CN111314872A - 一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法 - Google Patents

一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法。通过无线传感网络监测模块对配电网中各电力设备进行实时监测，提高了该方法的监测能力，并将监测的实时运行数据发送至数据处理模块，进而由数据处理模块对配电网工作状态是否异常，若异常，则将异常结果以及与异常结果相关的实时运行数据发送至远程协助终端，远程协助终端根据接收到的信息对配电网异常工作状态进行分析，进而为维修人员提供对应的解决方案，无需维修人员在现场进行排查，提高了修复故障的效率，保证了配电网能够可靠的供电。

Description

一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法
技术领域
本发明涉及物联网应用技术领域，具体涉及一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法。
背景技术
随着经济的迅猛发展，用电负荷的大量增加，对供电可靠性和供电质量提出了越来越高的要求，配电网直接面向用户，对用户供电质量和供电可靠性的影响也最为直接，相对于输电网而言，配电网保护、控制装置的配置相对简单，极易遭受各种因素导致的故障。据统计，多数停电事故缘于配电网故障，电力系统配电网馈线数目众多，供电范围广，设备数量巨大。线路发生故障时不仅损失大，故障点的排查也非常困难。特别是在城市配电网中，地埋电缆供电方式应用的日益广泛，更是增加了排查的难度。为了找出具体故障位置，往往需要操作人员拉线停电和人工巡线来查找故障点，花费时间长，人力物力耗费大，容易延长停电时间，降低了供电可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，所述方法包括：
无线传感网络监测模块采集配电网中各电力设备的实时运行数据，并接收同步模块发送的同步时钟信息；
无线传感网络监测模块根据接收到的所述同步时钟信息确定所述实时运行数据的时标信息，并通过无线通信网络将匹配的实时运行数据和所述时标信息发送至数据处理模块；
数据处理模块根据接收到的所述实时运行数据和所述时标信息确定所述配电网是否工作异常，若配电网工作异常，则发送当前状态下的实时运行数据和时标信息至远程协助终端；
所述远程协助终端根据接收到的实时运行数据和时标信息，对配电网工作异常进行分析，并且向维修人员提供相应的解决方案。
在一种可选的实施方式中，所述同步模块是通过北斗卫星导航系统、全球定位系统和伽利略卫星导航系统中的至少一个向所述无线传感网络监测模块发送同步时钟信息。
在一种可选的实施方式中，所述无线传感网络监测模块包括：多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点部署于待监测位置处，用于采集其监测位置处的实时运行数据；所述汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的实时运行数据。
在一种可选的实施方式中，所述汇聚节点还用于接收所述同步模块发送的同步时钟信息。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点通过自组织方式构成一个分簇结构的无线传感器网络；
所述传感器节点的角色包括：簇头节点和普通成员节点；所述普通成员节点将其监测到的实时运行数据转发至其簇首节点，进而由簇首节点汇聚其簇内普通成员节点发送的实时运行数据并发送至所述汇聚节点。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点按照如下簇首选举机制确定自身的角色，具体包括：
在每一轮分簇时，所述汇聚节点向所有传感器节点发送广播信号，每个传感器节点接收到广播信号后应用安全加密随机数生成器生成一个0到1之间的随机数；
如果该传感器生成的随机数不小于随机阈值，则该传感器节点的角色为普通成员节点；
如果该传感器节点生成的随机数小于随机阈值，则按照预设的信任模型对该传感器节点的可信性进行评估，若该传感器节点的可信度值大于预设的可信度阈值，则该传感器节点的角色为簇首节点，反之，则该传感器节点的角色为普通成员节点；
其中，设Η(Si)表示传感器节点Si的随机阈值，Η(Si)的计算公式为：
Figure BDA0002294555650000021
式中，Η(Si)表示传感器节点Si的随机阈值，p表示网络中簇首节点数目与总传感器节点的比例，r表示当前的选举轮数，Eres(Si)表示传感器节点Si的当前剩余能量值，E0(Si)表示传感器节点Si的初始能量值，d(Si,Sink)表示传感器节点Si与汇聚节点Sink的空间距离，d(Sk,Si)表示传感器节点Sk与传感器节点Si的空间距离，传感器节点Sk是位于传感器节点Si感知范围内的传感器节点，K为传感器节点Si感知范围内的传感器节点数，
Figure BDA0002294555650000022
表示在当前轮次之前，传感器节点Si未当选为簇首节点的轮数，Nex为预设的簇首节点数的期望值，
