CN117318843B - 基于5g通信的电力设备安全监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于5G通信的电力设备安全监测方法，具体涉及电力设备监测技术领域，通过获取反射系数幅度和计算天线反射波动值，在天线反射波动值超过阈值时生成传输非正常信号，及时预警5G天线传输数据存在的问题，避免数据传输不稳定性对风力涡轮机的监测和安全性评估产生影响；通过采集运行安全信息包括的转动信息和频率匹配信息，可以实时监测风力涡轮机的安全状况，计算运行综合安全评估系数，根据运行综合安全评估系数与阈值的比较来判断风力涡轮机的安全性，当生成糟糕预警信号，促使采取必要的维护和检修措施，确保风力涡轮机的安全运行，延长风力涡轮机的使用寿命，提高其安全性、可靠性和效率。

Description

基于5G通信的电力设备安全监测方法

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，更具体地说，本发明涉及基于5G通信的电力设备安全监测方法。

背景技术

5G通信是第五代移动通信技术，是对前几代移动通信标准的进一步发展和升级。它具备了更高的传输速率、更低的延迟、更大的连接密度和更高的可靠性，为各种应用场景提供了更强大的通信能力；利用5G通信技术来实现对电力设备的安全监测，利用5G网络的高速传输、低延迟和大连接数等特性，将电力设备与监测系统进行连接，实现对设备状态、运行数据和安全状况的实时监测和管理。

风力涡轮机属于电力设备，风力涡轮机通常安装在偏远地区，在偏远地区对风力涡轮机的安全进行监测时，因为地理位置偏远的原因，存在对风力涡轮机的安全监测不够及时的问题；基于5G通信技术对风力涡轮机的安全监测数据进行实时传输，能够使得管理人员实时快速地得知风力涡轮机的实时安全情况，但是并没有考虑到5G通信设备的状态对风力涡轮机的安全监测是否稳定。

为了解决上述问题，现提供一种技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供基于5G通信的电力设备安全监测方法以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于5G通信的电力设备安全监测方法，包括如下步骤：

步骤S1：采集5G天线状态信息并计算反射系数幅度和反射系数幅度平均值，通过反射系数幅度和反射系数幅度平均值计算得到天线反射波动值；

步骤S2：设定天线反射波动值阈值，通过天线反射波动值与天线反射波动值阈值的比较，判断5G天线的传输数据情况；

步骤S3：采集运行安全信息，通过运行安全信息和天线反射波动值计算运行综合安全评估系数；

步骤S4：通过运行综合安全评估系数和安全评估阈值的比较，判断风力涡轮机的运行的综合安全性。

在一个优选的实施方式中，5G天线状态信息通过天线反射波动值体现，计算天线反射波动值；设定天线反射波动值阈值，当天线反射波动值大于天线反射波动值阈值，生成传输非正常信号；当天线反射波动值大于天线反射波动值阈值，生成传输正常信号。

在一个优选的实施方式中，天线反射波动值的获取方法为：计算反射系数幅度，反射系数幅度公式为：；其中，/>分别为反射系数幅度、负载阻抗以及传输线特性阻抗；获取采集的/>个反射系数幅度，设定反射系数幅度集合，计算反射系数幅度集合内/>个反射系数幅度平均值，将反射系数幅度集合的/>个反射系数幅度的编号标记为/>，/>；

根据反射系数幅度和反射系数幅度平均值计算天线反射波动值，天线反射波动值表达式为：；/>为集合内反射系数幅度，/>为反射系数幅度平均值，/>为天线反射波动值。

在一个优选的实施方式中，运行安全信息包括转动信息和频率匹配信息；转动信息包括转矩偏差评估值，频率匹配信息包括输出频率匹配度；

将天线反射波动值、转矩偏差评估值以及输出频率匹配度加权求和获得综合安全评估系数；通过运行综合安全评估系数对风力涡轮机的运行的综合安全性进行评估。

在一个优选的实施方式中，设定安全评估阈值；通过运行综合安全评估系数和安全评估阈值的比较，判断是否生成信号进行预警：当运行综合安全评估系数大于安全评估阈值，生成运行糟糕预警信号；当运行综合安全评估系数小于等于安全评估阈值，生成运行正常信号。

