高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干測量區(qū)域，各測量區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干測量節(jié)點，且每一個測量區(qū)域均配置一臺分布式主機；每一個測量節(jié)點均包括三至六個傳感器單元；每個測量節(jié)點的傳感器單元之間，其中一個傳感器單元具有無線通信模塊，余下的各傳感器單元具有紅外通信模塊；每個測量節(jié)點中，具有紅外通信模塊的傳感器單元與具有無線通信模塊的傳感器單元之間紅外通信連接；各測量節(jié)點均依次通過具有無線通信模塊的傳感器單元、單片機與相應(yīng)的分布式主機無線通信連接；各分布式主機之間網(wǎng)絡(luò)通信連接。因此，本實用新型所述高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)分散監(jiān)控、集中管理的思想而構(gòu)建，具有可擴展性。
【專利說明】 高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測方法及其系統(tǒng)，屬于采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行智能電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著供電可靠性要求的不斷提高，電網(wǎng)運行朝著智能化方向發(fā)展。智能電網(wǎng)是將先進的傳感量測技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)和自動控制技術(shù)、能源電力技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。智能電網(wǎng)將實現(xiàn)對電網(wǎng)全景信息的獲取，以可靠的物理電網(wǎng)和信息交互平臺為基礎(chǔ)，整合電網(wǎng)運行中實時產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息，向電網(wǎng)運行管理人員展示全面、完整和精細的電網(wǎng)運營狀態(tài)，同時能提供相應(yīng)的輔助決策支持和控制實施方案及應(yīng)對預(yù)案。
[0003]在電網(wǎng)中，母線是用來連接各級電壓配電裝置及其變壓器之間的輸電設(shè)備，是電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成之一。隨著智能電網(wǎng)對實時監(jiān)測、控制、診斷和分析等需求的不斷增力口，母線智能化技術(shù)正逐步發(fā)展。母線的正常安全運行，是保障電力傳輸?shù)谋匾獥l件，一旦母線發(fā)生故障，將會導(dǎo)致輸電中斷甚至引發(fā)不安全事故。而如果能實時了解母線的運行狀態(tài)，在故障發(fā)生前能及時發(fā)現(xiàn)問題并排除隱患，就能夠避免不必要的損失。
[0004]當(dāng)前已有的母線監(jiān)測系統(tǒng)，常采用CAN總線、光纖傳感器、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等通信實現(xiàn)方式。CAN總線是國際上應(yīng)用廣泛的現(xiàn)場總線之一，是一種多主方式的串行通信總線。CAN總線應(yīng)用于母線運行狀態(tài)的監(jiān)測，存在布線及改線工程大、不可移動、部署工作量較大等問題。光纖傳感器是一種將被測參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置，并以光作為敏感信息的載體，以光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。光纖傳感器具有耐高溫、不受電磁干擾、電絕緣性能好，在強電磁場等惡劣環(huán)境中能夠穩(wěn)定工作等一系列優(yōu)點。但截至目前，光纖傳感器成本高，不適合大范圍推廣應(yīng)用。而無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有布置方便、抗電磁干擾和構(gòu)建成本較低等諸多優(yōu)勢，因此已得到研究與較廣泛的應(yīng)用。
[0005]現(xiàn)有的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的高壓母線溫度監(jiān)測系統(tǒng)存在以下不足，即難以在保證高壓絕緣可靠的情況下準確、高效實現(xiàn)通信及故障定位；有限的系統(tǒng)最大節(jié)點個數(shù)少，限制了組網(wǎng)的規(guī)模。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測方法，其根據(jù)分散監(jiān)控、集中管理的思想而構(gòu)建，同時具有可擴展性。
[0007]為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本實用新型將采取以下的技術(shù)方案:
