本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及智能電網(wǎng)線路安全實時監(jiān)控領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

智能電網(wǎng)的解釋包含有3個層面的含義：首先是利用傳感器對輸電關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行收集、整合，最后通過對數(shù)據(jù)的分析挖掘，達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理。數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞直接影響著后續(xù)數(shù)據(jù)挖掘優(yōu)化管理的準確性和有效性，通過實時的監(jiān)測預警并輔以有效的控制措施，可以加強對數(shù)據(jù)來源質(zhì)量的預判和綜合判斷能力，減輕異常的數(shù)據(jù)質(zhì)量帶來的危害。

由于通道狀況、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)運行、硬件平臺、省市轉(zhuǎn)發(fā)、人為因素等多種原因均會影響智能電網(wǎng)輸電的質(zhì)量，定期的人工現(xiàn)場觀測是一種有效且直觀的監(jiān)測方法，但監(jiān)測周期長，對技術(shù)人員的經(jīng)驗要求高，并且存在一定的安全隱患，在潮濕多雨大風等惡劣天氣情況下，突發(fā)事件對技術(shù)人員處理分析要求的技術(shù)含量高。因此，智能電網(wǎng)的實時監(jiān)控非常必要。

當前智能電網(wǎng)中常用的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法，即監(jiān)測方式，主要有：1)基于統(tǒng)計的校驗方法，即，將數(shù)據(jù)點是否符合以前的統(tǒng)計規(guī)律作為異常與否的判定依據(jù)；2)多個數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)校驗，即，對于同一數(shù)據(jù)如果有多個數(shù)據(jù)來源，可以將這些數(shù)據(jù)做比對，如果誤差大于設(shè)定的閥值則報警；3)基于數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)校驗，即，根據(jù)電網(wǎng)拓撲和業(yè)務(wù)邏輯來判斷多個數(shù)據(jù)間是否滿足相關(guān)約束。

目前關(guān)于數(shù)據(jù)質(zhì)量預警監(jiān)測的評價是個十分棘手但需要討論的問題。每個監(jiān)控中心的運行環(huán)境狀況不同，在數(shù)據(jù)質(zhì)量異常發(fā)生機理并不清楚的情況下進行評價是比較困難的。這種局限性引起的預測準確率低下很可能導致數(shù)據(jù)質(zhì)量異常初期預警發(fā)布的滯后以及控制措施的拖延，延誤了最佳控制時期。因此，本地化的預判和實時控制也顯得相當重要，且有利于減小后期人力物力的投入。

選擇數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法是智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程中的核心。為了選擇合適的質(zhì)量控制方法首先必須對數(shù)據(jù)本身的特點進行分析，這一般有數(shù)據(jù)正態(tài)性判斷、數(shù)據(jù)誤差正態(tài)性判斷以及數(shù)據(jù)量的大小甚至數(shù)據(jù)分組處理等等。目前常用的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法有基于統(tǒng)計的校驗方法、多個數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)校驗方法、基于數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)檢驗方法等。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制結(jié)果一般通過散點圖、擬合圖、點線圖等圖來分析當前電網(wǎng)環(huán)境的狀況以及趨勢。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的目的不單單是為了顯示當前的電網(wǎng)環(huán)境狀況，其目的還要數(shù)據(jù)質(zhì)量控制結(jié)果的存儲以達到通過數(shù)據(jù)積累了解規(guī)律。

而現(xiàn)有的自動監(jiān)測站大都采用人工巡檢工作模式，所需人力資源多，勞動強度大，采集信息較少，效率較低，監(jiān)測范圍有限，無法滿足規(guī)范化要求；并且部分智能監(jiān)測站出現(xiàn)長期運行穩(wěn)定性差，壽命短，維護工作量大，實效性差，應急響應滯后等難點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集現(xiàn)場檢測、遠程預警和綠色響應于一體的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)來源質(zhì)量實時監(jiān)控裝置，即智能電網(wǎng)實時監(jiān)控裝置。該裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸線路等參數(shù)，數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信模塊傳輸至監(jiān)測中心，用以評估數(shù)據(jù)來源質(zhì)量的預警等級，并實時通過裝置上的數(shù)據(jù)控制模塊給出預警和監(jiān)控。

本發(fā)明所公開的智能電網(wǎng)線路安全實時監(jiān)控裝置，包括處理控制單元、通訊模塊、傳感器模塊、電源模塊和變送器模塊，其中，處理控制單元用于控制通訊模塊與其它節(jié)點間和監(jiān)控中心之間的通信，對接收的傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，并對執(zhí)行器下達指令；傳感器模塊采用多參數(shù)模式，用于采集線路狀況數(shù)據(jù)；通訊模塊與監(jiān)控中心連接通信，用于傳送本地數(shù)據(jù)和接收監(jiān)控中心指令信息；送變器模塊用于將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)變成可被處理控制單元識別的信號；電源模塊用于監(jiān)控裝置的供電。