在一个优选的实施方式中，转矩偏差评估值的获取方法为：获取转矩，设定安全转矩范围；获取在时间R内，转矩不在安全转矩范围内的时间，将转矩不在安全转矩范围内的时间标记为r1，转矩偏差评估值为r1与R的比值；

输出频率匹配度具体获取方法为：获取实际输出频率和期望输出频率；根据实际输出频率和期望输出频率计算输出频率匹配度，其公式为：；其中，分别为输出频率匹配度、实际输出频率以及期望输出频率。

本发明基于5G通信的电力设备安全监测方法的技术效果和优点：

1、通过获取反射系数幅度和计算天线反射波动值，在天线反射波动值超过阈值时生成传输非正常信号，可以及时预警5G天线传输数据存在的问题，这有助于发现5G天线的质量问题、设备连接的不匹配等情况，避免数据传输不稳定性对风力涡轮机的监测和安全性评估产生影响。

2、通过采集运行安全信息包括的转动信息和频率匹配信息，可以实时监测风力涡轮机的安全状况，通过将天线反射波动值、转矩偏差评估值和输出频率匹配度进行加权求和计算运行综合安全评估系数，根据运行综合安全评估系数与阈值的比较来判断风力涡轮机的安全性，当综合安全评估系数超过阈值时，可以生成糟糕预警信号，促使采取必要的维护和检修措施，确保风力涡轮机的安全运行，延长风力涡轮机的使用寿命，提高其安全性、可靠性和效率。

附图说明

图1为本发明基于5G通信的电力设备安全监测方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，图1给出了本发明基于5G通信的电力设备安全监测方法，其包括如下步骤：

步骤S1：采集5G天线状态信息并计算反射系数幅度和反射系数幅度平均值，通过反射系数幅度和反射系数幅度平均值计算得到天线反射波动值。

步骤S2：设定天线反射波动值阈值，通过天线反射波动值与天线反射波动值阈值的比较，判断5G天线的传输数据情况。

步骤S3：采集运行安全信息，通过运行安全信息和天线反射波动值计算运行综合安全评估系数。

步骤S4：通过运行综合安全评估系数和安全评估阈值的比较，判断风力涡轮机的运行的综合安全性。

5G通信设备包括5G天线，5G天线用于接收和发送无线信号，与传统的天线相比，5G天线更加复杂和多样化，可以实现波束赋形（Beamforming）和波束跟踪（Beam Tracking）等技术，提高信号质量和覆盖范围；5G天线故障或损坏可能导致信号质量下降或通信中断，5G天线通常由多个天线元件组成，如果其中某个天线元件损坏或失效，会导致信号发射或接收的不完整，影响通信的稳定性和可靠性。

在步骤S1中，采集5G天线状态信息，5G天线状态信息通过天线反射波动值体现，天线反射波动值的获取方法为：

计算反射系数幅度；5G天线的反射系数幅度反映了天线对信号的反射能力，反射系数幅度公式为：；其中，/>分别为反射系数幅度、负载阻抗以及传输线特性阻抗；较大的反射系数幅度会降低数据传输的性能和效率，信号反射和损耗会降低传输距离、覆盖范围和容量，从而导致在传输监测风力涡轮机的相关数据时不及时和准确性差；反射系数幅度越小，信号传输质量越好。

其中，负载阻抗是连接到天线末端的设备或传输线的阻抗，使用阻抗测量仪器测量负载阻抗；传输线特性阻抗是指用于连接天线和设备的传输线的阻抗特性；通常，传输线特性阻抗是已知的，在5G天线的设计或规格文档中进行获取。