[0008]一種高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測方法，首先，將電網(wǎng)劃分為若干測量區(qū)域，對處于各測量區(qū)域內(nèi)的被測高壓母線，根據(jù)該被測高壓母線的走線連接情況，設(shè)置若干測量節(jié)點；其次，對應(yīng)于每個測量節(jié)點，設(shè)置三至六個傳感器單元，以分別用于測量該測量節(jié)點對應(yīng)的各相母線的相關(guān)參數(shù)；每個測量節(jié)點的各傳感器單元之間，其中一個傳感器單元具有無線通信模塊，余下的各傳感器單元具有紅外通信模塊，所述的具有紅外通信模塊的傳感器單元通過紅外傳輸?shù)姆绞綄⑺杉降南嚓P(guān)參數(shù)傳輸至具有無線通信模塊的傳感器單元，具有無線通信模塊的傳感器單元將各傳感器單元采集到的相關(guān)參數(shù)匯總后，通過無線通信方式傳輸至相應(yīng)測量區(qū)域內(nèi)的分布式主機，各分布式主機通過單片機，根據(jù)所接收到的相關(guān)參數(shù)對相應(yīng)的測量節(jié)點進行實時監(jiān)控。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，所述傳感器單元為溫度傳感器單元，所述單片機為單片機Msp430，集成有數(shù)據(jù)處理模塊，根據(jù)所接收到的各溫度傳感器單元反饋的溫度信息，與單片機Msp430內(nèi)預(yù)設(shè)的溫度閾值進行比較，若溫度傳感器單元反饋的溫度信息大于溫度閾值，觸發(fā)報警電路，若溫度傳感器單元反饋的溫度信息小于溫度閾值，則判斷當(dāng)前溫度傳感器單元反饋的溫度信息與此前被測高壓母線溫度信息相比是否存在變化，若當(dāng)前溫度傳感器單元反饋的溫度信息呈上升變化，則更新分布式主機中相應(yīng)測量節(jié)點對應(yīng)的溫度信息，反之則根據(jù)分布式主機輸入的指令進行相應(yīng)操作。
[0010]本實用新型的另一技術(shù)目的是提供一種實現(xiàn)上述高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測方法的監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干測量區(qū)域，各測量區(qū)域內(nèi)的被測高壓母線根據(jù)走線連接情況設(shè)置若干測量節(jié)點，且每一個測量區(qū)域均配置一臺分布式主機；每一個測量節(jié)點均包括三至六個傳感器單元，以分別用于測量該測量節(jié)點對應(yīng)的各相母線的相關(guān)參數(shù)；每個測量節(jié)點的傳感器單元之間，其中一個傳感器單元具有無線通信模塊，余下的各傳感器單元具有紅外通信模塊；每個測量節(jié)點中，具有紅外通信模塊的傳感器單元與具有無線通信模塊的傳感器單元之間紅外通信連接；各測量節(jié)點均依次通過具有無線通信模塊的傳感器單元、單片機與相應(yīng)的分布式主機無線通信連接；各分布式主機之間網(wǎng)絡(luò)通信連接。
[0011]所述的傳感器單元包括電源模塊，該電源模塊包括電流互感電路、備用電源以及用于切換電流互感電路、備用電源的電源切換芯片。
[0012]所述的傳感器單元為溫度傳感器單元，包括溫度測量電路，該溫度測量電路包括熱電偶。
[0013]所述單片機為單片機Msp430,該單片機Msp430包括Zigbee無線通信模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊，單片機Msp430通過Zigbee無線通信模塊接收測量節(jié)點反饋的溫度信息，同時將所接收到的測量節(jié)點反饋的溫度信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后，通過Zigbee無線通信模塊傳輸至分布式主機。
[0014]數(shù)據(jù)處理模塊具有實時數(shù)據(jù)顯示、實時曲線繪制、歷史數(shù)據(jù)記錄及存儲、事件記錄、自動生成報表、實時控制等功能；且還具有故障或故障隱患報警功能。
[0015]根據(jù)以上的技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下的優(yōu)點:
[0016]1、本實用新型所述高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)分散監(jiān)控、集中管理的思想而構(gòu)建，具有可擴展性；
[0017]2、本實用新型所述測量節(jié)點中的傳感器單元之間通過紅外方式實現(xiàn)通信，優(yōu)點主要有:傳感器單元之間的通信不受電磁干擾的影響，適用于強電場的環(huán)境；不同測量節(jié)點之間的通信也不會相互干擾，各個測量節(jié)點網(wǎng)絡(luò)能彼此獨立地在同一個大環(huán)境下共存。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的系統(tǒng)框圖；
[0019]圖2是本實用新型所述單個測量節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本實用新型所述監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是電源切換電路圖；
[0022]圖5是溫度測量電路圖；
[0023]圖6是數(shù)據(jù)處理模塊流程圖。

【具體實施方式】
[0024]以下將結(jié)合附圖詳細地說明本實用新型的技術(shù)方案。
[0025]本實用新型所述高壓母線(這里只要指10kV/6kV/lkV高壓母線)監(jiān)測系統(tǒng)是一個分布式監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)分散監(jiān)控、集中管理的思想而構(gòu)建，同時為提高本文系統(tǒng)的可擴展性，設(shè)計了如圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)。