進一步的，電源模塊包括電源監(jiān)控電路以及供電模塊；其中，電源監(jiān)控電路用于監(jiān)控處理器單元、傳感器模塊所需的電壓是否正常；供電模塊包含兩套太陽能供電單元，分別用于處理控制單元和傳感器模塊的供電。

進一步的，通訊模塊包括射頻模塊和/或GPRS模塊，GPRS模塊用于與遠程監(jiān)控中心直接通信，射頻模塊用于與本地監(jiān)控中心的短距離通信。

進一步的，該裝置還包括協(xié)處理器，協(xié)處理器用于輔助處理控制單元完成對接收的傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分析處理。

進一步的，協(xié)處理器用于將經(jīng)變送器模塊放大的傳感器采集信號采樣并轉(zhuǎn)換為對應物理量的數(shù)字信號，和/或用于完成發(fā)送數(shù)據(jù)前信道預約避免沖突發(fā)生。

進一步的，傳感器模塊包括電流傳感器和電壓傳感器，其中，電流傳感用于測量線路額定電流分量；電壓傳感器用于測量線路額定電壓分量。

進一步的，傳感器模塊還包括溫濕度傳感器，用于外部環(huán)境的溫濕度測量。

進一步的，傳感器模塊還包括風速風向傳感器，用于風速風向測量。

有益效果：

基于無線通信的監(jiān)控裝置與現(xiàn)有的自動監(jiān)測站相比，具有以下優(yōu)點：

1)網(wǎng)絡(luò)容量大，監(jiān)測密度高且范圍廣?；贕PRS模塊的無線通信方式利用了成熟、穩(wěn)定的公共無線網(wǎng)絡(luò)，可以跨越很大的物理空間，增大覆蓋的監(jiān)測區(qū)域，特別是對于不易架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的邊遠地區(qū)和可移動裝置，減少盲區(qū)，適合大型區(qū)域等距離較遠和比較分散的布點。

2)采用短距離射頻通信模塊為傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)化提供了物理層和MAC層的支持，組網(wǎng)后可使系統(tǒng)具有很強的容錯性能和自愈功能。

3)本裝置適用于分布式的監(jiān)控方式，節(jié)點的空間分布更靈活，基本不受地理環(huán)境影響，可以全部覆蓋，沒有盲區(qū)，且每個裝置都能得到充分利用；由此使得，從不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比，通過分布式處理大量的采集信息能夠提高監(jiān)測的精度，降低對單個節(jié)點傳感器的精度要求。

4)多參數(shù)傳感器集成方式，解決了傳統(tǒng)測量法測量周期長、測量參數(shù)少、測量點分布不一等問題，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時性、有效性，增強了預警的準確性、可靠性。而且裝置配備的傳感器可以直接檢測電網(wǎng)參數(shù)，即使發(fā)生監(jiān)測中心沒有通報預警的突發(fā)情況，一旦被檢測到，節(jié)點也可以獨立于監(jiān)控中心做出應急響應。

5)采用本裝置進行監(jiān)控，無需布線，建站成本低，對生態(tài)環(huán)境影響小；在過程中不需要人工參與，也降低了運營成本。

附圖說明

圖1為線路安全實時監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為線路安全實時監(jiān)控裝置的模塊框圖

圖3為線路安全實時監(jiān)控的系統(tǒng)框圖

圖4為線路安全實時監(jiān)控裝置的工作流程示意圖

具體實施方式

附圖1為本裝置一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1、2、3、4為太陽能電池板，5為外儀器艙，6為風速風向傳感器，7為電流傳感器，8為射頻天線，9為溫濕度傳感器，10為電壓傳感器。太陽能電池板共有四塊，呈十字形水平分布，保證從各角度都可以接收到太陽的輻照。電池板的四條短邊圍成的正方形即為外儀器艙的頂部，其上安裝有風速風向傳感器6，7為電流傳感器，9為溫濕度傳感器，10為電壓傳感器以及用于無線通信的射頻天線8。安裝過程中，電流、電壓、風速風向、溫濕度傳感器四種器件應互不遮擋，并且較高的離地距離可以使通信距離更遠，儀器艙頂層蓋板與四種器件的連接處密封以防滲水。四種傳感器器件的正下方為處理器單元，以便不被陽光直射和雨水淋濕。四種傳感器和射頻模塊直接由處理器的IO口控制。

附圖2為智能電網(wǎng)線路安全實時監(jiān)控裝置的實施例的模塊框圖，線路安全實時監(jiān)控裝置安裝于智能電網(wǎng)線路中的節(jié)點部位，其包括：處理控制單元、射頻模塊、GPRS模塊、傳感器模塊、電源監(jiān)控電路以及供電模塊、變送器、協(xié)處理器。

