CN111148140B - 一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法，该方法包括：数据处理模块接收数据采集模块采集的实时输电线路运行工况数据，并根据实时输电线路运行工况数据，确定输电线路是否发生故障；故障定位模块根据故障信息确定故障点位置和/或故障原因以提醒运维人员进行维护。通过数据采集模块采集的实时输电线路运行工况数据，通过数据处理模块确定输电线路是否发生故障，一旦发生故障，可通过故障定位模块获取故障位置信息以及故障原因，以便于运维人员进行维护，相比于现有技术而言，无需投入大量的人力去进行人工巡检排查，节约了人力物力，提高了局放检测效率，保证了整个配电网能够可靠供电。
Description
技术领域
本发明涉及局放检测技术领域，具体涉及一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法。
背景技术
面对居民和相关企业对配电网的供电可靠性越来越高的要求，有必要对配电网的主要设备进行带电检测工作，通过在设备运行中检测到设备的缺陷，进而有计划的安排修理或更换，从而避免因设备突然故障而造成的供电中断。
随着经济发展，城市化进程的加快，配电网的设备数量不断增多，且分布分散。现有配电网带电检测工作量大且工作点分散，耗费大量人力物力；带电检测的效果和效率有待提升。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法，所述方法包括：
数据处理模块接收数据采集模块采集的实时输电线路运行工况数据，并根据所述实时输电线路运行工况数据，确定输电线路是否发生故障；
故障定位模块接收所述数据处理模块发送过来的故障信息，并根据所述故障信息确定故障点位置和/或故障原因以提醒运维人员进行维护；
其中，所述数据采集模块与所述数据处理模块无线连接，所述故障定位模块与所述数据处理模块无线连接。
在一种可选的实施方式中，所述数据采集模块由多个传感器采集单元和一个汇聚单元组成；
所述方法还包括：将所述传感器采集单元部署于监测区域内的局放故障易发部位；所述局放故障易发部位包括：各个杆塔的绝缘子、连接金具和电缆接头；
其中，所述传感器采集单元，用于采集其所在位置处的实时输电线路运行工况数据，所述汇聚单元用于汇聚所述传感器采集单元采集的数据并通过无线网络传输至所述数据处理模块。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：将所述传感器采集单元和汇聚单元部署完成后，按照预设的拓扑机制构建一无线传感器网络。
在一种可选的实施方式中，所述按照预设的拓扑机制构建一无线传感器网络，具体是：
(1)所述传感器采集单元和汇聚单元部署完成后，所述汇聚单元向全网发送分簇指令，接收到所述分簇指令的传感器采集单元计算自身能够当选为簇首的概率值，并发送至所述汇聚单元；其中，传感器采集单元Si能够当选为簇首的概率值可利用下式求得：
式中，P(Si)为传感器采集单元Si能够当选为簇首的概率值，r为轮数，Eres(Si)为传感器采集单元Si当前剩余能量值，E0(Si)为传感器采集单元Si初始能量值，N(r-1)表示在(r-1)轮中存活的传感器采集单元数，
为在(r-1)轮中存活下来的传感器采集单元n的剩余能量值，θ为网络能耗系数，
为传感器采集单元Si的邻居节点构成的集合，d(j,BS)max、d(j,BS)min分别为传感器采集单元Si的邻居节点与所述汇聚单元距离的最大值和最小值，d(Si,BS)为传感器采集单元Si与所述汇聚单元之间的距离，dmax、dmin分别为传感器采集单元Si的两个邻居节点之间距离的最大值和最小值，
为传感器采集单元Si的邻居节点与传感器采集单元Si之间距离的平均值；α、β、γ为权重系数；
(2)所述汇聚单元将接收到的概率值进行降序排列，从中选择排序靠前的Nopt个传感器采集单元作为簇首节点；
(3)当选为簇首节点的传感器采集单元发出加簇邀请，接收到加簇邀请的传感器采集单元按照预设的加簇条件加入到对应的簇首节点中，成为相应簇首节点的簇成员节点，最终实现分簇。
在一种可选的实施方式中，所述传感器采集单元包括：温度传感器、磁场传感器、电场传感器、图像传感器、局部放电传感器中的一种或者多种。
本发明的有益效果为：本发明的目的在于提供了一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法，通过数据采集模块采集的实时输电线路运行工况数据，通过数据处理模块处理接收到的数据，确定输电线路是否发生故障，一旦发生故障，可通过故障定位模块获取故障位置信息以及故障原因，以便于运维人员进行维护，相比于现有技术而言，无需投入大量的人力去进行人工巡检排查，节约了人力物力，提高了局放检测效率，保证了整个配电网能够可靠供电。