[0026]在被測高壓母線上，根據(jù)母線走線的連接情況，設(shè)置若干個測量節(jié)點，每個測量點有3個傳感器單元，分別測量A、B、C三相母線的相關(guān)參數(shù)。每個節(jié)點的3個傳感器單元之間的數(shù)據(jù)信息，通過紅外線方式實現(xiàn)通信(圖1中的I級網(wǎng)絡(luò))，并將數(shù)據(jù)信息匯總到其中的一個單元中。測量節(jié)點對外，則基于無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)信息，即，同一測量節(jié)點處的3個傳感器單元對外而言，可被抽象為一個測量節(jié)點。若干個測量節(jié)點通過無線通信方式組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對被測母線相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸(圖1中的2級網(wǎng)絡(luò))，并將這些數(shù)據(jù)信息匯總至分布式主機。若干個分布式主機再組成更大的計算機局域網(wǎng)(圖1中的3級網(wǎng)絡(luò))，每臺分布式主機均可實時監(jiān)控所有節(jié)點的狀態(tài)，且可以通過Internet發(fā)布測得的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)測。
[0027]1kV母線有A、B、C三相，相與相之間的電壓即為三相母線系統(tǒng)的線電壓。為了保證可靠的絕緣，本實用新型中對三相母線的測量(監(jiān)測)采用懸浮電位法，即每一相母線上的傳感器節(jié)點單元與相應(yīng)的母線具有相同電位，如此，同一個測量節(jié)點處的A、B、C三相母線上3個傳感器單元的電位便不相同。傳感器單元之間通過紅外方式實現(xiàn)通信，如圖2所示。在測量節(jié)點內(nèi)，采用紅外通信方式的優(yōu)點主要有:傳感器單元之間的通信不受電磁干擾的影響，適用于強電場的環(huán)境；不同測量節(jié)點之間的通信也不會相互干擾，各個測量節(jié)點網(wǎng)絡(luò)能彼此獨立地在同一個大環(huán)境下共存。
[0028]如圖3所示，單片機Msp430作為主控制芯片，它最多可采集6個通道的溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)信息在液晶(或數(shù)碼管)上加以顯示。不同母線溫度監(jiān)測節(jié)點的編號，通過可靈活插接在該節(jié)點上的小鍵盤進行設(shè)置。單片機Msp430采用Zigbee無線通信方式，接收上位機發(fā)來的指令和溫度監(jiān)測閾值，并將測得的母線溫度數(shù)據(jù)信息發(fā)送至上位機。在母線溫度發(fā)生變化時，母線溫度監(jiān)測節(jié)點會主動將測得的溫度數(shù)據(jù)信息發(fā)送至上位機，在母線溫度超過溫度閾值時，該節(jié)點通過發(fā)光二極管、蜂鳴器進行報警。
[0029]一個測量節(jié)點內(nèi)須有一個傳感器單元具有無線通信功能，其他兩個單元的數(shù)據(jù)通過紅外無線的方式發(fā)送至該單元，由該單元統(tǒng)一對外發(fā)送，故另兩個單元不需要有無線通信模塊。含無線通信功能的傳感器單元由5部分組成:電源模塊、測量模塊、紅外通信模塊、數(shù)據(jù)管理模塊及無線通信模塊等。不含無線通信的傳感器單元則由4部分組成:電源模塊、測量模塊、紅外通信模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。
[0030]本申請中，傳感器單元的工作電源即電源模塊，如圖4所示，是基于電流互感器工作的電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)的，具體是通過互感元件從輸電線路上取得感應(yīng)電流，再利用轉(zhuǎn)換電路，將電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過穩(wěn)壓后輸出直流電壓，以為其他功能內(nèi)電路供電?？紤]到感應(yīng)取電只有在一定的負載電流范圍內(nèi)才能正常工作，電源模塊中還特意加裝了備用電池，即電源模塊在感應(yīng)取電能正常工作時，采用感應(yīng)取電方式供電，并為備用電池充電；而在感應(yīng)取電不能正常工作時，就通過備用電池供電。電源切換電路如圖3所示。其中，GET_POS為感應(yīng)取電電路的正輸出端，BAT_P0S為電池的正輸出端，EDVCC連接至電路的其他部分，為電源模塊的正輸出端。TPS2110為電源切換專用芯片，當(dāng)GET_P0S的電壓高于TPS2110切換閥值時，EDVCC與GET_P0S連通，并與BAT_P0S斷開，結(jié)果以感應(yīng)取電方式為測量節(jié)點供電；而當(dāng)GET_P0S的電壓低于TPS2110的切換閥值時，EDVCC與BAT_P0S連通，并與GET_POS斷開，如此，改為備用電池為測量節(jié)點供電。
[0031]溫度測量與信號檢出即傳感器單元的測量模塊的電路如圖5所示。測溫傳感器采用的是PT100型熱電偶。被測溫度信號經(jīng)放大后，輸入給AD轉(zhuǎn)換電路。穩(wěn)壓二極管Dl起保護作用，以防止過電壓使電路被損壞。
[0032]傳感器單元的紅外通信模塊，實現(xiàn)各傳感器單元之間的紅外通信。紅外通信技術(shù)，是通過電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)無線通信的數(shù)據(jù)收發(fā)，適合于低成本、跨平臺、點對點的高速通信數(shù)據(jù)連接，具有小角度(30度錐角以內(nèi))、短距離、點對點直線傳輸數(shù)據(jù)信息以及保密性強等技術(shù)特點。紅外通信技術(shù)是限定使用空間的，具有不透光材料的阻隔性、可分隔性；紅外通信技術(shù)利用光傳輸數(shù)據(jù)的這一特點，確定了它不存在對無線頻道資源的占用，且安全性很高。此外，紅外通信技術(shù)還有抗干擾性強、系統(tǒng)安裝簡單、易于管理等優(yōu)點。將紅外通信技術(shù)應(yīng)用于高壓母線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，一方面可避免強電場對通信的干擾，更為重要的是，可以有效避免不同測量節(jié)點之間信號的相互干擾，使得單個節(jié)點內(nèi)的傳感器單元能夠獨立地實現(xiàn)可靠的通信。
