CN109470307B - 一种实时智能的输电线路监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实时智能的输电线路监测系统，包括无线传感器网络监测子系统和异常分析子系统；所述无线传感器网络监测子系统包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点和汇聚节点，传感器节点对输电线路进行监测感知，并将获得的输电线路参数数据发送至汇聚节点；所述汇聚节点汇聚各传感器节点发送的输电线路参数数据，进行处理后转发至异常分析子系统；异常分析子系统用于对汇聚节点发送的输电线路参数数据进行分析处理和显示，并在输电线路参数数据异常时进行报警。本发明利用无线传感器网络技术实现了输电线路的远程实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路监测技术领域，具体涉及一种实时智能的输电线路监测系统。
背景技术
随着工业化、城镇化进程不断加快，电力需求持续增长，一个坚强、可靠的现代化大电网对于保障国家能源安全，在更大范围内优化能源配置，具有不可替代的作用。建设具有信息化、数字化、自动化特征的智能电网是安全、可靠、高效输电的保障，是电力科学发展的方向，对电网的监测也尤其重要。作为电力输送纽带的输电线路具有分散性大、距离长、难以巡视及维护等特点，因此对输电线路的远程监测成为一项迫切工作。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种实时智能的输电线路监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种实时智能的输电线路监测系统，包括无线传感器网络监测子系统和异常分析子系统。
无线传感器网络监测子系统包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点和汇聚节点，其中传感器节点对输电线路进行监测感知，并将获得的输电线路参数数据发送至汇聚节点；汇聚节点汇聚各传感器节点发送的输电线路参数数据，进行处理后转发至异常分析子系统。
异常分析子系统用于对汇聚节点发送的输电线路参数数据进行分析处理和显示，并在输电线路参数数据异常时进行报警。
优选地，所述异常分析子系统包括数据处理器和显示器，该数据处理器将收到的输电线路参数数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器进行比较结果显示。
本发明的有益效果为：可实时远程监测输电线路的温度，电压，电流，张力等相关物理参数值，避免了布线的麻烦且监测精度高。
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本发明一个实施例一种实时智能的输电线路监测系统的结构示意框图；
图2是本发明一个实施例的异常分析子系统的框图示意图。
附图标记：
无线传感器网络监测子系统1、异常分析子系统2、报警器3、数据处理器10、显示器20。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的一种实时智能的输电线路监测系统，包括无线传感器网络监测子系统1、和异常分析子系统2。
无线传感器网络监测子系统1包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点和汇聚节点，传感器节点对输电线路进行监测感知，并将获得的输电线路参数数据发送至汇聚节点。
汇聚节点汇聚各传感器节点发送的输电线路参数数据，进行处理后转发至异常分析子系统2。
异常分析子系统2用于对汇聚节点发送的输电线路参数数据进行分析处理和显示，并在输电线路参数数据异常时进行报警。
其中，所述输电线路参数数据包括当前线路的张力、温度、电压和电流。
在一个实施例中，如图2所示，异常分析子系统2包括数据处理器10和显示器20，该数据处理器10将收到的输电线路参数数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器20进行比较结果显示。显示器20还用于实时显示输电线路参数数据，从而供监测人员实时查看输电线路的状态信息。
可选地，一种实时智能的输电线路监测系统还包括与数据处理器10连接的报警器3，当输电线路参数数据超出对应设定的安全阈值时，所述数据处理器10驱动报警器3进行报警。
其中，所述的报警器30包括蜂鸣报警器或者声光报警器，本实施例对此不作限定。
本发明上述实施例可实时远程监测输电线路的温度，电压，电流，张力等相关物理参数值，避免了布线的麻烦且监测精度高。
在一个实施例中，预先设定各传感器节点的通信距离，网络初始化时，传感器节点通过分簇路由协议分成多个簇，每个簇包括一个簇头节点以及多个传感器节点；簇头节点收集簇内各传感器节点采集的输电线路参数数据并发送至汇聚节点，具体包括：
