CN116609547A - 基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统和方法,包括若干分布在两相邻杆塔之间的导线上的监测传感器,与监测传感器通讯的边缘智能网关,与边缘智能网关设有北斗短报文通信模块;监测传感器之间等档距间隔设置,监测传感器包括微机电系统和微功率无线网络单元,监测传感器通过微功率无线网络与边缘智能网关通信。将监测点位的角速度与监测点位的实时位移作为模拟监测点位的运动参数,将各个相邻监测点之间的相对位置变化作为各个监测点位的运行约束,形成导线舞动姿态信息。在无公网地区或者数据通信通道发生故障时,通过北斗短报文通信单元通信,使系统具有多种通信链路的选择同时保障数据通信的及时性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路检测技术领域,尤其涉及一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统和方法。
背景技术
随着电网设备规模的持续快速发展,在长距离输电通道中导线舞动事故也日益频繁,导线舞动严重将会造成多条线路发生闪络跳闸、塔材螺栓松动、绝缘子碰撞破损、跳线断裂、间隔棒等金具损坏断裂、掉串掉线、塔杆结构受损、倒塔等不同等级的事故,影响电网的安全稳定运行。
现有技术对输电导线的状态监测往往采用人工巡视或者通过气象数据进行预测,直观获取导线的运行状态,针对复杂气象环境下的输电线路舞动的监测环境往往处于山区地形。铁架通常架设于人烟稀少交通不便的山区或者河谷,人工巡视难度较高同时需要较高的人力成本,存在人员安全隐患;通过气象数据进行间接预警,输电导线的状态需要从导线的舞动幅值、频率、倾斜角等多维度的特征进行综合判断,对数据质量要求较高,然而气象数据具有一定时滞性且存在误差较大,对于通信信号覆盖不完善的地区,存在气象感知信号难以回传的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的输电导线状态监测难以及时完善获取输电导线各个维度的状态信息的问题,提供一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统和方法,提升数据传输的可靠性,提高导线状态检测的准确性。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,包括若干分布在两相邻杆塔之间的导线上的监测传感器,与所述监测传感器通讯的边缘智能网关,与所述边缘智能网关设有北斗短报文通信模块;
所述监测传感器之间等水平间距间隔设置,所述监测传感器包括微机电系统和微功率无线网络单元,监测传感器通过所述微功率无线网络与所述边缘智能网关通信。还包括电源模块,所述电源模块包括太阳能电池板和高能量密度可充电电池;所述高能量密度可充电电池作为备用电池使用,系统采用太阳能电池供电或者太阳能电池与备用电池双路供电使用;
系统基于微功率无线网络单元进行短距离通信,结合北斗短报文的数据传输链路保障数据上报通信的及时性和可靠性。
作为优选,所述监测传感器用于生成安装点位导线舞动信息,所述导线舞动信息包括导线舞动加速度,导线舞动角度和导线舞动频率;
所述边缘智能网关,根据所有监测点位的导线舞动信息生成导线舞动姿态,并将所述导线舞动姿态通过北斗短报文通信模块传送给主站系统。便于工作人员及时掌握导线舞动情况,以便在紧急状态下制定应对措施,减少经济损失。
作为优选,所述微功率无线网络单元还包括用于将监测传感器生成的导线舞动信息传输给主站系统;
所述微机电系统包括陀螺仪和加速度计;所述陀螺仪用于监测对应监测点位的旋转角度,所述加速度计用于监测对应监测点位的三轴加速度。当导线舞动时,其在加减速的情况下,三轴加速度所组合的加速度方向并不在重力加速度的方向上,导线会发生扭转,陀螺仪通过对旋转角度的累加进行姿态结算,通过加速度计数据与陀螺仪的数据相结合,结算出正确的导线姿态。
作为优选,所述边缘智能网关设置在所述塔杆上,所述边缘智能网关还包括数据处理单元、微功率无线网络单元和数据通信单元;所述北斗短报文通信单元与所述数据处理单元通过RS485连接。在无公网地区或者数据通信通道发生故障时,通过北斗短报文通信单元通信,使系统具有多种通信链路的选择同时保障数据通信的及时性和可靠性。
