CN111510335A - 基于4g网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统 - Google Patents

基于4g网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，包括：监控终端抱箍安装在电力传输线缆的电线杆处，采集电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，并将采集到的内部电参数和外部环境数据发送至加密模块；加密模块对内部电参数和外部环境数据进行加密，并将加密处理后的数据返回至监控终端；4G无线通信模块将加密后的数据传输至电力服务器；电力服务器将接收到的数据传输给加密机，由加密机对数据进行解密，将解密后的数据返回给电力服务器；由电力服务器获取最终的电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，以判断现场是否出现故障隐患并对故障位置进行定位、记录、告警和处理，实现无人值守的全天候监控电力传输线缆。

Description

基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统
技术领域
本发明涉及配电网传输线缆安全监控技术领域，特别涉及一种基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统。
背景技术
现有电力数据传输方案的不足:目前电力上面广泛采用无线公网GPRS传输方式，由于使用的是移动运营商的公共网络，信息的安全性存在极大隐患。再者GPRS网络带宽很小，传输速率很慢其次，现有电力数据传输方案都是采用运营商的无线公用网络进行数据传输，无线公网由于比较开放，任何人都能轻松接入，安全性不是很好。。
此外，当遇到极端天气情况，冬季雨雪天的高海拔山区中，配电网的线缆容易产生结冰覆盖；在城市密集区域，架空电力线缆易被树枝等搭连；电力传输线缆通道上的重要部件的发热温度需要密切监测；通过气象站或监控摄像头可以及时发现并上报现场问题。
因此，目前电力数据传输安全性不高、延时长、带宽窄限制了电力上面的很多业务的拓展，如变电站、输电线的视频监控等。为了弥补目前方案的诸多不足，需要解决如下技术难点:网络传输中信息的安全性和可靠性问题；解决无线传输中的实时性差的问题；解决无线传输的带宽窄、速率低的问题；解决架空电力线缆的实时监控。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，包括：监控终端、4G无线通信模块、加密模块、加密机和电力服务器，其中，所述监控终端与所述加密模块进行双向通信，所述监控终端与所述4G无线通信模块进行双向通信，所述4G无线通信模块通过专用4G网络与所述电力服务器进行无线信号传输，所述电力服务器与所述加密机进行通信，
所述监控终端抱箍安装在电力传输线缆的电线杆处，用于采集所述电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，以监控电力传输线缆实时状态，并将采集到的内部电参数和外部环境数据发送至所述加密模块；
所述加密模块对内部电参数和外部环境数据进行加密，并将加密处理后的数据返回至所述监控终端，由所述监控终端进一步发送至所述4G无线通信模块；
所述4G无线通信模块通过专用4G网络将加密后的数据以4G信号形式传输给所述电力服务器；
所述电力服务器将接收到的数据集传输给所述加密机，再由所述加密机对数据进行解密，然后将解密后的数据返回给所述电力服务器；由所述电力服务器获取最终的所述电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，并进行分析，以判断现场是否出现故障隐患并对故障位置进行定位、记录、告警和处理，实现无人值守的全天候监控电力传输线缆。
进一步，所述监控终端包括：配电开关监控终端、气象站和监控摄像头，
所述配电开关监控终端用于采集电力传输线缆的实时电参数；
所述气象站用于采集所述电力传输线缆所在外部环境的气象数据；
所述监控摄像头用于采集所述电力传输线缆的图像数据。
进一步，所述监控终端通过SPI接口与所述加密模块进行通信，所述监控终端通过所述USB接口与所述4G无线通信模块进行通信。
进一步，所述4G无线通信模块与专用4G网络进一步设有射频信号收发器，由所述4G无线通信模块通过射频信号收发器将加密后的内部电参数和外部环境数据，以4G 无线信号的形式发送给专用4G网络。
进一步，所述4G无线通信模块与所述专用4G网络通过身份认证成功注册上4G网络。