其中，處理器控制單元可采用TI公司的CC2430低功耗無線單片機，它集成了行業(yè)領(lǐng)先的射頻2.4GHz收發(fā)器CC2420，以及工業(yè)級、小體積的8051微處理器，具有集成度高、功耗低的特點。CC2420收發(fā)器用于接收傳感器采集數(shù)據(jù)，它支持的IEEE 802.15.4協(xié)議采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；其MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，增強了無線通信的可靠性。作為處理器控制單元核心的內(nèi)置8051處理器主要起著兩方面作用：1)用于控制射頻模塊、GPRS模塊與其它節(jié)點間和監(jiān)控中心之間的通信；2)采集傳感器的數(shù)據(jù)，并作簡單的分析處理，同時結(jié)合監(jiān)控中心下達的預警等級對執(zhí)行器是否工作及工作強度作出判斷。

為減輕系統(tǒng)處理器控制單元主處理器的負荷，還可采用協(xié)處理器芯片完成一部分特定處理任務(wù)，如采用CSMA/CA協(xié)處理器芯片，用于完成發(fā)送數(shù)據(jù)前信道預約避免沖突發(fā)生，還可用于將經(jīng)變送器模塊放大的傳感器采集信號采樣并轉(zhuǎn)換為對應物理量的數(shù)字信號。

射頻模塊用于短距離無線通信，即與本地監(jiān)控站的連接通信。其包括射頻通信單元及射頻天線。射頻通信單元包含了片內(nèi)的CC2420收發(fā)器和少量外圍元件，它與處理控制單元內(nèi)置的8051單片機之間通過SPI接口通信，并和射頻天線共同構(gòu)成短距離無線通信模塊。

GPRS模塊用于與遠程監(jiān)控中心直接通信，將本地數(shù)據(jù)直接傳送給遠程監(jiān)控中心或接收來自遠程監(jiān)控中心的指令信息。

GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢：通過多個GSM時隙的復用，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，理論峰值達115kb/s；不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組GPRS信道，但只有當某一個用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才會占用信道資源。這樣，通過多用戶的業(yè)務(wù)復用，更有效地利用無線網(wǎng)絡(luò)信道資源，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點。

本發(fā)明的實時監(jiān)控裝置使用GPRS模塊用于實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的傳送，非常經(jīng)濟實用，特別是對于不易架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的邊遠地區(qū)和可移動裝置。本裝置內(nèi)置的GPRS模塊與處理器控制單元通過RS-232串行接口進行通信，通信速率最快可以達到115200b/s。

GPRS模塊與控制器間的通信協(xié)議是AT命令集。除了串口發(fā)送(TX)、串口接收(RX)之外，微控制器與GPRS模塊之間還有一些硬件握手信號，如DTR、CTS、DCD等。本發(fā)明為了簡化處理控制單元微控制器的控制工作量，本裝置在硬件設(shè)計時不需要使用全部的硬件握手信號，而只使用數(shù)據(jù)載波檢測(Data Carrier Detect,DCD)和終端準備(Data Terminal Ready,DTR)信號。

傳感器模塊采用多參數(shù)模式，包括電流傳感器、溫濕度傳感器、電壓傳感器和風速風向傳感器等。傳感器輸出的信號在變送器內(nèi)被放大，經(jīng)協(xié)處理器采樣并轉(zhuǎn)換為對應物理量的數(shù)字信號，通過RS-232接口上報處理器單元。

電流傳感器采用空心線圈結(jié)構(gòu)，在全測量范圍內(nèi)線性輸出，不存在勵磁電流和磁飽和，消除了相位差，提高測量精度和保證測量精度穩(wěn)定性，無傳統(tǒng)的鐵芯，體積小，便于安裝，輸出弱信號，消除了過電壓危險，通過在裝置上設(shè)置分組抽頭，可實現(xiàn)一組裝置覆蓋寬測量范圍范圍。如K E C A—A1型傳感器，通過轉(zhuǎn)換擋，可覆蓋4OA-1 6 0 0A的額定一次電流，并保持穩(wěn)定的精度。

電壓傳感器包括阻抗分壓器、電阻分壓器和電容分壓器，可直接與數(shù)字微處理器及保護裝置配套，無需接口裝換，設(shè)備選型靈活。

溫濕度傳感器可采用DHT22數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。該傳感器測溫、測濕的精度分別為0.1℃和0.1％RH。它與CC2430之間通過單總線方式連接，節(jié)省端口且時序簡單。

風速風向傳感器用于風速風向測量，可采用FC-5SX風速風向傳感器，風速風向傳感器輸出為0～5V電壓信號，風速測量范圍為0～50M/S，風向測量范圍為32方位角，具有很好的耐惡劣環(huán)境的適應性。

