TWI535328B - 電網閘道器及具有多個電網閘道器之電塔管理系統 - Google Patents

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Description

電網閘道器及具有多個電網閘道器之電塔管理系統
本發明係關於一種電塔管理技術，具體而言，係關於一種電網閘道器及具有多個電網閘道器之電塔管理系統。
一般而言，在具有險峻複雜、高低起伏之地形的環境中，多數超高壓輸電線路皆以電塔架空的方式來進行架設，造成輸電線路分佈地域廣闊且分散性大，藉此克服地形落差的問題。
輸電線路在傳輸過程中，會經過郊區、山區與沿海區域等各種區域。然而，各種區域在不同自然災害中可能會發生導致輸電線路損壞的意外事件。例如，在沿海區域的輸電線路，可能會因高濕度及高鹽度的氣候導致輸電線路及電塔元件機構容易老化，增加可能發生危害超高壓輸電線網路安全性的機率，或者，在山區的輸電線路，若發生地震或豪雨，則可能產生土石流使超高壓電塔之塔基附近土壤流失，而有地基滑動與傾斜倒塌等意外。上述之意外狀況一旦發生，除了影響人民生活所需外，因無電力所造 成的工業經濟損失更是難以估計。
為了提高輸電線路及電塔的安全性，必須建立一套管理與監測機制。然而，由於電塔多建於郊區、山區或沿海區域，其網路通訊之基礎建設並不如都市。此外，由於電塔之間的距離往往較長且其並無架設無線網路，造成所監測蒐集到的資料無法有效透過單一網路系統傳回遠端監測中心，即資料的通訊及傳輸上有極大的限制。
據此，實有必要建立一套能夠克服資料的通訊及傳輸限制的電塔管理與監控機制，以令管理人員能夠有效蒐集並分析監測資料，進而能作為維護與管理之參考。
有鑑於上述問題，本發明之一目的在於提供一種電網閘道器(grid gateway)及具有多個電網閘道器之電塔管理系統，以建立能夠克服地形及通訊限制的電塔及輸電網的管理與監控機制。
本發明提供一種電塔管理系統，包括：多個感測器、多個電網閘道器及服務主機(server)，該多個感測器係分別設置於多個電塔之超高壓輸電線路上以蒐集各該超高壓輸電線路周圍的環境參數，而該多個電網閘道器係分別設置於所述電塔上，以接收該多個電網閘道器之無線傳輸範圍內的所述感測器所蒐集的該環境參數，所述電網閘道器係彼此連接以形成網狀網路(mesh network)，該環境參數藉由該網狀網路以傳輸至所述電網閘道器的其中一者，且該服務主機係與所述電網閘道器中至少一者連接，用以接收該 環境參數，進而儲存該環境參數於該服務主機之資料庫中。
本發明另提供一種電網閘道器，包括：近端無線模組、廣域無線模組、封包格式轉換模組及路徑選擇模組，該近端無線模組用以接收設於電塔之超高壓輸電線路上的多個感測器所蒐集的環境參數，該廣域無線模組係與設於其他電塔上的其他多個電網閘道器之廣域無線模組連接以形成網狀網路，該封包格式轉換模組連接該近端無線模組以取得該環境參數，進一步將該環境參數從該近端無線模組之近端封包格式轉換成對應該廣域無線模組之廣域封包格式，該路徑選擇模組用以選擇該網狀網路內的最佳傳輸路徑，以透過該廣域無線模組傳送具有該廣域封包格式之該環境參數至該網狀網路內之所述電網閘道器的其中一者。
據此，本發明之電網閘道器及具有多個電網閘道器之電塔管理系統係具備廣域與近端之無線傳輸能力，故能夠克服地形與通訊的限制，有效傳輸所蒐集到的環境參數至後端管理中心，以達到管理與監控電塔及輸電網即時運作狀態的目的，並保障電塔及輸電網的安全運行。
11‧‧‧服務主機
12、121、122、123、124、125、126‧‧‧電塔
13‧‧‧超高壓輸電線路
14‧‧‧感測器
16‧‧‧第一無線連線
17‧‧‧第二無線連線
18‧‧‧電網閘道器無線傳輸範圍
200‧‧‧電網閘道器
210‧‧‧近端無線模組
220‧‧‧封包格式轉換模組
230‧‧‧廣域無線模組
240‧‧‧路徑選擇模組
250‧‧‧工作排程模組
260‧‧‧電力單元
262‧‧‧太陽能板
264‧‧‧充電模組
270‧‧‧監測單元
第1A圖為運用本發明電網閘道器所構成的電塔管理系統之示意圖；第1B圖為第1A圖中任二電塔之間的連接狀況之示意圖；以及第2圖為本發明之電網閘道器的示意圖。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。
