输电线路导线状态实时监测系统的制作方法

本发明涉及输变电设备状态在线监测技术领域，具体涉及输电线路导线状态实时监测系统。

背景技术：

随着工业化、城镇化进程不断加快，电力需求持续增长，一个坚强、可靠的现代化大电网对于保障国家能源安全，在更大范围内优化能源配置，具有不可替代的作用。建设具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的坚强智能电网是安全、可靠、高效输电的保障，是电力科学发展的方向，对电网的监测也尤其重要。作为电力输送纽带的输电线路具有分散性大、距离长、难以巡视及维护等特点，因此对输电线路导线的远程监测成为一项迫切工作。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供输电线路导线状态实时监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了输电线路导线状态实时监测系统，包括导线监测装置、基站设备和导线监测中心；所述导线监测装置包括多个传感器节点，传感器节点对输电线路导线进行监测感知，并将获得的输电线路导线状态传感数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的输电线路导线状态传感数据，进行处理后转发至导线监测中心；导线监测中心用于对基站设备发送的输电线路导线状态传感数据进行分析处理和显示，并在输电线路导线状态传感数据异常时进行报警。

优选地，所述输电线路导线状态传感数据包括导线监测点处的温度、位移加速度和/或角度信息。

优选地，所述导线监测中心包括数据处理器和显示器，该数据处理器将收到的输电线路导线状态传感数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器进行比较结果显示。

本发明的有益效果为：在输电线路导线状态监测中采用无线传感器网络，实现了对输电线路导线状态的全方位、多参量监测，大大提高了监测的精度。

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本发明一个实施例输电线路导线状态实时监测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个实施例的导线监测中心的框图示意图。

附图标记：

导线监测装置1、基站设备2、导线监测中心3、报警器4、数据处理器10、显示器20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的输电线路导线状态实时监测系统，包括导线监测装置1、基站设备2和导线监测中心3。

导线监测装置1包括多个传感器节点，传感器节点对输电线路导线进行监测感知，并将获得的输电线路导线状态传感数据发送至基站设备2。

基站设备2汇聚各传感器节点发送的输电线路导线状态传感数据，进行处理后转发至导线监测中心3。

导线监测中心3用于对基站设备2发送的输电线路导线状态传感数据进行分析处理和显示，并在输电线路导线状态传感数据异常时进行报警。

其中，所述输电线路导线状态传感数据包括导线监测点处的温度、位移加速度和/或角度信息。

其中，传感器节点内置至少一种下述传感器：

三轴加速度传感器，用于采集导线监测点处的位移加速度；

角度传感器，用于采集导线监测点处的导线角度；

温度传感器，用于采集导线监测点处的温度。

在一个实施例中，如图2所示，导线监测中心3包括数据处理器10和显示器20，该数据处理器10将收到的输电线路导线状态传感数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器20进行比较结果显示。显示器20还用于实时显示输电线路导线状态传感数据，从而供监测人员实时查看输电线路导线的状态信息。

可选地，系统还包括与数据处理器10连接的报警器4，当输电线路导线状态传感数据超出对应设定的安全阈值时，所述数据处理器10驱动报警器4进行报警。

其中，所述的报警器30包括蜂鸣报警器或者声光报警器，本实施例对此不作限定。

本发明上述实施例在输电线路导线状态监测中采用导线监测装置，实现了对输电线路导线状态的全方位、多参量监测，大大提高了监测的精度。

在一个实施例中，多个传感器节点随机分布在监控区域内，通过自组织方式构成无线传感器网络。在无线传感器网络启动时刻，基站设备2对传感器节点进行簇划分，确定作为簇首的传感器节点，而剩余的传感器节点作为簇成员节点；簇成员节点用于采集输电线路导线状态传感数据并将输电线路导线状态传感数据发送至所属簇的簇首；簇首用于收集簇成员节点发送的输电线路导线状态传感数据，还用于将收集的输电线路导线状态传感数据通过簇间多跳路由通信的方式转发至基站设备2。