一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别,应用于本申请所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,包括:
步骤S1:将两个相邻塔杆之间的导线在档距若干等分位置设置监测点位;
步骤S2:实时监测所述导线上所有监测点位的导线舞动信息;
步骤S3:将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线舞动姿态信息;
步骤S4:将所述导线舞动姿态信息传输给主站系统。通过在监测点位上设置监测传感器,感知各个监测点位的参数信息,形成导线安装点位导线舞动信息,在系统内部实现导线状态智能整合,减少数据传输量,进一步降低系统功耗。
作为优选,步骤S4所述的将所述导线舞动姿态信息传输给主站系统包括:检测公网通道或者数据通道是否通畅,若公网通道或数据通道通畅则采用公网通道或数据通道通信;若公网通道和数据通道均堵塞则采用北斗短报文通信单元通信。系统采用数据通信、公网等多通道通信,结合北斗短报文的数据传输链路保障数据上报通信的及时性和可靠性。
作为优选,步骤S2所述的实时监测所述导线上所有监测点位的导线舞动信息包括:
将导线上所有监测传感器按照位置进行编号;监测传感器采用陀螺仪采集当前监测点位导线的角速度,采用加速度计采集当前监测点位导线的三轴加速度,结合监测传感器编号生成监测点位导线舞动信息,将所述监测点位导线舞动信息通过微功率无线网络单元分别传输给边缘智能网关和主站系统。通过微功率无线网络单元近距离通信,提高通信方式的灵活度,提高通信效率,降低通信成本。
作为优选,步骤S3所述的将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线舞动姿态信息包括:
将当前时刻的导线的角速度与对应方向前一时刻的导线角速度进行计算获得角度变化率RateAxz=(Axz1-Axz0)/(t1-t0)2:
其中,RateAxz为角度变化率,Axz1为当前时刻导线角速度,Axz0为前一时刻的导线角速度,t1为当前时刻,t0为前一时刻。
作为优选,步骤S3所述的将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线的舞动姿态信息包括:
以导线只受重力且静止状态下每个监测点位所在的垂直面为该监测点的基准平面,基于该监测点位的导线舞动信息确定该监测点位相对于基准平面的实时位移,并基于各个监测的点位的实时位移获得各个相邻监测点之间的相对位置变化。
作为优选,步骤S3所述的将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线的舞动姿态信息包括:
将所述监测点位的角速度与监测点位的实时位移作为模拟监测点位的运动参数,将各个相邻监测点之间的相对位置变化作为各个监测点位的运行约束,形成导线舞动姿态信息。将陀螺仪数据与加速度数据进行互补,以解算出正确的姿态。
因此,本发明具有如下有益效果:(1)通过在导线上设置监测传感器监测导线数据,根据所有监测点位的导线舞动信息生成导线舞动姿态,便于工作人员远程掌握导线舞动情况,以便在紧急状态下制定应对措施,减少经济损失。(2)在无公网地区或者数据通信通道发生故障时,通过北斗短报文通信单元通信,使系统具有多种通信链路的选择同时保障数据通信的及时性和可靠性。(2)将所述监测点位的角速度与监测点位的实时位移作为模拟监测点位的运动参数,将各个相邻监测点之间的相对位置变化作为各个监测点位的运行约束,形成导线舞动姿态信息。将陀螺仪数据与加速度数据进行互补,以解算出正确的姿态。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统结连接框图。
图2是本发明一实施例一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别方法流程图。
图中:1、监测传感器 2、边缘智能网关 3、通信终端 4、电源模块 5、主站系统。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例:
如图1所示的一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,包括在相邻塔杆之间以2/9档距均匀设置若干监测传感器1,其中档距为相邻两塔杆之间的距离,相邻的所述检测传感器之间采用微功率无线网络通信连接,所述塔杆上设置有边缘智能网关2;所述边缘智能网关2与所述监测传感器1通过微功率无线网络连接;