如圖式所示，第1A圖為運用本發明電網閘道器所構成的電塔管理系統之示意圖，第1B圖則為第1A圖中任二電塔12之間的連接狀況之示意圖，而第2圖為本發明之電網閘道器200的示意圖。於本實施例中，本發明之電網閘道器200係直接裝設在電塔12上，或是將其放置在電塔12上的工業級箱體內，此一工業級箱體能夠確保電網閘道器200不會因為長期暴露在外而造成損壞。電網閘道器200係包括近端無線模組210、廣域無線模組230、封包格式轉換模組220以及路徑選擇模組240。該近端無線模組210係用以連接設於電塔12之超高壓輸電線路13上的多個感測器14，而此一連接係以無線方式來建立連線。於一實施例中，近端無線模組210與感測器14之間係以無線感測網路之通訊協定(如ZigBee)來建立第一(如ZigBee)無線連線16。換言之，該近端無線模組210具體為ZigBee無線感測網路(802.15.4 WPAN)傳輸模組，而感測器14上亦裝載有相同的ZigBee無線感測網路傳輸模組，來與該近端無線模組210建立第一無線連線16。另感測器14上設有如溫度感測器、濕度感測器、雨量計、風向風速計、日照度感測器或三軸加速度感測器等感測元件，藉由此等感測元件 可蒐集感測器14周圍之環境參數，例如氣溫、超高壓輸電線路之線溫、濕度、雨量、風向、風速、日照度、重力加速度等。而感測器14所蒐集到的此些環境參數可透過該第一無線連線16傳送至電網閘道器200。
電網閘道器200之廣域無線模組230則是具備與該近端無線模組210不同的無線網路通訊協定。具體而言，該廣域無線模組230係採IEEE 802.11通訊協定。這種通訊協定之技術規格可以讓一台基地台(base station)與其他多台用戶台(subscriber station)彼此連接，以建立多對多網狀網路。換言之，設置在電塔12上的電網閘道器200由於皆具有廣域無線模組230，因此各電塔之間可以藉由各自電網閘道器200中的廣域無線模組230來建立並形成彼此之間具有第二(如IEEE 802.11)無線連線17的網狀網路，即每一電網閘道器200同時作為基地台和用戶台。於一實施例中，如第1A圖所示，以電塔126為主建立網狀網路，而該網狀網路所包含的範圍即是電塔126之電網閘道器無線傳輸範圍18，在此電網閘道器無線傳輸範圍18內，電塔122、123、125皆可分別與電塔126建立第二無線連線17，而電塔121、124在此電網閘道器無線傳輸範圍18之外，就無法與電塔126建立連線。然而，電塔121、124則可與在其無線傳輸範圍內的其他電塔建立連線，因此各電塔之電網閘道器可與其無線傳輸範圍內的電塔之電網閘道器進行連接，據此形成一廣大的網狀網路。於一實施例中，廣域無線模組230具體為具有WIFI功能的工業級路由器， 其傳輸距離可達2公里。因此，若有服務主機11在電網閘道器200的無線傳輸範圍內，則該電網閘道器200可與服務主機11建立第二無線連線17，以將資料傳送到服務主機11之資料庫中進行儲存。
封包格式轉換模組220係連接該近端無線模組210以取得該環境參數。封包格式轉換模組220具體為一軟體程式，主要在取得該環境參數後，係將該環境參數從該近端無線模組210的近端封包格式轉換成廣域無線模組230所能接收的廣域封包格式，例如將環境參數從ZigBee通訊協定之封包格式轉換成IEEE 802.11之封包格式。
在電網閘道器200從感測器14接收到環境參數後，要將該環境參數傳送到服務主機11時，則先透過路徑選擇模組240依據一演算法來選擇網狀網路中的最佳傳輸路徑後，再透過廣域無線模組230將具有IEEE 802.11通訊協定之封包格式的環境參數，經由該最佳傳輸路徑傳送到網狀網路內的電網閘道器200之其中一者。於一實施例中，係將該環境參數傳送到服務主機11最近的電網閘道器200上(如第1A圖的電塔121)，而在選擇此一最近的電網閘道器200時，係利用路徑選擇模組240此一軟體程式依據網狀網路之每一電網閘道器200之間的服務質量(Quality of Service，簡稱QoS)、封包存活時間(Time to live，簡稱TTL)或是訊務之優先序(Priority)來決定最佳傳輸路徑，例如選擇QoS佳的路徑、TTL短的路徑，或者使用以競爭為基礎的增強分散式通道存取(Enhanced Distributed Channel Access,EDCA)、免競爭為基礎的混合式協調功能之控制通道存取(HCF Controlled Channel Access,HCCA)等技術來控制各訊務擁有不同之優先序或頻寬資源等，據此決定最佳傳輸路徑。
