智能电网无线传感网络监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种智能电网无线传感网络监测系统，属于电力信号检测及分析技术领域。

背景技术：

目前，我国智能电网普遍实施，无论是深山峡谷还是高原沙漠都架设了电网，恶劣的环境因素是电能质量的大敌。这些地方人员不易进入，通讯光纤的敷设十分不易，有线式电力系统检测设备不易安装，很难实现监控中心对检测节点电网进行远程实时在线监控。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种智能电网无线传感网络监测系统，构建配电网无线传感监测网络，实现电网中各种环境下的测量点全覆盖，便于实现智能电网的电信号在线监测；该系统将无线传感器节点放置在电力检测区域，合理布置传感器和无线网络，不仅可以省去布线环节，实现恶劣环境下测量点的全覆盖，同时还节约安装维护的精力和成本，实现电能质量信号的性能分析，解决了背景技术中存在的上述问题。

本实用新型的技术方案是：智能电网无线传感网络监测系统，包含传感器节点、无线传感器布置区域、汇聚节点、终端节点、协调器、IED、IED保护装置、Ethernet以太网和远程监控中心，在无线传感器布置区域内布置多个传感器节点，多个传感器节点通过无线方式相互连接并全部连接至同一个汇聚节点；多个汇聚节点通过无线方式连接至同一个终端节点，多个终端节点通过无线方式连接至同一个协调器，协调器分别连接多个IED和IED保护装置，多个IED通过Ethernet以太网连接远程监控中心；所述传感器节点设置在电力线路的杆塔上，传感器节点包括具有Rogowski线圈的电流互感器及接收发射电路，电流互感器的Rogowski线圈套在杆塔电力电路的电线上，传感器节点的接收发射电路通过无线方式相互连接并全部连接至同一个汇聚节点；所述无线方式，包括无线传感网络路径和GPRS/4G网络路径。

所述杆塔上电力线路的每一相电线上均设有传感器节点，同一相杆塔上的传感器节点与另一塔杆上的传感器节点之间同时设置两种无线方式连接，分否是线传感网络路径和GPRS/4G网络路径。

本实用新型所涉及的传感器节点、无线传感器布置区域、汇聚节点、终端节点、协调器、IED、IED保护装置、Ethernet以太网、和远程监控中心，均为本领域公知公用的技术和设备，本实用新型将它们合理进行组合布置，实现智能电网无线传感网络监测。IED为变电站的电能质量监控（Intelligent Electric Device）设备，远程监控中心为服务器。

本实用新型将大量的传感器节点布置在目标区域内部，所有的传感器节点通过自组织方式快速形成一个网络，传感器节点采集的数据达到网络汇聚节点，，最后接入终端节点，通过协调器完成同步；通过IED和Ethernet以太网进入远程监控中心进行智能化管理。

本实用新型的有益效果是：构建配电网无线传感监测网络，实现电网中各种环境下的测量点全覆盖，便于实现智能电网的电信号在线监测；该系统将无线传感器节点放置在电力检测区域，合理布置传感器和无线网络，不仅可以省去布线环节，实现恶劣环境下测量点的全覆盖，同时还节约安装维护的精力和成本，实现电能质量信号的性能分析。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是本实用新型的传感器节点布置示意图；

图3是本实用新型的传感器节点的Rogowski线圈布置示意图；

图中：传感器节点1、无线传感器布置区域2、汇聚节点3、终端节点4、协调器5、IED6、IED保护装置7、Ethernet以太网8、远程监控中心9、塔杆10、无线传感网络路径11、GPRS/4G网络路径12、Rogowski线圈13、电线14。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步说明。

智能电网无线传感网络监测系统，包含传感器节点1、无线传感器布置区域2、汇聚节点3、终端节点4、协调器5、IED6、IED保护装置7、Ethernet以太网8和远程监控中心9，在无线传感器布置区域2内布置多个传感器节点1，多个传感器节点1通过无线方式相互连接并全部连接至同一个汇聚节点3；多个汇聚节点3通过无线方式连接至同一个终端节点4，多个终端节点4通过无线方式连接至同一个协调器5，协调器5分别连接多个IED6和IED保护装置7，多个IED6通过Ethernet以太网8连接远程监控中心9；所述传感器节点1设置在电力线路的杆塔上，传感器节点1包括具有Rogowski线圈13的电流互感器及接收发射电路，电流互感器的Rogowski线圈13套在杆塔电力电路的电线14上，传感器节点1的接收发射电路通过无线方式相互连接并全部连接至同一个汇聚节点3；所述无线方式，包括无线传感网络路径11和GPRS/4G网络路径12。