Figure BDA0002294555650000023
表示在之前的簇首选举轮次中的簇首节点数的平均值，Ω表示上一轮选举中，未担任过簇首节点构成的集合。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，通过无线传感网络监测模块对配电网中各电力设备进行实时监测，提高了该方法的监测能力，并将监测的实时运行数据发送至数据处理模块，进而由数据处理模块对配电网工作状态是否异常，若异常，则将异常结果以及与异常结果相关的实时运行数据发送至远程协助终端，远程协助终端根据接收到的信息对配电网异常工作状态进行分析，进而为维修人员提供对应的解决方案，无需维修人员在现场进行排查，提高了修复故障的效率，保证了配电网能够可靠的供电。
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配电网作业远程协助系统的框架结构图；
图2是本发明实施例提供的基于物联网技术的配电网作业远程协助方法工作流程图。
附图标记：同步模块1、无线传感网络监测模块2、数据处理模块3、远程协助终端4。
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示出了一种配电网作业远程协助系统，该系统包括：同步模块1、无线传感网络监测模块2、数据处理模块3和远程协助终端4。
其中，同步模块1用于向无线传感网络监测模块2发送同步时钟信息；
无线传感网络监测模块2用于采集配电网中各电力设备的实时运行数据并接收同步模块1发送的同步时钟信息；无线传感网络监测模块2还用于根据接收到的同步时钟信息确定实时运行数据的时标信息，并通过无线通信网络将匹配的实时运行数据和时标信息发送至数据处理模块3；
数据处理模块3用于根据接收到的所述实时运行数据和所述时标信息确定所述配电网是否工作异常，若配电网工作异常，则发送当前状态下的实时运行数据和时标信息至远程协助终端4；
远程协助终端4用于根据接收到的实时运行数据和时标信息，对配电网工作异常进行分析，并且向维修人员提供相应的解决方案。
本发明实施例提供了一种配电网作业远程协助系统，通过无线传感网络监测模块对配电网中各电力设备进行实时监测，提高了该方法的监测能力，并将监测的实时运行数据发送至数据处理模块，进而由数据处理模块对配电网工作状态是否异常，若异常，则将异常结果以及与异常结果相关的实时运行数据发送至远程协助终端，远程协助终端根据接收到的信息对配电网异常工作状态进行分析，进而为维修人员提供对应的解决方案，无需维修人员在现场进行排查，提高了修复故障的效率，保证了配电网能够可靠的供电。
图2给出了一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，该方法依托于图1示出的配电网作业远程协助系统，该方法包括如下步骤：
无线传感网络监测模块2采集配电网中各电力设备的实时运行数据，并接收同步模块1发送的同步时钟信息；
无线传感网络监测模块2根据接收到的所述同步时钟信息确定所述实时运行数据的时标信息，并通过无线通信网络将匹配的实时运行数据和所述时标信息发送至数据处理模块3；
数据处理模块3根据接收到的所述实时运行数据和所述时标信息确定所述配电网是否工作异常，若配电网工作异常，则发送当前状态下的实时运行数据和时标信息至远程协助终端4；
所述远程协助终端4根据接收到的实时运行数据和时标信息，对配电网工作异常进行分析，并且向维修人员提供相应的解决方案。
本发明实施例提供了一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，通过无线传感网络监测模块2对配电网中各电力设备进行实时监测，提高了该方法的监测能力，并将监测的实时运行数据发送至数据处理模块3，进而由数据处理模块3对配电网工作状态是否异常，若异常，则将异常结果以及与异常结果相关的实时运行数据发送至远程协助终端4，远程协助终端4根据接收到的信息对配电网异常工作状态进行分析，进而为维修人员提供对应的解决方案，无需维修人员在现场进行排查，提高了修复故障的效率，保证了配电网能够可靠的供电。
在一种可选的实施方式中，同步模块1是通过北斗卫星导航系统、全球定位系统和伽利略卫星导航系统中的至少一个向所述无线传感网络监测模块2发送同步时钟信息。
在一种可选的实施方式中，无线传感网络监测模块2包括：多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点部署于待监测位置处，用于采集其监测位置处的实时运行数据；所述汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的实时运行数据。所述汇聚节点还用于接收所述同步模块发送的同步时钟信息。
在一种可选的实施方式中，传感器节点通过自组织方式构成一个分簇结构的无线传感器网络；
所述传感器节点的角色包括：簇头节点和普通成员节点；所述普通成员节点将其监测到的实时运行数据转发至其簇首节点，进而由簇首节点汇聚其簇内普通成员节点发送的实时运行数据并发送至所述汇聚节点。
在一个可选的实施方式中，所述传感器节点按照如下簇首选举机制确定自身的角色，具体包括：