在一个实施例中，基站设备2对传感器节点进行簇划分，具体包括：

(1)基站设备2从多个传感器节点中确定N个备选簇首；

(2)进行备选簇首筛选，具体为，对于任意两个备选簇首α、β，若满足下列距离条件，则将其中剩余能量较小的备选簇首恢复为普通节点：

式中，d(α,β)为备选簇首α和β之间的距离，d(α,sink)为备选簇首α到基站设备2的距离，d(β,sink)为备选簇首β到基站设备2的距离，dmax为距离基站设备2最远的传感器节点到基站设备2的距离，dmin为距离基站设备2最近的传感器节点到基站设备2的距离，b为设定的调控系数，Rmax为设定的簇半径最大取值，min[·]表示取最小值函数；

(3)将仍是备选簇首的传感器节点作为簇首，并根据现有的簇首最终完成簇的划分，其余传感器节点k归属于与其距离最短的簇首，成为簇成员节点。

基于多种群粒子区域优化算法进行分簇，很可能会产生簇首密集的情况，本实施例通过距离条件对备选簇首进行筛选，有效避免了簇头过密情况的发生，使得无线传感器网络的分簇拓扑更加合理，而且始终选择剩余能量较多的备选簇首担任最终的簇首，这更有利于网络能量的均衡，从而能够有效延长输电线路导线状态传感数据采集和传输的工作周期，提高系统运行的稳定性。

在一个实施例中，基站设备2从多个传感器节点中确定N个备选簇首，具体包括：

(1)将监控区域随机划分成N个子区域；

(2)对每个传感器节点，计算其成为簇首的优选值：

式中，Pi表示传感器节点i成为簇首的优选值，Ri为传感器节点i的通信距离，d(i,j)为传感器节点i与其第j个位于同一子区域内的邻居节点间的距离，ni为传感器节点i的位于同一子区域内的邻居节点个数，其中传感器节点i的邻居节点为位于传感器节点i的通信范围内的传感器节点；

d(i,sink)为传感器节点i到基站设备2的距离，Ei为传感器节点i的当前剩余能量，Ej为传感器节点i的第j个邻居节点当前剩余能量，a1为距离权重系数，a2为能量权重系数；

(3)对于每个子区域，将优选值最大的传感器节点作为备选簇首。

本实施例将监控区域随机划分成多个子区域，并从各子区域中选择备选簇首，从而能够控制簇首的个数，相应控制簇的规模。在设计优选值计算公式时，考虑了节点间距、到基站设备2的距离和能量因素，有利于提高分簇的紧凑性，使距离基站设备2越近的区域产生更多的簇首，并且使得剩余能量较大的传感器节点具有更大的概率成为簇首，均衡节点能耗，延长采集输电线路导线状态传感数据的工作周期。

在一个实施例中，基站设备2对传感器节点进行簇划分后，不再进行分簇。定期对簇首进行检测，若簇首的当前剩余能量低于其簇中簇成员节点能量均值时，选择权值最大的簇成员节点作为新的簇首。

其中，权值的计算公式为：

式中，Qx表示簇成员节点x的权值，Ex为簇成员节点x的当前剩余能量，为簇成员节点x所在簇的簇成员节点能量均值，Rx为簇成员节点x的通信距离，d(x,y)为簇成员节点x到其簇首y的距离；λ1、λ2为权重系数。

本实施例采用簇首连续担任机制，可以减少轮流选取簇首所消耗的能量。

相关技术中通常在簇首的当前剩余能量小于最小能量值时就对簇首进行更换，然而这种更换方式并没有考虑到其簇内传感器节点的能量变化情况。本实施例在簇首的当前剩余能量低于其簇中簇成员节点能量均值时进行簇首更换，使得簇首的更换更具灵活性。

此外，根据权值的计算公式可知，能量较高、距离簇首越近的簇成员节点具有更大的权值，本实施例在簇首的当前剩余能量低于其簇中簇成员节点能量均值时进行簇首更换，选择权值最大的簇成员节点来代替原簇首，有利于均衡网络能量，确保新任簇首能够完成输电线路导线状态传感数据收集的任务，确保输电线路导线状态传感数据能够被实时快速地传输到导线监测中心3进行处理，从而监测人员能够根据处理结果及时采取相应的预防措施，保障输电线路安全工作。

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。