所述杆塔上电力线路的每一相电线上均设有传感器节点，同一相杆塔上的传感器节点与另一塔杆上的传感器节点之间同时设置两种无线方式连接，分别是线传感网络路径11和GPRS/4G网络路径12。

传感器节点由电流互感器与相关电路连接组成。电流互感器Rogowski线圈与常规互感器相比，不含铁磁性材料，故无磁滞效应，无磁饱和现象，所以能测试数百安培的电流而不饱和，几乎没有相位差，同时无二次开路危险。响应频带宽1Hz-1MHz，额定电流(rms)为1-20000Aac，输出为0-5Vac（带积分器）响应带宽1Hz至1MHz；准确度±0.2%。

绕制线圈的导线也是重要的因素，导线的直径d必存在一下限值dmin 满足d≥dmin，影响dmin的因素是雷电流或短路电流的热效应和电动力破坏效应。所以导线的直径选取也应通过实验获得。

根据电力网络的分布特点，Zigbee 无线传感网络由位于馈线首端的ICU 和分布在馈线中的 FPI 共同组成。Zigbee 传感网络采用 Mesh 网状网络结构，Mesh 网络结构可使得 Zigbee 传感网具有很高的通信可靠性。Zigbee 传感网络采用的 Mesh 网状网络结构是一种对等的网络拓扑结构，具有多跳、自组织等特性。

ICU 和 FPI 采用的 XBee 模块均内置了最新的 Zigbee2007 协议栈，该协议支持 Mesh 网状网络结构，当 ICU 和 FPI 上电工作后将自动组建成 Mesh 网状网络结构的 Zigbee 传感网络。

汇聚节点既可通过 Zigbee 网络与数据采集节点通信，又可通过 GPRS/4G网传到终端节点。每个无线传感器网络区域中都有一个汇聚节点，它管理着区域网络内所有的节点。

对于诸如深山峡谷、高原沙漠等恶劣环境因素（通讯光纤的敷设十分不易），可通过 Zigbee 网络与数据采集节点通信。有通信条件的地方可以用GPRS/4G网通信。GPRS 模块选用 SIMCOM 公司的SIM300C，负责进行 GPRS 通讯，保持汇聚节点与远程监控中心的实时互通。

大量的传感器节点布置在目标区域内部，所有节点通过自组织方式快速形成一个网络，对检测区域同时进行数据的采集，通过无线与汇聚节点相连构成无线传感网络。几个区域的汇聚节点经无线网络或GPRS/4G传输到终端节点，通过协调器与接入网IED6相连，作为两者之间联接的“桥梁”。 接入网IED6通过以太网将数据发送给远程监控中心。

协调器包含一个Zigbee网络中所有设备的网络信息，具有一定管理能力。工作时生成信标帧并发送给设备，网络中其它设备收到标帧，利用它与协调器完成同步。

电力系统检测的智能电子设备IED(Intelligent Electric Device)大都是采用DSP作为主控芯片。也可以采用Memec 公司的FX4 MiniBoard 模块。该模块集成了FPGA、DDR SDRAM、FLASH 内存、以太网PHY 等芯片。采用FPGA 控制数据连续采集并高速缓存到DDR SDRAM 中，再通过FPGA 内部集成MAC 把缓存数据发送到以太网中，实现对电网信号连续采样和高速网络传输。另外, 该系统还充分利用FPGA 内部集成的以太网MAC 硬核实现采集数据的网络发送功能。

远程监控中心的设备主要包括服务器、通信交换机、UPS 电源、后台系统等。通过Ethernet网络与IED设备进行交互，并能够实现后端系统管理和故障监控等功能。