由于偏远地区的环境条件、设备故障或其他因素，负载阻抗可能发生变化，从而导致反射系数的增大；如果负载阻抗大于或小于传输线特性阻抗，都会导致信号的能量损失和信号质量的下降，发生信号的部分反射。

获取时间T内的所采集的个反射系数幅度，设定反射系数幅度集合，反射系数幅度集合内包括所采集的/>个反射系数幅度，计算反射系数幅度集合内/>个反射系数幅度平均值，对反射系数幅度集合的/>个反射系数幅度进行编号，将时间T内监测的/>个反射系数幅度的编号标记为/>，/>；/>为正整数。

反射系数幅度平均值为反射系数幅度集合内的个反射系数幅度相加后与/>的比值。

通过反射系数幅度、反射系数幅度平均值计算天线反射波动值，天线反射波动值表达式为：；/>为集合内反射系数幅度，/>为反射系数幅度平均值，/>为天线反射波动值；天线反射波动值越大，在时间T内反射系数幅度波动越大，即5G天线在传输数据的稳定性越差，5G天线可能存在自身的质量问题，不利于对风力涡轮机安全性的监测。

时间T根据实际情况进行设定。

存在由于外部干扰源和天气条件影响，如电磁干扰或其他无线设备对信号产生影响，导致反射系数幅度的短期变化的情况；天线反射波动值反映了在时间T内5G天线的稳定情况。

在步骤S2中，设定天线反射波动值阈值，当天线反射波动值大于天线反射波动值阈值，生成传输非正常信号，此时，5G天线在时间T内的传输数据情况糟糕，5G天线极大可能存在质量问题，还可能和其他连接5G天线的设备存在不匹配等问题，根据生成的传输非正常信号，安排专业维修人员对5G天线以及与其连接的设备进行检查维修，必要时对5G天线进行更换。

当天线反射波动值大于天线反射波动值阈值，生成传输正常信号，此时在时间T内的反射系数幅度波动情况对传输数据的影响存在，但影响较小，不影响正常的传输数据。

天线反射波动值阈值是依据天线反射波动值大小，以及时间T内能够保持正常的数据传输所能接受的反射系数幅度的波动变化，是依据专业技术人员经过大量实验得出，此处不再赘述。

通过获取反射系数幅度和计算天线反射波动值，可以评估5G天线在传输数据过程中的稳定性和质量；根据设定的天线反射波动值阈值，在天线反射波动值超过阈值时生成传输非正常信号，可以及时预警5G天线传输数据存在的问题，这有助于发现5G天线的质量问题、设备连接的不匹配等情况，并根据生成的传输非正常信号，可以安排专业维修人员对5G天线和连接设备进行检查和维修，这样可以及时处理潜在的问题，避免数据传输不稳定性对风力涡轮机的监测和安全性评估产生影响。

在步骤S3中，采集运行安全信息，运行安全信息反映了风力涡轮机运行时的实时安全状况，通过采集运行安全信息，对风力涡轮机进行监测，以及时了解风力涡轮机的实时安全状况，在风力涡轮机出现故障等影响安全的情况时，及时发现并发出预警。

运行安全信息包括转动信息和频率匹配信息。

转动信息包括转矩偏差评估值，转矩偏差评估值的获取方法如下：

获取转矩，转矩是指风力作用在涡轮机的桨叶上产生的力矩，转矩表示风力涡轮机传输能量的能力；转矩过大，意味着机械部件承受的负荷也相应增加，长期处于高负荷状态可能导致机械部件的疲劳、损坏或过早磨损，从而影响风力涡轮机的安全性；过大或过小的转矩可能表明风力涡轮机受到过载或欠载的影响，存在故障或不正常的工作状态。

设定安全转矩范围，获取在时间R内，转矩不在安全转矩范围内的时间，将转矩不在安全转矩范围内的时间标记为r1，转矩偏差评估值为r1与R的比值；转矩偏差评估值越大，转矩处于不正常的数值的时间占比越大，即风力涡轮机处于不正常运行的时间越长，对风力涡轮机的安全的不利影响越大。