进一步，所述电力服务器还用于通过专用4G网络将携带数据信息的4G无线信号发送给所述4G无线通信模块，再由所述4G无线通信模块将所述4G无线信号转换为数字信号，并通过USB接口发送至监控终端，由所述监控终端与所述电力服务器通过4G 网络实现数据交互。
进一步，所述监控终端将采集到的数据通过电力协议封装成数字信号格式，并将携带数据信息的数字信号发送给所述4G无线通信模块。
根据本发明实施例的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，可及时定位配电网中故障线缆的精确地址及现场状况可视化，大大减少因线缆故障引起的事故频次，减少解决问题的时间，提高了配电网中数据传输的安全性和可靠。本实时监控系统传输速率快，延迟低，保证了传输的实时性，可及时发现在现场出现的故障隐患，便于及时查找故障原因，处理隐患。本发明实现整个电网传输配电网系统中数量巨大的传输线缆的可靠性监控，同时保证配电网中出现故障时及时发现、且故障不扩散。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统的结构图；
图2为根据本发明实施例的配电开关监控终端的功能框图；
图3为根据本发明实施例的配电开关监控终端的主控电路图；
图4为根据本发明实施例的射频信号收发器的电路图；
图5为根据本发明实施例的加密模块的详细电路图；
图6a至图6d为根据本发明实施例的监控终端的结构图；
图7a至图7d为根据本发明一个实施例的监控终端的安装机构的示意图；
图8a至图8d为根据本发明另一个实施例的监控终端的安装机构的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，包括：监控终端1、4G无线通信模块2、加密模块3、加密机6和电力服务器5。
具体的，监控终端1与加密模块3进行双向通信，监控终端1与4G无线通信模块 2进行双向通信，4G无线通信模块2通过专用4G网络4与电力服务器5进行无线信号传输，电力服务器5与加密机6进行通信。
监控终端1安装在电力传输线缆的邻近处，用于采集电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，以监控电力传输线缆实时状态，并将采集到的内部电参数和外部环境数据发送至加密模块3。其中，监控终端1通过SPI接口方式与加密模块3进行通信连接。图2为根据本发明实施例的配电开关监控终端的功能框图。图6a至图6d为根据本发明实施例的监控终端的结构图。图7a至图7d、图8a至图8d分别为配电开关监控终端的安装机构的结构图。
在本发明的实施例中，监控终端1包括：配电开关监控终端1、气象站和监控摄像头。
具体的，配电开关监控终端用于采集电力传输线缆的实时电参数。例如：电流、电压等参数，从而获取采集电力传输线缆的实时内部电参数。气象站用于采集电力传输线缆所在外部环境的气象数据，例如温度、湿度、风速、风向等数据，从而可以获知电力传输线缆所在外部环境情况，实时对电力传输线缆可能存在的环境隐患进行监控。监控摄像头用于采集电力传输线缆的图像数据，例如：电力传输线缆的外观图像，从而判断电力传输线缆是否出现破损等状况。图3为配电开关监控终端的电路图，采用ARM微控制器实现。
加密模块3对内部电参数和外部环境数据进行加密，并将加密处理后的数据返回至监控终端，由监控终端进一步发送至4G无线通信模块2。图5为根据本发明实施例的加密模块的详细电路图。
4G无线通信模块2通过专用4G网络4将加密后的数据以4G信号形式传输给电力服务器5。
在本发明的实施例中，监控终端1通过USB接口与4G无线通信模块2进行通信。
需要说明的是，4G无线通信模块2与专用4G网络4进一步设有射频信号收发器，由4G无线通信模块2通过射频信号收发器将加密后的内部电参数和外部环境数据，以 4G无线信号的形式发送给专用4G网络4，再由专用4G网络4接收数据信息的4G无线信号，并将4G无线信号转发至电力服务器5。图4为根据本发明实施例的射频信号收发器的电路图。
在本发明的实施例中，4G无线通信模块2采用1.4/1.8GHz的4G无线通信模块2，专用4G网络4采用1.4/1.8GHz无线专用网络。
在本发明的实施例中，4G无线通信模块2与专用4G网络4通过身份认证，在身份成功注册上4G网络。
电力服务器5通过网口与加密机6进行通信，将接收到的数据集传输给加密机6，再由加密机6对数据进行解密，然后将解密后的数据返回给电力服务器5；由电力服务器5获取最终的电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，并进行分析，以判断现场是否出现故障隐患并对故障位置进行定位。
