相连的路由节点，并将信号强度与预设阈值进行比较；
当所述信号强度大于预设阈值时，终端节点通过所述相连路由节点将数据传输通过无线通讯至协调器节点；
当所述信号强度小于预设阈值时，终端节点寻找备份路径中的上级无线数据路由节点，通过所述上级无线数据路由节点将数据通过无线通讯传输协调器节点。
9.如权利要求8所述的一种配网数据通信方法，其特征在于，当所述信号强度小于预设阈值时，终端节点寻找备份路径中的上级无线数据路由节点，通过所述上级无线数据路由节点数据通过无线通讯传输至协调器节点包括：
当所述信号强度小于预设阈值时，路由节点接收终端节点通过其他路由节点传输的数据后，也会将数据进行中继传输至配电管理系统。
10.一种配电网络，包括配电管理系统和配网数据通信装置，其特征在于，
所述配网数据通信装置包括：协调器节点和终端节点；
所述配网数据通信装置通过所述协调器节点与配电管理系统有线通信连接；
所述终端节点与所述协调器节点无线通信连接；
所述终端节点根据所述协调器节点与所述终端节点之间的信号强度确定所述协调器节点与所述终端节点之间的数据传输路径。
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