时间R是依据实际情况进行设定，此处不再赘述。

安全转矩范围是根据风力涡轮机的设计参数、结构强度、动力传输系统的能力等因素来确定，例如根据大量的风力涡轮机的在实际运行中的安全要求以及风力涡轮机的型号等实际情况进行设定，此处不再赘述。

频率匹配信息包括输出频率匹配度，输出频率匹配度是评估风力涡轮机转速与发电机输出频率之间匹配程度的指标；通过输出频率匹配度可以及时发现风力涡轮机的运行异常或故障，采取相应的措施进行维修和调整，以确保风力涡轮机的安全性、可靠性和高效性。

获取实际输出频率和期望输出频率，实际输出频率是发电机实际输出的电能频率；期望输出频率是风力涡轮机所在的电力系统中的标准频率，如50Hz或60Hz；实际输出频率接近期望输出频率，说明风力涡轮机在正常运行状态下能够有效地将风能转换为电能，并保持稳定的电网供电频率。

输出频率匹配度公式为：；其中，/>分别为输出频率匹配度、实际输出频率以及期望输出频率；输出频率匹配度越大，风力涡轮机转速与发电机输出频率之间匹配程度越高，意味着风力涡轮机能够按照预期的频率输出电力信号，与电网或负载设备保持同步；输出频率匹配度越小，风力涡轮机转速与发电机输出频率之间匹配程度越低，则可能导致风力涡轮机处于不稳定状态，增加风力涡轮机的机械部件的负荷和振动，从而增加故障风险，还可能导致机械部件的过载或欠载，增加风力涡轮机的机械部件的磨损和损坏风险。

将天线反射波动值、转矩偏差评估值以及输出频率匹配度加权求和获得运行综合安全评估系数；运行综合安全评估系数是用于实现基于5G通信技术下，对风力涡轮机的安全性的评估。

例如，本发明可采用如下公式进行运行综合安全评估系数的计算，其表达式为：；其中，/>分别为运行综合安全评估系数和转矩偏差评估值；/>分别为天线反射波动值、转矩偏差评估值以及输出频率匹配度的权重因子，为了更好地根据运行综合安全评估系数的大小进行后续分析，/>大于0，/>小于0；即运行综合安全评估系数越大，风力涡轮机的运行的综合安全性越差。

在步骤S4中，设定安全评估阈值，通过运行综合安全评估系数与安全评估阈值的比较，判断风力涡轮机的运行的综合安全性，判断是否生成信号进行预警。

当运行综合安全评估系数大于安全评估阈值，生成运行糟糕预警信号，此时风力涡轮机的运行的综合安全性较差，风力涡轮机的运行状态不佳，容易引起安全事故；且5G天线的传输数据情况糟糕，对风力涡轮机的状态的数据的传输不稳定，影响对风力涡轮机的运行状态的精确判断；根据生成的运行糟糕预警信号，安排专业技术人员对风力涡轮机进行维护和检修，具体的维护和检修工作包括：

检查和修复机械部件：对风力涡轮机的机械部件进行全面检查，包括轴承、齿轮箱、润滑系统等，发现并修复任何损坏、磨损或松动的部件。

清洁和涂层保护：定期对风力涡轮机进行清洁，清除积聚的污垢和颗粒，同时进行必要的涂层保护，以防止腐蚀和氧化。

系统校准和优化：对风力涡轮机的控制系统进行校准和优化，确保转速、转矩和输出频率之间的匹配度，提高运行稳定性和发电效率。

数据传输优化：对5G天线的传输数据情况进行优化，采取措施提高数据传输的稳定性和准确性，确保对风力涡轮机运行状态的精确判断和监测。

当运行综合安全评估系数小于等于安全评估阈值，生成运行正常信号，此时风力涡轮机的运行的综合安全性正常，风力涡轮机的运行状态较为稳定，5G天线的传输数据情况正常，无需采取措施。