在每一轮分簇时，所述汇聚节点向所有传感器节点发送广播信号，每个传感器节点接收到广播信号后应用安全加密随机数生成器生成一个0到1之间的随机数；
如果该传感器生成的随机数不小于随机阈值，则该传感器节点的角色为普通成员节点；
如果该传感器节点生成的随机数小于随机阈值，则按照预设的信任模型对该传感器节点的可信性进行评估，若该传感器节点的可信度值大于预设的可信度阈值，则该传感器节点的角色为簇首节点，反之，则该传感器节点的角色为普通成员节点。
在一种可选的实施方式中，设Η(Si)表示传感器节点Si的随机阈值，Η(Si)的计算公式为：
Figure BDA0002294555650000051
式中，Η(Si)表示传感器节点Si的随机阈值，p表示网络中簇首节点数目与总传感器节点的比例，r表示当前的选举轮数，Eres(Si)表示传感器节点Si的当前剩余能量值，E0(Si)表示传感器节点Si的初始能量值，d(Si,Sink)表示传感器节点Si与汇聚节点Sink的空间距离，d(Sk,Si)表示传感器节点Sk与传感器节点Si的空间距离，传感器节点Sk是位于传感器节点Si感知范围内的传感器节点，K为传感器节点Si感知范围内的传感器节点数，
Figure BDA0002294555650000052
表示在当前轮次之前，传感器节点Si未当选为簇首节点的轮数，Nex为预设的簇首节点数的期望值，
Figure BDA0002294555650000053
表示在之前的簇首选举轮次中的簇首节点数的平均值，Ω表示上一轮选举中，未担任过簇首节点构成的集合。
有益效果：在上述实施方式中，在进行每轮簇首选举时，首先根据传感器节点生成的随机数与随机阈值的关系，把生成的随机数不小于随机阈值的传感器节点排除，直接划分为普通成员节点，而将其他传感器节点再通过预设的信任模型对传感器节点的可信性进行评估，从而选择出可信性高的传感器节点作为簇首节点。相比于现有的簇首选举机制而言，本实施例在根据传感器节点生成的随机数与随机阈值的关系进行初步筛选时，引入了传感器节点Si当前剩余能量值、当前能量值、传感器节点Si与汇聚节点的空间距离、传感器节点Si与其感知范围的传感器节点的空间距离、预设的簇首节点数的期望值、之前的簇首选举轮次中的簇首节点数的平均值以及
Figure BDA0002294555650000054
等多种因素的影响，从而更能够实现对传感器节点Si能否作为簇首节点的准确性评估，且上述随机阈值公式，不仅能够降低能量低的传感器节点当选为簇首节点的概率，从而降低了能量低的传感器节点的能量损耗，均衡了整个无线传感器网络的能量损耗，而且在利用随机阈值对传感器节点进行判断时，无需传感器节点之间进行信息交互，不会因为上述过程而增加无线传感器网络的额外能量损耗。
在一个可选的实施方式中，所述的按照预设的信任模型对该传感器节点的安全性进行评估，具体是：
利用下式计算传感器节点的可信度值：
Figure BDA0002294555650000061
式中，C(Sj)为传感器节点Sj的可信度值，Eres(Sj)、Eres(S0)分别为传感器节点Sj的当前剩余能量值和初始能量值，
Figure BDA0002294555650000062
为传感器节点Sj在已轮换选举中的可信度均值，若是首轮分簇，则
Figure BDA0002294555650000063
默认为1，d(Sj,Sink)为传感器节点Sj与汇聚节点的空间距离，E1(Sj)代表自由空间模型下，传感器节点Sj发送单位数据所需消耗的能量值，E2(Sj)代表多路径衰落模型下，传感器节点Sj发送单位数据所需消耗的能量值，α、β、γ为权重系数，其满足α+β+γ＝1，且α取值范围是(0.65,0.85)。
将计算得到的可信度值和预设的可信度阈值比较，若大于预设的可信度阈值，则该传感器节点可信度高。
有益效果：由于作为簇首节点的传感器节点不仅要接收其簇内其他传感器节点发送过来的数据，还要将其簇内传感器节点发送过来的数据转发至汇聚节点，因此，作为簇首节点的传感器节点能够可靠地将其融合后的数据转发至汇聚节点，对于后续对配电网各电力设备工作异常的判断起着十分重要的作用，因此，对作为簇首节点的传感器节点进行可信度评估很有必要，申请人创造性地在进行每轮分簇时，利用上式计算传感器节点的可信度值，把传感器节点生成的随机数小于随机阈值的传感器节点按照预设的信任模型进行可信度评估，对传感器节点做进一步筛选，从而能够筛选出可信度高的传感器节点作为簇首节点，承担数据接收、融合、转发的任务，有利于后续对配电网各电力设备工作异常的准确判断，保障该配电网能够更好的供电。
在一种可选的实施方式中，在每一轮簇首选举中，利用下式计算每轮簇头节点数目期望值，若最终确定的簇首节点数目小于该簇头节点数目期望值，则未当选为簇首节点的传感器节点应用安全加密随机数生成器重新生成一个0到1之间的随机数，并继续执行如上过程，再次从剩下的传感器节点中选择出合适的簇首节点，直至最终确定的簇首节点数目不小于该簇头节点数目期望值；其中，第r轮簇首节点数目期望值可通过下式计算得到：
Figure BDA0002294555650000071
式中，
Figure BDA0002294555650000072