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是本发明实施例提供的一种配电网局放检测数据采集系统的框架结构图。
附图标记：数据采集模块1、数据处理模块2、故障定位模块3。
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示出了一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集系统，该系统包括：数据采集模块1、数据处理模块2和故障定位模块3，其中，所述数据采集模块1与所述数据处理模块2无线连接，所述故障定位模块3与所述数据处理模块2无线连接。
在一种可选的实施例中，所述数据采集模块1由多个传感器采集单元和一个汇聚单元组成。其中，所述传感器采集单元，用于采集其所在位置处的实时输电线路运行工况数据，所述汇聚单元用于汇聚所述传感器采集单元采集的数据并通过无线网络传输至所述数据处理模块2。
在一种可选的实施例中，所述传感器采集单元包括：温度传感器、磁场传感器、电场传感器、图像传感器、局部放电传感器中的一种或者多种。
本发明上述实施例提供了一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集系统，通过数据采集模块1采集的实时输电线路运行工况数据，通过数据处理模块2处理接收到的数据，确定输电线路是否发生故障，一旦发生故障，可通过故障定位模块3获取故障位置信息以及故障原因，以便于运维人员进行维护，相比于现有技术而言，无需投入大量的人力去进行人工巡检排查，节约了人力物力，提高了局放检测效率，保证了整个配电网能够可靠供电。
本发明实施例进一步给出了利用配电网局放检测数据采集系统的进行局放检测数据采集方法，该方法包括：
数据处理模块2接收数据采集模块1采集的实时输电线路运行工况数据，并根据所述实时输电线路运行工况数据，确定输电线路是否发生故障；
故障定位模块3接收所述数据处理模块2发送过来的故障信息，并根据所述故障信息确定故障点位置和/或故障原因以提醒运维人员进行维护；
其中，所述数据采集模块1与所述数据处理模块2无线连接，所述故障定位模块3与所述数据处理模块2无线连接。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：
将所述传感器采集单元部署于监测区域内的局放故障易发部位；所述局放故障易发部位包括：各个杆塔的绝缘子、连接金具和电缆接头；
其中，所述传感器采集单元，用于采集其所在位置处的实时输电线路运行工况数据，所述汇聚单元用于汇聚所述传感器采集单元采集的数据并通过无线网络传输至所述数据处理模块。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：将所述传感器采集单元和汇聚单元部署完成后，按照预设的拓扑机制构建一无线传感器网络。
在一种可选的实施方式中，所述按照预设的拓扑机制构建一无线传感器网络，具体是：
(1)所述传感器采集单元和汇聚单元部署完成后，所述汇聚单元向全网发送分簇指令，接收到所述分簇指令的传感器采集单元计算自身能够当选为簇首的概率值，并发送至所述汇聚单元；其中，传感器采集单元Si能够当选为簇首的概率值可利用下式求得：
式中，P(Si)为传感器采集单元Si能够当选为簇首的概率值，r为轮数，Eres(Si)为传感器采集单元Si当前剩余能量值，E0(Si)为传感器采集单元Si初始能量值，N(r-1)表示在(r-1)轮中存活的传感器采集单元数，
为在(r-1)轮中存活下来的传感器采集单元n的剩余能量值，θ为网络能耗系数，
为传感器采集单元Si的邻居节点构成的集合，d(j,BS)max、d(j,BS)min分别为传感器采集单元Si的邻居节点与所述汇聚单元距离的最大值和最小值，d(Si,BS)为传感器采集单元Si与所述汇聚单元之间的距离，dmax、dmin分别为传感器采集单元Si的两个邻居节点之间距离的最大值和最小值，
为传感器采集单元Si的邻居节点与传感器采集单元Si之间距离的平均值；α、β、γ为权重系数；
(2)所述汇聚单元将接收到的概率值进行降序排列，从中选择排序靠前的Nopt个传感器采集单元作为簇首节点；
(3)当选为簇首节点的传感器采集单元发出加簇邀请，接收到加簇邀请的传感器采集单元按照预设的加簇条件加入到对应的簇首节点中，成为相应簇首节点的簇成员节点，最终实现分簇。