监测传感器1具有用于检测导线姿态的微机电系统,所述微机电系统包括陀螺仪和加速度计;所述陀螺仪用于监测对应监测点位的旋转角度,所述加速度计用于监测对应监测点位的三轴加速度。当导线舞动时,其在加减速的情况下,三轴加速度所组合的加速度方向并不在重力加速度的方向上,导线会发生扭转,陀螺仪通过对旋转角度的累加进行姿态结算,通过加速度计数据与陀螺仪的数据相结合,结算出正确的导线姿态。
所述检测传感器将检测到的导线舞动信息通过微功率无线网络传输给对应的边缘智能网关2;系统基于微功率无线网络单元进行短距离通信,结合北斗短报文的数据传输链路保障数据上报通信的及时性和可靠性。
所述边缘智能网关2内置数据处理单元、微功率无线网络单元、北斗短报文通信单元和通信终端3,所述数据处理单元用于对当前接收的导线舞动信息进行处理,解算出当前导线舞动姿态,并对满足报警条件的导线姿态生成报警信息;所述北斗短报文通信单元与所述数据处理单元通过RS485连接。在无公网地区或者数据通信通道发生故障时,通过北斗短报文通信单元通信,使系统具有多种通信链路的选择同时保障数据通信的及时性和可靠性。
还包括电源模块4,所述电源模块4包括太阳能电池板和高能量密度可充电电池;所述高能量密度可充电电池作为备用电池使用,系统采用太阳能电池供电或者太阳能电池与备用电池双路供电使用。
本实施例还公开了一种基于北斗定位的高压输电导线舞动识别方法,如图2所示,包括:
步骤S1:将两个相邻塔杆之间的导线在档距若干等分位置设置监测点位;通过在监测点位上设置监测传感器1,感知各个监测点位的参数信息,形成导线安装点位导线舞动信息,在系统内部实现导线状态智能整合,减少数据传输量,进一步降低系统功耗。
步骤S2:实时监测所述导线上所有监测点位的导线舞动信息;
将导线上所有监测传感器1按照位置进行编号;监测传感器1采用陀螺仪采集当前监测点位导线的角速度,采用加速度计采集当前监测点位导线的三轴加速度,结合监测传感器1编号生成监测点位导线舞动信息,将所述监测点位导线舞动信息通过微功率无线网络单元分别传输给边缘智能网关2和主站系统5。通过微功率无线网络单元近距离通信,提高通信方式的灵活度,提高通信效率,降低通信成本。
步骤S3:将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线舞动姿态信息;将当前时刻的导线的角速度与对应方向前一时刻的导线角速度进行计算获得角度变化率RateAxz=(Axz1-Axz0)/(t1-t0)2:
其中,RateAxz为角度变化率,Axz1为当前时刻导线角速度,Axz0为前一时刻的导线角速度,t1为当前时刻,t0为前一时刻。
以导线只受重力且静止状态下每个监测点位所在的垂直面为该监测点的基准平面,基于该监测点位的导线舞动信息确定该监测点位相对于基准平面的实时位移,并基于各个监测的点位的实时位移获得各个相邻监测点之间的相对位置变化。
将所述监测点位的角速度与监测点位的实时位移作为模拟监测点位的运动参数,将各个相邻监测点之间的相对位置变化作为各个监测点位的运行约束,形成导线舞动姿态信息。将陀螺仪数据与加速度数据进行互补,以解算出正确的姿态。
步骤S4:将所述导线舞动姿态信息传输给主站系统5。检测公网通道或者数据通道是否通畅,若公网通道或数据通道通畅则采用公网通道或数据通道通信;若公网通道和数据通道均堵塞则采用北斗短报文通信单元通信。系统采用数据通信、公网等多通道通信,结合北斗短报文的数据传输链路保障数据上报通信的及时性和可靠性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了监测点位、微机电系统、导线舞动信息、导线舞动姿态等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,其特征是,包括若干分布在两相邻杆塔之间的导线上的监测传感器,与所述监测传感器通讯的边缘智能网关,与所述边缘智能网关设有北斗短报文通信模块;
所述监测传感器之间等水平间距间隔设置,所述监测传感器包括微机电系统和微功率无线网络单元,监测传感器通过所述微功率无线网络与所述边缘智能网关通信。
2.根据权利要求1所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,其特征是,所述监测传感器用于生成安装点位导线舞动信息,所述导线舞动信息包括导线舞动加速度,导线舞动角度和导线舞动频率;