(1)簇头节点通过与其他簇头节点的信息交互，获取邻居簇头节点信息，以及根据邻居簇头节点信息确定相对汇聚节点更近的邻居簇头节点，将确定的相对汇聚节点更近的邻居簇头节点作为备选中继节点，构建备选中继节点列表；
(2)簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点；
(3)簇头节点根据自身能量计算发送距离并进行定期更新，当簇头节点到汇聚节点的距离未超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的输电线路参数数据发送至汇聚节点，当簇头节点到汇聚节点的距离超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的输电线路参数数据发送至所选取的中继节点，其中，所述发送距离的计算公式为：
式中，UI为簇头节点I的发送距离，QI为簇头节点I的当前剩余能量，QI0为簇头节点I的初始能量，Qmin为预设的能量下限，DI为簇头节点I的通信距离，H为预设的基于能量的衰减因子，H的取值范围为[0.4，0.6]。
本实施例基于簇头节点的能量设定了发送距离的计算公式，创新性地为簇头节点发送输电线路参数数据的路由方式选择给出了较好的衡量标准，即当簇头节点到汇聚节点的距离未超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的输电线路参数数据发送至汇聚节点，当簇头节点到汇聚节点的距离超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的输电线路参数数据发送至所选取的中继节点。
本实施例中簇头节点基于发送距离选择合适的路由方式，有利于减少簇头节点发送输电线路参数数据的能量消耗，避免簇头节点因能量快速消耗而失效，保障无线传感器网络中路由的稳定性。
优选地，所述的分簇路由协议为基于LEACH的路由协议。所述的分簇路由协议还可以为其他合适的分簇路由协议。
在一种能够实现的方式中，簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点，包括：(1)簇头节点向各备选中继节点发送竞选消息，收到竞选消息的备选中继节点计算自身的转发权值，并将转发权值发送至簇头节点，其中，所述竞选消息包括簇头节点的位置信息、簇头节点对各备选中继节点的信任度；(2)簇头节点按照转发权值由大到小的顺序对各备选中继节点进行排序，并选择排序最前的备选中继节点作为中继节点；
所述转发权值的计算公式为：
式中，CIJ表示簇头节点I的第J个备选中继节点的转发权值，QIJ为所述第J个备选中继节点的当前剩余能量，RIJ为所述第J个备选中继节点的缓存列表中的输电线路参数数据包数量，QS为预设的转发一个输电线路参数数据包所消耗的能量，U(I，o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，U(J，o)为所述第J个备选中继节点到汇聚节点的距离，SIJ为簇头节点I对所述第J个备选中继节点的信任度，初始时，簇头节点对各备选中继节点的信任度为1；y1、y2、y3为设定的权重系数。
本实施例设定了转发权值的指标，根据该转发权值的计算公式可知，当前剩余能量越大的、位置优势更好的、越被簇头节点信任的备选中继节点具有更大的转发权值。本实施例中，簇头节点在备选中继节点列表中选取转发权值最大的备选中继节点作为中继节点，有利于保障输电线路参数数据的转发，节省输电线路参数数据转发的能量消耗，平衡各中继节点的能耗，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。
在一种能够实现的方式中，簇头节点每隔一个时间段Δt更新对中继节点的信任度，并向中继节点发送竞选消息，以重新获取中继节点的转发权值，当中继节点的转发权值低于剩余备选中继节点的最大转发权值时，簇头节点在剩余备选中继节点中选择最大转发权值对应的备选中继节点作为新的中继节点；
所述信任度的更新公式为：
式中，SIA(g+1)表示簇头节点I在第g+1次更新的对其中继节点A的信任度，SIA(g)为簇头节点I在第g次更新的对其中继节点A的信任度，mIA(Δt)为所述中继节点A在上一个时间段Δt内帮簇头节点I转发输电线路参数数据包的数量，KIA(Δt)为簇头节点I在上一个时间段Δt内向所述中继节点A发送输电线路参数数据包的数量，MIA(Δt)为所述中继节点A在上一个时间段Δt内转发输电线路参数数据包的总数量，e-γ为信任度衰减因子，e∈(0，0.2]，e为欧拉常数，α、β皆为权重系数，且满足0＜α，β＜1，α+β＝1。