安全评估阈值是依据运行综合安全评估系数的大小以及专业技术人员对风力涡轮机的运行的安全要求标准等实际情况进行设定，此处不再赘述。

通过采集运行安全信息包括的转动信息和频率匹配信息，可以实时监测风力涡轮机的安全状况，通过将天线反射波动值、转矩偏差评估值和输出频率匹配度进行加权求和计算运行综合安全评估系数，可以更全面地评估风力涡轮机的安全性，通过设定安全评估阈值，可以根据运行综合安全评估系数与阈值的比较来判断风力涡轮机的安全性，当综合安全评估系数超过阈值时，可以生成糟糕预警信号，促使采取必要的维护和检修措施，确保风力涡轮机的安全运行，延长风力涡轮机的使用寿命，提高其安全性、可靠性和效率。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数以及阈值选取由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络，或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，DVD），或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件，或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于5G通信的电力设备安全监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：采集5G天线状态信息并计算反射系数幅度和反射系数幅度平均值，通过反射系数幅度和反射系数幅度平均值计算得到天线反射波动值；

步骤S2：设定天线反射波动值阈值，通过天线反射波动值与天线反射波动值阈值的比较，判断5G天线的传输数据情况；

步骤S3：采集运行安全信息，通过运行安全信息和天线反射波动值计算运行综合安全评估系数；

步骤S4：通过运行综合安全评估系数和安全评估阈值的比较，判断风力涡轮机的运行的综合安全性；

5G天线状态信息通过天线反射波动值体现，计算天线反射波动值；天线反射波动值的获取方法为：计算反射系数幅度，反射系数幅度公式为：；其中，分别为反射系数幅度、负载阻抗以及传输线特性阻抗；获取采集的/>个反射系数幅度，设定反射系数幅度集合，计算反射系数幅度集合内/>个反射系数幅度平均值，将反射系数幅度集合的/>个反射系数幅度的编号标记为/>，/>；

根据反射系数幅度和反射系数幅度平均值计算天线反射波动值，天线反射波动值表达式为：；/>为集合内反射系数幅度，/>为反射系数幅度平均值，/>为天线反射波动值；

运行安全信息包括转动信息和频率匹配信息；转动信息包括转矩偏差评估值，频率匹配信息包括输出频率匹配度；

将天线反射波动值、转矩偏差评估值以及输出频率匹配度加权求和获得综合安全评估系数；通过运行综合安全评估系数对风力涡轮机的运行的综合安全性进行评估；运行综合安全评估系数的表达式为：；其中，/>分别为运行综合安全评估系数和转矩偏差评估值；/>分别为天线反射波动值、转矩偏差评估值以及输出频率匹配度的权重因子，/>大于0，/>小于0；

转矩偏差评估值的获取方法为：获取转矩，设定安全转矩范围；获取在时间R内，转矩不在安全转矩范围内的时间，将转矩不在安全转矩范围内的时间标记为r1，转矩偏差评估值为r1与R的比值；

输出频率匹配度具体获取方法为：获取实际输出频率和期望输出频率；根据实际输出频率和期望输出频率计算输出频率匹配度，其公式为：；其中，分别为输出频率匹配度、实际输出频率以及期望输出频率。

2.根据权利要求1所述的基于5G通信的电力设备安全监测方法，其特征在于：设定天线反射波动值阈值，当天线反射波动值大于天线反射波动值阈值，生成传输非正常信号；当天线反射波动值大于天线反射波动值阈值，生成传输正常信号。

3.根据权利要求2所述的基于5G通信的电力设备安全监测方法，其特征在于：设定安全评估阈值；通过运行综合安全评估系数和安全评估阈值的比较，判断是否生成信号进行预警：当运行综合安全评估系数大于安全评估阈值，生成运行糟糕预警信号；当运行综合安全评估系数小于等于安全评估阈值，生成运行正常信号。