所述边缘智能网关,根据所有监测点位的导线舞动信息生成导线舞动姿态,并将所述导线舞动姿态通过北斗短报文通信模块传送给主站系统。
3.根据权利要求2所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,其特征是,所述微功率无线网络单元还包括用于将监测传感器生成的导线舞动信息传输给主站系统;
所述微机电系统包括陀螺仪和加速度计;所述陀螺仪用于监测对应监测点位的旋转角度,所述加速度计用于监测对应监测点位的三轴加速度。
4.根据权利要求3所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,其特征是,所述边缘智能网关设置在所述塔杆上,所述边缘智能网关还包括数据处理单元、微功率无线网络单元和数据通信单元;所述北斗短报文通信单元与所述数据处理单元通过RS485连接。
5.一种基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别方法,应用于权利要求1-4任一项所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别系统,其特征是,包括:
步骤S1:将两个相邻塔杆之间的导线在档距若干等分位置设置监测点位;
步骤S2:实时监测所述导线上所有监测点位的导线舞动信息;
步骤S3:将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线舞动姿态信息;
步骤S4:将所述导线舞动姿态信息传输给主站系统。
6.根据权利要求5所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别方法,其特征是,步骤S4所述的将所述导线舞动姿态信息传输给主站系统包括:检测公网通道或者数据通道是否通畅,若公网通道或数据通道通畅则采用公网通道或数据通道通信;若公网通道和数据通道均堵塞则采用北斗短报文通信单元通信。
7.根据权利要求6所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别方法,其特征是,步骤S2所述的实时监测所述导线上所有监测点位的导线舞动信息包括:
将导线上所有监测传感器按照位置进行编号;监测传感器采用陀螺仪采集当前监测点位导线的角速度,采用加速度计采集当前监测点位导线的三轴加速度,结合监测传感器编号生成监测点位导线舞动信息,将所述监测点位导线舞动信息通过微功率无线网络单元分别传输给边缘智能网关和主站系统。
8.根据权利要求6或7所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别方法,其特征是,步骤S3所述的将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线舞动姿态信息包括:
将当前时刻的导线的角速度与对应方向前一时刻的导线角速度进行计算获得角度变化率RateAxz=(Axz1-Axz0)/(t1-t0)2:
其中,RateAxz为角度变化率,Axz1为当前时刻导线角速度,Axz0为前一时刻的导线角速度,t1为当前时刻,t0为前一时刻。
9.根据权利要求8所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别方法,其特征是,步骤S3所述的将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线的舞动姿态信息包括:
以导线只受重力且静止状态下每个监测点位所在的垂直面为该监测点的基准平面,基于该监测点位的导线舞动信息确定该监测点位相对于基准平面的实时位移,并基于各个监测的点位的实时位移获得各个相邻监测点之间的相对位置变化。
10.根据权利要求9所述的基于北斗短报文通信的高压输电导线舞动识别方法,其特征是,步骤S3所述的将所有监测点位的导线舞动信息根据检测点位的位置关系整合形成导线的舞动姿态信息包括:
将所述监测点位的角速度与监测点位的实时位移作为模拟监测点位的运动参数,将各个相邻监测点之间的相对位置变化作为各个监测点位的运行约束,形成导线舞动姿态信息。
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