本实施例创新性地设定了信任度的更新公式，该更新公式根据中继节点转发输电线路参数数据包的历史情况来评判中继节点相对于簇头节点的信任度，具有一定的鲁棒性。
本实施例通过每隔一个时间段Δt更新对中继节点的信任度，并重新获取中继节点的转发权值，当中继节点的转发权值低于剩余备选中继节点的最大转发权值时，簇头节点在剩余备选中继节点中选择最大转发权值对应的备选中继节点作为新的中继节点，有利于进一步保障输电线路参数数据转发的可靠性，此外，通过中继节点的更新，有利于均衡各簇头节点的能耗。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
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)
1.一种实时智能的输电线路监测系统，其特征是，包括无线传感器网络监测子系统和异常分析子系统；所述无线传感器网络监测子系统包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点和汇聚节点，传感器节点对输电线路进行监测感知，并将获得的输电线路参数数据发送至汇聚节点；所述汇聚节点汇聚各传感器节点发送的输电线路参数数据，进行处理后转发至异常分析子系统；异常分析子系统用于对汇聚节点发送的输电线路参数数据进行分析处理和显示，并在输电线路参数数据异常时进行报警；预先设定各传感器节点的通信距离，网络初始化时，传感器节点通过分簇路由协议分成多个簇，每个簇包括一个簇头节点以及多个传感器节点；簇头节点收集簇内各传感器节点采集的输电线路参数数据并发送至汇聚节点，具体包括：
(1)簇头节点通过与其他簇头节点的信息交互，获取邻居簇头节点信息，以及根据邻居簇头节点信息确定相对汇聚节点更近的邻居簇头节点，将确定的相对汇聚节点更近的邻居簇头节点作为备选中继节点，构建备选中继节点列表；
(2)簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点；
(3)簇头节点根据自身能量计算发送距离并进行定期更新，当簇头节点到汇聚节点的距离未超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的输电线路参数数据发送至汇聚节点，当簇头节点到汇聚节点的距离超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的输电线路参数数据发送至所选取的中继节点，其中，所述发送距离的计算公式为：
式中，UI为簇头节点I的发送距离，QI为簇头节点I的当前剩余能量，QI0为簇头节点I的初始能量，Qmin为预设的能量下限，DI为簇头节点I的通信距离，H为预设的基于能量的衰减因子；
簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点，包括：(1)簇头节点向各备选中继节点发送竞选消息，收到竞选消息的备选中继节点计算自身的转发权值，并将转发权值发送至簇头节点，其中，所述竞选消息包括簇头节点的位置信息、簇头节点对各备选中继节点的信任度；(2)簇头节点按照转发权值由大到小的顺序对各备选中继节点进行排序，并选择排序最前的备选中继节点作为中继节点；
所述转发权值的计算公式为：
式中，CIJ表示簇头节点I的第J个备选中继节点的转发权值，QIJ为所述第J个备选中继节点的当前剩余能量，RIJ为所述第J个备选中继节点的缓存列表中的输电线路参数数据包数量，QS为预设的转发一个输电线路参数数据包所消耗的能量，U(I,o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，U(J,o)为所述第J个备选中继节点到汇聚节点的距离，SIJ为簇头节点I对所述第J个备选中继节点的信任度，初始时，簇头节点对各备选中继节点的信任度为1；y1、y2、y3为设定的权重系数。
2.根据权利要求1所述的一种实时智能的输电线路监测系统，其特征是，所述异常分析子系统包括数据处理器和显示器，该数据处理器将收到的输电线路参数数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器进行比较结果显示。
3.根据权利要求1所述的一种实时智能的输电线路监测系统，其特征是，还包括与数据处理器连接的报警器，当输电线路参数数据超出对应设定的安全阈值时，所述数据处理器驱动报警器进行报警。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种实时智能的输电线路监测系统，其特征是，所述输电线路参数数据包括当前线路的张力、温度、电压和电流。
5.根据权利要求4所述的一种实时智能的输电线路监测系统，其特征是，所述H的取值范围为[0.4,0.6]。
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