此外，該電網閘道器200復包含有電力單元260，以提供電力給電網閘道器200使用。為了有穩定的電力供應，該電力單元260更包含太陽能板262及充電模組264，太陽能板262係將太陽光轉換成電力，並儲存該電力在充電模組264中，以隨時提供電網閘道器200電力。在一實施例中，充電模組264具體可為二次電池。
再者，電網閘道器200復包含至少一監測單元270，可用以蒐集電網閘道器200周圍所在環境的環境參數，例如氣溫、超高壓輸電線路之線溫、濕度、雨量、風向、風速、日照度、重力加速度等。因此，電網閘道器200可視需求裝設多個不同的監測單元270，以取得不同的環境參數，例如可裝設三軸加速度感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計等等。
另外，電網閘道器200復包含工作排程模組250，此工作排程模組250具體為一軟體程式，可用以設定電網閘道器200於設定時間內執行軟體指令，且可週期性的重複執行。於一實施例中，可設定電網閘道器200內的廣域無線模組230固定於每一天的上午10點啟動，並可設定於每一天的上午10點10分關閉。換言之，該廣域無線模組230每天僅運作10分鐘，而環境參數的傳輸即固定在此10分 鐘內完成，因此能夠藉由長時間關閉廣域無線模組230減少其持續維持連線之狀態，而能有省電之功效。
於本發明之另一實施例中，如第1A及1B圖所示，運用前述電網閘道器200即可組成一電塔管理系統，其包含多個感測器14、多個電網閘道器200及服務主機11。所述感測器14係分別設置在複數個電塔12之間的超高壓輸電線路13上。於一實施例中，感測器14可為溫度感測器、濕度感測器、雨量計、風向風速計、日照度感測器或三軸加速度感測器，因此能夠蒐集感測器14所在的超高壓輸電線路周圍環境之環境參數，如氣溫、超高壓輸電線路13之線溫、濕度、雨量、風向、風速、日照度、重力加速度等。另所述電網閘道器200則分別設置於複數個電塔12上，且各個電網閘道器200之設置位置必須位於感測器14所對應的無線傳輸範圍內。如此一來，各電網閘道器200方能以ZigBee通訊協定與在其無線傳輸範圍內的感測器14建立第一無線連線16，以接收感測器14所蒐集的環境參數。而各個電網閘道器200之間則透過IEEE 802.11通訊協定彼此連接以形成網狀網路，即各電網閘道器200之間係以第二無線連線17來進行溝通，且所述電網閘道器200中至少一者係能透過第二無線連線17連接至服務主機11。據此，感測器14所蒐集到的環境參數，能透過第一無線連線16傳送給電網閘道器200，並在多個電網閘道器200所建構形成的網狀網路中任意傳送到多個電網閘道器200之任一者。該環境參數最終可透過電網閘道器200與服務 主機11所建立的第二無線連線17，而能從電網閘道器200傳送至服務主機11之資料庫中儲存該環境參數。此外，多個電網閘道器200之時脈係可設定為同步，以使如環境參數之資料能順利傳送而不易遺失。
綜上所述，本發明之電網閘道器及具有多個電網閘道器之電塔管理系統係能夠將所接收的環境參數回傳至遠端服務主機中儲存並分析，俾供管理人員不需親臨現場才能瞭解電網即時運作狀態。而在各電網閘道器之間所建構形成的網狀網路之架構下，整體網路的連接具有高度容錯性，當某一電網閘道器故障時，環境參數仍可透過其他台的電網閘道器來進行傳送，因此本發明之電塔管理系統具有穩定的傳輸通道及更快的傳輸速度。另此一網狀網路之架構更可克服電塔所在位置所造成地形及通訊限制問題，能夠提昇廣域管理與監測任務的工作效率，進而保障輸電網的安全運行。此外，工作排程之設計以同時啟動或關閉各電網閘道器內的廣域無線模組，更能有效達到省電之功效。
然而，上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
200‧‧‧電網閘道器
210‧‧‧近端無線模組
220‧‧‧封包格式轉換模組
230‧‧‧廣域無線模組