其中，电力服务器5即为电网主站服务器。
具体的，电力服务器5还用于通过专用4G网络4将携带数据信息的4G无线信号发送给4G无线通信模块2，再由4G无线通信模块2将4G无线信号转换为数字信号，并通过USB接口发送至监控终端，由监控终端与电力服务器5通过4G网络实现数据交互。
监控终端将采集到的数据通过电力协议封装成数字信号格式，并将携带数据信息的数字信号通过USB接口发送给4G无线通信模块2。4G无线通信模块2的USB接口接收数字信号，并将数字信号转化为4G无线。
根据本发明实施例的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，可及时发现配电网中故障线缆的精确地址及现场状况，大大减少因线缆故障引起的事故，增加解决问题的时间，并且提高了配电网中视频数据传输的安全性和可靠，传输速率快，延迟低，保证了传输的实时性，可及时发现在现场出现的故障隐患，便于及时处理隐患，查找故障原因。本发明实现整个电网传输配电网系统中数量巨大的传输线缆的可靠监控，同时保证配电网中出现故障时及时发现、且故障不扩散。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，其特征在于，包括：监控终端、4G无线通信模块、加密模块、加密机和电力服务器，其中，所述监控终端与所述加密模块进行双向通信，所述监控终端与所述4G无线通信模块进行双向通信，所述4G无线通信模块通过专用4G网络与所述电力服务器进行无线信号传输，所述电力服务器与所述加密机进行通信，
所述监控终端抱箍安装在电力传输线缆的电线杆处，用于采集所述电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，以监控电力传输线缆实时状态，并将采集到的内部电参数和外部环境数据发送至所述加密模块；
所述加密模块对内部电参数和外部环境数据进行加密，并将加密处理后的数据返回至所述监控终端，由所述监控终端进一步发送至所述4G无线通信模块；
所述4G无线通信模块通过专用4G网络将加密后的数据以4G信号形式传输给所述电力服务器；
所述电力服务器将接收到的数据传输给所述加密机，再由所述加密机对数据进行解密，然后将解密后的数据返回给所述电力服务器；由所述电力服务器获取最终的所述电力传输线缆的内部电参数和外部环境数据，并进行分析，以判断现场是否出现故障隐患并对故障位置进行定位、记录、告警和处理，实现无人值守的全天候监控电力传输线缆。
2.如权利要求1所述的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，其特征在于，所述监控终端包括：配电开关监控终端、气象站和监控摄像头，
所述配电开关监控终端用于采集电力传输线缆的实时电参数；
所述气象站用于采集所述电力传输线缆所在外部环境的气象数据；
所述监控摄像头用于采集所述电力传输线缆的图像数据。
3.如权利要求1所述的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，其特征在于，所述监控终端通过SPI接口与所述加密模块进行通信，所述监控终端通过所述USB接口与所述4G无线通信模块进行通信。
4.如权利要求1所述的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，其特征在于，所述4G无线通信模块与专用4G网络进一步设有射频信号收发器，由所述4G无线通信模块通过射频信号收发器将加密后的内部电参数和外部环境数据，以4G无线信号的形式发送给专用4G网络。
5.如权利要求1所述的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，其特征在于，所述4G无线通信模块与所述专用4G网络通过身份认证成功注册上4G网络。
6.如权利要求1所述的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，其特征在于，所述电力服务器还用于通过专用4G网络将携带数据信息的4G无线信号发送给所述4G无线通信模块，再由所述4G无线通信模块将所述4G无线信号转换为数字信号，并通过USB接口发送至监控终端，由所述监控终端与所述电力服务器通过4G网络实现数据交互。
7.如权利要求6所述的基于4G网络及加密方式的电力传输配电网的实时监控系统，其特征在于，所述监控终端将采集到的数据通过电力协议封装成数字信号格式，并将携带数据信息的数字信号发送给所述4G无线通信模块。
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