有益效果：如果传感器采集单元都直接与汇聚单元之间进行信息交互，离汇聚单元较远的传感器单元会因为能量消耗过快而过早地进入死亡，这样的话会影响整个无线传感器网络的可靠性和使用寿命，同时还会影响局放检测的准确性；为了避免某些传感器采集单元过早地死亡，本申请采用分簇结构的无线传感器网络，确定多个簇首，使得部分传感器采集单元通过其所在簇首与汇聚单元进行间接通信，从而达到均衡整个无线传感器网络能量的目的。在每轮进行分簇、确定簇首时，通过计算各传感器采集单元能够当选为簇首的概率值，从中选择概率高的传感器采集单元担任簇首，其中，在计算传感器采集单元能够当选为簇首的概率值时，考虑了其本身能量因素的影响，还考虑了在上一轮中存活的传感器采集单元的剩余能量值，以及距离因素的影响，该过程直接舍弃了失效的传感器采集单元的影响，只考虑了上一轮存活下来的传感器采集单元的影响，从而排除了死亡传感器采集单元的干扰，从而使得根据上述方法得到的簇首更贴合实际需求，也更加合理。
在一种可选的实施方式中，所述传感器采集单元包括：温度传感器、磁场传感器、电场传感器、图像传感器、局部放电传感器中的一种或者多种。
本发明的有益效果为：本发明的目的在于提供了一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法，通过数据采集模块采集的实时输电线路运行工况数据，通过数据处理模块处理接收到的数据，确定输电线路是否发生故障，一旦发生故障，可通过故障定位模块获取故障位置信息以及故障原因，以便于运维人员进行维护，相比于现有技术而言，无需投入大量的人力去进行人工巡检排查，节约了人力物力，提高了局放检测效率，保证了整个配电网能够可靠供电。
在一种可选的实施方式中，在每轮分簇，确定簇首时，簇首数Nopt可通过下面方式具体确定：
设传感器采集单元共有N个，在进行首轮分簇时，选取传感器采集单元总数的5％作为簇首个数；之后在进行分簇时，根据下式确定每轮的最优簇首数：
其中，Nopt(r)为第r轮的最优簇首数，L为数据包的比特数，E1为融合单位数据所需消耗的能量值，E2为接收和发送单位数据所需消耗的能量值，εf为信号在自由空间信道中传播时放大器的能耗参数，εm为信号在多径衰减信道中传播时放大器的能耗参数，N(r-1)表示在(r-1)轮中存活的传感器采集单元数，θ为网络能耗系数，η为数据量因子，其可根据实际数据需求量来具体确定θ和η的取值，dtoBS为簇首到汇聚单元的平均距离，Area代表监测区域的面积，Dmax、Dmin分别为在存活的传感器采集单元中，与所述汇聚单元之间距离的最大值和最小值。
有益效果：在上述实施方式中，给出了每轮分簇时，所需的最优簇首数，从而能够确定更为合适的簇首数，避免了不必要的能量损耗，从而达到了均衡整个无线传感器网络能耗，在确定每轮所需的簇首数时，考虑了上一轮中存活的传感器采集单元数的影响，这样可以排除死亡的传感器采集单元的干扰，还考虑了能量、距离、数据传输等方面的影响，从而使确定的簇首数更为合理，便于后续簇首的确定以及非簇首的传感器采集单元的加簇，得到一个符合需求的无线传感器网络，保障了对输电线路局放检测的准确度和该局放检测系统的使用寿命。
在一种可选的实施方式中，上述的当选为簇首节点的传感器采集单元发出加簇邀请，接收到加簇邀请的传感器采集单元按照预设的加簇条件加入到对应的簇首中，成为相应簇首的簇成员节点，具体是：
若该传感器采集单元只接收到来自一个簇首的加簇邀请，则该传感器采集单元直接加入到该簇首中，成为该簇首的簇成员节点；
若该传感器采集单元在预设的时间内接受来自多个簇首的加簇邀请，则该传感器采集单元利用下式计算自身与各个簇首之间的加簇代价值，并选择加簇代价值高的簇首加入，成为该簇首的簇成员节点，其中，传感器采集单元j与簇首CH之间的加簇代价值可通过下式计算得到：
式中，V(j,CH)为传感器采集单元j与簇首CH之间的加簇代价值，Eex(j)为传感器采集单元j感测单位数据所需消耗的能量值，EtoCH(j)为传感器采集单元j发送单位数据至簇首CH所需消耗的能量值，Eres(j)为传感器采集单元j当前剩余能量值，Ψj为传感器采集单元j的感测范围，ΨCH为簇首CH的感测范围，d(j,CH)为传感器采集单元j与簇首CH之间的距离，d(CH,BS)为簇首CH与汇聚单元之间的距离,d(j,BS)为传感器采集单元j与汇聚单元之间的距离，κ1为能量权重因子，κ2为感知范围权重因子，κ3为距离权重因子，且κ1+κ2+κ3＝1。
有益效果：在上述实施方式中，给出了非簇首的传感器采集单元加入簇首的条件，具体地，确定好簇首后，当选为簇首的传感器采集单元会发出加簇邀请，如果传感器采集单元只接收到一个加簇邀请，则选择直接加入到该簇首中，反之，如果接收到多个加簇邀请，则需要选择一个更为合适的簇首加入，成为该簇首的簇成员节点。详细地，就是计算该传感器采集单元与各个簇首之间的加簇代价值，其中，加簇代价值越高，代表着传感器采集单元加入到相应簇首的概率值也就越大，其中，在计算加入代价值时，考虑了能量、距离、感知范围等因素的影响，从而使得传感器采集单元更容易选择加入到消耗能量低、距离簇首相对近的、与相应簇首感知范围覆盖率高的簇首中。