240‧‧‧路徑選擇模組
250‧‧‧工作排程模組
260‧‧‧電力單元
262‧‧‧太陽能板
264‧‧‧充電模組
270‧‧‧監測單元

Claims (9)

  1. 一種電塔管理系統，包括：多個感測器，係分別設置於多個電塔之超高壓輸電線路上以蒐集各該超高壓輸電線路周圍的環境參數；多個電網閘道器，係分別設置於該多個電塔上，以接收該多個電網閘道器之無線傳輸範圍內的該多個感測器所蒐集的該環境參數，該多個電網閘道器係彼此連接以形成網狀網路，而該環境參數藉由該網狀網路以傳輸至該多個電網閘道器的其中一者；以及服務主機，係與該多個電網閘道器中至少一者連接，用以接收該環境參數，進而儲存該環境參數於該服務主機之資料庫中；其中，該電網閘道器復包括：近端無線模組，用以接收設於該電塔之超高壓輸電線路上的該感測器所蒐集的該環境參數；廣域無線模組，係與設於其他電塔上的其他多個電網閘道器之廣域無線模組連接以形成該網狀網路；封包格式轉換模組，連接該近端無線模組以取得該環境參數，進一步將該環境參數從該近端無線模組之近端封包格式轉換成對應該廣域無線模組之廣域封包格式；以及路徑選擇模組，用以選擇該網狀網路內的最佳傳輸路徑，以透過該廣域無線模組傳送具有該廣域封包 格式之該環境參數至該網狀網路內之該多個電網閘道器的其中一者，其中，該路徑選擇模組係依據該網狀網路之每一電網閘道器之間的服務質量、封包存活時間或訊務之優先序來選擇該最佳傳輸路徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電塔管理系統，其中，該多個電網閘道器與該多個感測器之間係透過ZigBee通訊協定來進行連接，該多個電網閘道器之間係透過IEEE 802.11通訊協定以彼此連接，進而形成該網狀網路。
  3. 一種電網閘道器，包括：近端無線模組，用以接收設於電塔之超高壓輸電線路上的多個感測器所蒐集的環境參數；廣域無線模組，係與設於其他電塔上的其他多個電網閘道器之廣域無線模組連接以形成網狀網路；封包格式轉換模組，連接該近端無線模組以取得該環境參數，進一步將該環境參數從該近端無線模組之近端封包格式轉換成對應該廣域無線模組之廣域封包格式；以及路徑選擇模組，用以選擇該網狀網路內的最佳傳輸路徑，以透過該廣域無線模組傳送具有該廣域封包格式之該環境參數至該網狀網路內之該多個電網閘道器的其中一者，其中，該路徑選擇模組係依據該網狀網路之每一電網閘道器之間的服務質量、封包存活時間或訊務之優先序來選擇該最佳傳輸路徑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電網閘道器，其中，該廣域無線模組將具有該廣域封包格式之該環境參數傳送至服務主機中，進而儲存該環境參數在該服務主機之資料庫。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之電網閘道器，其中，該廣域無線模組為具WIFI功能的工業級路由器。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之電網閘道器，其中，該近端無線模組係採ZigBee通訊協定，而該廣域無線模組係採IEEE 802.11通訊協定。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之電網閘道器，復包含監測單元，用以蒐集該電網閘道器所在環境的環境參數，其中，該監測單元係為三軸加速度感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之電網閘道器，復包含工作排程模組，用以設定並週期性執行該廣域無線模組在固定時間啟動或關閉之工作。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之電網閘道器，復包含具有太陽能板及充電模組的電力單元，其中，該充電模組係用以儲存該太陽能板所產生之電力，且該電力單元係提供電力予該閘道器。
TW103123434A 2014-07-08 2014-07-08 電網閘道器及具有多個電網閘道器之電塔管理系統 TWI535328B (zh)

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