[0033]本設(shè)計中使用MSP430F149單片機作為微處理器，完成測得數(shù)據(jù)信息的實時集中計算和處理，即它構(gòu)成了本實用新型所構(gòu)建系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理模塊。單片機的程序流程圖如圖6所示。
[0034]同一個測量節(jié)點里的所有傳感器單元測得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過紅外通信方式匯總到一起之后，再通過無線通信方式發(fā)走。即，若干個測量節(jié)點組成網(wǎng)絡(luò)，其中，各測量節(jié)點之間的通信，采用的是無線電磁波方式實現(xiàn)的。如果不同的這樣的網(wǎng)絡(luò)之間的距離足夠遠，彼此不會造成干擾，如此，可采用相同的頻點；如果距離近，不足以避免干擾，則為了保證不同網(wǎng)絡(luò)之間互不干擾，不同網(wǎng)絡(luò)就需要使用不同的通信頻點。若干個測量節(jié)點以無線方式實現(xiàn)通信所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，也被稱為無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0035]無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)最終匯總至相應(yīng)的分布式計算機站，計算機上的監(jiān)控程序可實時顯示被監(jiān)測母線系統(tǒng)中各節(jié)點、各被測單元的溫度狀態(tài)以及溫度變化的情況等，且具有實時數(shù)據(jù)顯示、實時曲線繪制、歷史數(shù)據(jù)記錄及存儲、事件記錄、自動生成報表、實時控制等功能；且還具有故障或故障隱患報警功能，可以通過聲音和顏色的變化等方式，或以專門的報警畫面提醒相關(guān)人員及時處理故障隱患；并能記錄、保存故障發(fā)生前后參數(shù)變化的情況、發(fā)生的時間、故障類型等數(shù)據(jù)信息，并可隨機打印、顯示及輸出。
[0036]分布式計算機上的數(shù)據(jù)，可被實時地存儲至本地的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可供本機查詢，也可以供網(wǎng)絡(luò)中的其他計算機查詢。換言之，其他計算機只要與分布式的主機聯(lián)網(wǎng)，即可遠程實時查詢1kV母線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)1kV母線工作運行狀態(tài)的遠程監(jiān)測。將若干個分布式主機組網(wǎng)，可將若干個獨立的無線傳感網(wǎng)絡(luò)組成一個更大的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以滿足更大的1kV母線狀態(tài)檢測系統(tǒng)的檢測需要。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括若干測量區(qū)域，各測量區(qū)域內(nèi)的被測高壓母線根據(jù)走線連接情況設(shè)置若干測量節(jié)點，且每一個測量區(qū)域均配置一臺分布式主機；每一個測量節(jié)點均包括三至六個傳感器單元，以分別用于測量該測量節(jié)點對應(yīng)的各相母線的相關(guān)參數(shù)；每個測量節(jié)點的傳感器單元之間，其中一個傳感器單元具有無線通信模塊，余下的各傳感器單元具有紅外通信模塊；每個測量節(jié)點中，具有紅外通信模塊的傳感器單元與具有無線通信模塊的傳感器單元之間紅外通信連接；各測量節(jié)點均依次通過具有無線通信模塊的傳感器單元、單片機與相應(yīng)的分布式主機無線通信連接；各分布式主機之間網(wǎng)絡(luò)通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器單元包括電源模塊，該電源模塊包括電流互感電路、備用電源以及用于切換電流互感電路、備用電源的電源切換芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器單元為溫度傳感器單元，包括溫度測量電路，該溫度測量電路包括熱電偶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓母線運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機為單片機Msp430，該單片機Msp430包括Zigbee無線通信模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊，單片機Msp430通過Zigbee無線通信模塊接收測量節(jié)點反饋的溫度信息，同時將所接收到的測量節(jié)點反饋的溫度信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后，通過Zigbee無線通信模塊傳輸至分布式主機。
【文檔編號】H02J13/00GK203942334SQ201420175962
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】蔡擁軍, 葉朝鋒, 趙偉, 黃松嶺, 陳俊杰, 肖勇 申請人:江蘇潤圣電氣有限公司