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 (2)
1.一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法，其特征在于，所述方法包括：
数据处理模块接收数据采集模块采集的实时输电线路运行工况数据，并根据所述实时输电线路运行工况数据，确定输电线路是否发生故障；
故障定位模块接收所述数据处理模块发送过来的故障信息，并根据所述故障信息确定故障点位置和/或故障原因以提醒运维人员进行维护；
其中，所述数据采集模块与所述数据处理模块无线连接，所述故障定位模块与所述数据处理模块无线连接；
其中，所述数据采集模块由多个传感器采集单元和一个汇聚单元组成；
所述方法还包括：将所述传感器采集单元部署于监测区域内的局放故障易发部位；所述局放故障易发部位包括：各个杆塔的绝缘子、连接金具和电缆接头；
其中，所述传感器采集单元，用于采集其所在位置处的实时输电线路运行工况数据，所述汇聚单元用于汇聚所述传感器采集单元采集的数据并通过无线网络传输至所述数据处理模块；
其中，所述方法还包括：将所述传感器采集单元和汇聚单元部署完成后，按照预设的拓扑机制构建一无线传感器网络；
其中，所述按照预设的拓扑机制构建一无线传感器网络，具体是：
(1)所述传感器采集单元和汇聚单元部署完成后，所述汇聚单元向全网发送分簇指令，接收到所述分簇指令的传感器采集单元计算自身能够当选为簇首的概率值，并发送至所述汇聚单元；其中，传感器采集单元Si能够当选为簇首的概率值可利用下式求得：
式中，P(Si)为传感器采集单元Si能够当选为簇首的概率值，r为轮数，Eres(Si)为传感器采集单元Si当前剩余能量值，E0(Si)为传感器采集单元Si初始能量值，N(r-1)表示在(r-1)轮中存活的传感器采集单元数，
为在(r-1)轮中存活下来的传感器采集单元n的剩余能量值，θ为网络能耗系数，
为传感器采集单元Si的邻居节点构成的集合，d(j,BS)max、d(j,BS)min分别为传感器采集单元Si的邻居节点与所述汇聚单元距离的最大值和最小值，d(Si,BS)为传感器采集单元Si与所述汇聚单元之间的距离，dmax、dmin分别为传感器采集单元Si的两个邻居节点之间距离的最大值和最小值，
为传感器采集单元Si的邻居节点与传感器采集单元Si之间距离的平均值；α、β、γ为权重系数；
(2)所述汇聚单元将接收到的概率值进行降序排列，从中选择排序靠前的Nopt个传感器采集单元作为簇首节点；
(3)当选为簇首节点的传感器采集单元发出加簇邀请，接收到加簇邀请的传感器采集单元按照预设的加簇条件加入到对应的簇首节点中，成为相应簇首节点的簇成员节点，最终实现分簇。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信技术的配电网局放检测数据采集方法，其特征在于，所述传感器采集单元包括：温度传感器、磁场传感器、电场传感器、图像传感器、局部放电传感器中的一种或者多种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 518001 power dispatching communication building, No. 4020 Shennan East Road, Shenzhen, Guangdong, Luohu District Applicant after: SHENZHEN POWER SUPPLY BUREAU Co.,Ltd. Applicant after: China Southern Power Grid Shenzhen Digital Power Grid Research Institute Co.,Ltd. Address before: 518001 power dispatching communication building, No. 4020 Shennan East Road, Shenzhen, Guangdong, Luohu District Applicant before: SHENZHEN POWER SUPPLY BUREAU Co.,Ltd. Applicant before: SHENZHEN COMTOP INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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