为第r轮簇首节点数目期望值，Nh(r)为参与第r轮簇首节点选举中的高能量节点数，其中，高能量节点指的是当前剩余能量值大于预设的能量阈值的传感器节点，NCH(r-1)为第(r-1)轮选出的簇首节点数，Nh(r-1)为第(r-1)轮簇首节点选举中的高能量节点数，
Figure BDA0002294555650000073
为第r轮之前的轮数中选举出的簇首节点数的平均值，
Figure BDA0002294555650000074
为第r轮之前的轮数中高能量节点数的平均值，χ1、χ2为权重系数，int()为取整函数，其表示向上取整。
有益效果：利用上式计算每轮簇首节点数目的期望值，该簇首节点数目期望值基于上一轮分簇时的确定的簇首节点数与该轮中高能量节点数关系、以及过去已轮换分簇时，确定的簇首节点数均值与该轮中高能量节点数均值的影响，从而能够准确地估算当前轮数的簇首节点数的期望值，便于选择出数量合适的簇首节点，避免簇首节点过多或者过少带来的负面影响，比如，能量消耗过快、传感器节点过早死亡等。
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 (6)

1.一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，其特征在于，所述方法包括：
无线传感网络监测模块采集配电网中各电力设备的实时运行数据，并接收同步模块发送的同步时钟信息；
无线传感网络监测模块根据接收到的所述同步时钟信息确定所述实时运行数据的时标信息，并通过无线通信网络将匹配的实时运行数据和所述时标信息发送至数据处理模块；
数据处理模块根据接收到的所述实时运行数据和所述时标信息确定所述配电网是否工作异常，若配电网工作异常，则发送当前状态下的实时运行数据和时标信息至远程协助终端；
所述远程协助终端根据接收到的实时运行数据和时标信息，对配电网工作异常进行分析，并且向维修人员提供相应的解决方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，其特征在于，所述同步模块是通过北斗卫星导航系统、全球定位系统和伽利略卫星导航系统中的至少一个向所述无线传感网络监测模块发送同步时钟信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，其特征在于，所述无线传感网络监测模块包括：多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点部署于待监测位置处，用于采集其监测位置处的实时运行数据；所述汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的实时运行数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，其特征在于，所述汇聚节点还用于接收所述同步模块发送的同步时钟信息。
5.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，其特征在于，所述传感器节点通过自组织方式构成一个分簇结构的无线传感器网络；
所述传感器节点的角色包括：簇头节点和普通成员节点；所述普通成员节点将其监测到的实时运行数据转发至其簇首节点，进而由簇首节点汇聚其簇内普通成员节点发送的实时运行数据并发送至所述汇聚节点。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网技术的配电网作业远程协助方法，其特征在于，所述传感器节点按照如下簇首选举机制确定自身的角色，具体包括：
在每一轮分簇时，所述汇聚节点向所有传感器节点发送广播信号，每个传感器节点接收到广播信号后应用安全加密随机数生成器生成一个0到1之间的随机数；
如果该传感器生成的随机数不小于随机阈值，则该传感器节点的角色为普通成员节点；
如果该传感器节点生成的随机数小于随机阈值，则按照预设的信任模型对该传感器节点的可信性进行评估，若该传感器节点的可信度值大于预设的可信度阈值，则该传感器节点的角色为簇首节点，反之，则该传感器节点的角色为普通成员节点；
其中，设Η(Si)表示传感器节点Si的随机阈值，Η(Si)的计算公式为：
Figure FDA0002294555640000021
式中，Η(Si)表示传感器节点Si的随机阈值，p表示网络中簇首节点数目与总传感器节点的比例，r表示当前的选举轮数，Eres(Si)表示传感器节点Si的当前剩余能量值，E0(Si)表示传感器节点Si的初始能量值，d(Si,Sink)表示传感器节点Si与汇聚节点Sink的空间距离，d(Sk,Si)表示传感器节点Sk与传感器节点Si的空间距离，传感器节点Sk是位于传感器节点Si感知范围内的传感器节点，K为传感器节点Si感知范围内的传感器节点数，
Figure FDA0002294555640000022
表示在当前轮次之前，传感器节点Si未当选为簇首节点的轮数，Nex为预设的簇首节点数的期望值，
Figure FDA0002294555640000023
表示在之前的簇首选举轮次中的簇首节点数的平均值，Ω表示上一轮选举中，未担任过簇首节点构成的集合。
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