本發(fā)明設(shè)計的這種多參數(shù)傳感器集成方式，解決了傳統(tǒng)測量法測量周期長、測量參數(shù)少、測量點分布不一等問題，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時性、有效性，增強了預警的準確性、可靠性。而且裝置配備的傳感器可以直接檢測電網(wǎng)參數(shù)，即使發(fā)生監(jiān)測中心沒有通報預警的突發(fā)情況，一旦被檢測到，節(jié)點也可以獨立于監(jiān)控中心做出應急響應。

變送器模塊是把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀惶幚砥髯R別的信號的轉(zhuǎn)換器，即，將傳感器輸入的非電量轉(zhuǎn)換成電信號同時放大以便供處理器測量和控制的信號源。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動控制的監(jiān)測信號源。

本裝置的供電模塊包含兩套太陽能供電單元，即供電模塊I和供電模塊II，使得給處理器模塊與小功率的傳感器模塊獨立供電，減小相互干擾，提高穩(wěn)定性。電源監(jiān)控電路用于監(jiān)控處理器單元、傳感器單元所需的電壓是否正常。

結(jié)合附圖3所示，本發(fā)明設(shè)計的實時監(jiān)控裝置采用了基于無線通信技術(shù)的監(jiān)控方式，根據(jù)所需，安裝在電網(wǎng)線路的相應節(jié)點處。每個裝置本身又是傳感器和執(zhí)行器的結(jié)合體，結(jié)合傳感器系統(tǒng)采集電流電壓、溫濕度等數(shù)據(jù)，與以往數(shù)據(jù)進行校對，執(zhí)行監(jiān)控操作或者執(zhí)行異常數(shù)據(jù)報警操作，并顯示給用戶數(shù)據(jù)或者預警信息。在實際應用中，實時監(jiān)控裝置根據(jù)監(jiān)控需求被布置在整個觀測電網(wǎng)中的傳感器節(jié)點處，將采集到的有用信息通過初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合后傳送給用戶。數(shù)據(jù)傳送的過程是通過GPRS模塊或短距離射頻通信模塊直接或間接地傳送給遠程監(jiān)控中心或本地監(jiān)控站。監(jiān)控站或監(jiān)控中心對每個節(jié)點傳回的數(shù)據(jù)進行綜合分析、判斷預警等級，并通過反向的通信鏈路下達給對應傳感器節(jié)點處的實時監(jiān)控裝置，實時監(jiān)控裝置結(jié)合自身對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測結(jié)果，對異常數(shù)據(jù)進行預警。

本裝置采用的監(jiān)測和控制方式是基于統(tǒng)計的校驗方法，具體是對電流電壓等信號進行收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，同時輔助監(jiān)測系統(tǒng)的溫濕度、風速風向等氣象信息監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)天氣的變化，環(huán)境因素，在線監(jiān)測系統(tǒng)能通過各種報表、統(tǒng)計的圖表，將電流電壓等數(shù)值與以往數(shù)據(jù)進行校對，對輸電線路進行系統(tǒng)的分析和綜合，然后把信息的顯示方式傳給用戶，讓用戶知道輸電線路的用電量和總體情況，如果誤差大于設(shè)定的閥值則報警。

圖4為實施例所示線路安全實時監(jiān)控裝置的工作流程示意圖。工作流程具體如下：

實時監(jiān)控裝置上電開始工作后，首先對串口、定時器、中斷、射頻模塊等進行初始化，選擇合適的波特率、定時喚醒周期和通信信道。然后嘗試和監(jiān)控中心建立連接，連接成功后中心將該節(jié)點的實時監(jiān)控裝置加入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

節(jié)點通過本地定時和外部查詢的方式工作，當沒有上述事件觸發(fā)中斷時，處理器單元進入空閑狀態(tài)以降低功耗。如果檢測到中斷觸發(fā)，則判斷中斷類型。如果是本地的定時中斷，則首先判斷是否有正在執(zhí)行的監(jiān)控任務(wù)，任務(wù)是否完成。完成則檢測數(shù)據(jù)量，判斷是否需要預警；沒有完成，則執(zhí)行器繼續(xù)工作。如果是射頻中斷，則判斷是否有監(jiān)控中心發(fā)來的預警指令，當檢測到監(jiān)控中心發(fā)來的指令時，根據(jù)指令類型進行相應的預警或傳感器讀取和數(shù)據(jù)發(fā)送工作；若沒有接收到監(jiān)控中心的預警指令，則進一步判斷是否為查詢指令，如果是查詢指令，則傳感器模塊開始讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，并發(fā)送至變送器，經(jīng)協(xié)處理器采樣并轉(zhuǎn)換為對應物理量的數(shù)字信號，通過RS-232接口上報處理器單元。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。