一种变电设备传感器组网系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种变电设备传感器组网系统，包括：若干状态信息采集传感器普通节点，状态信息采集传感器普通节点将采集到的设备状态信息上传给设备状态信息采集传感器簇首节点，设备状态信息采集传感器簇首节点将接收到的设备状态信息融合处理后发送给变电设备监控系统，变电设备监控系统将收集到的设备状态信息通过光纤或总线的方式发送给变电站子系统，变电站子系统通过光纤或无线方式将设备状态信息发送给外界监控系统服务器。分簇组网方式简单，易于部署，有较强的稳定性和可管理性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电气行业，尤其是一种变电设备传感器组网系统，用于降低变电站中传感器节点的能耗，提高传感器节点抗噪声性能。
技术介绍
近年来无线通信技术、嵌入式技术和传感器技术的发展，促进了无线传感器在军事监测和工业生产中广泛应用。变电站中各类设备复杂，运行环境危险，不适合人工巡检。而无线传感器具有体积小、适应性强的特点。为获取各类设备的工作状态，通常利用无线传感器对变电设备进行在线监测，实时记录其运行参数。在变电站中，通常将传感器安装在变电设备上，通过传感器实时采集设备运行参数，然后将数据传输给站级监控处理系统，最后通过光纤网络传输给最终的监测系统。而无线传感器在传输参数时会直接发送给站级处理系统，所有的节点都采用这种方式时会造成各个节点能量消耗较快，节点工作时间短。目前变电站传感器节点的工作过程存在以下缺点：1.变电站中变电设备传感器节点直接发送到监控系统传输距离远，能耗大，工作时间短；2.变电站内大部分设备具有金属壳，无线电信号特有的趋肤效应会在传输过程中大幅衰减，后续不能达到工作要求；变电站内有电晕等各类噪声，严重影响信号的传输质量；3.多个传感器节点同时发送信息时易形成码间串扰，且信号远距离传输质量差，数据易丢失；4.变电设备传感器各节点能量消耗不均衡，工作时间不一，不利于统一管理更换。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决上述传感器能耗高和信号传输质量差问题，提供一种一种变电设备传感器组网系统，它具有在变电站内传感器节点进行组网，能够显著减少传感器的能量消耗，均衡各节点的能量消耗，延长网络整体工作时间的优点。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种变电设备传感器组网系统，包括：若干状态信息采集传感器普通节点，状态信息采集传感器普通节点将采集到的设备状态信息上传给设备状态信息采集传感器簇首节点，设备状态信息采集传感器簇首节点将接收到的设备状态信息融合处理后发送给变电设备监控系统，变电设备监控系统将收集到的设备状态信息通过光纤或总线的方式发送给变电站子系统，变电站子系统通过光纤或无线方式将设备状态信息发送给外界监控系统服务器。所述状态信息采集传感器普通节点包括：控制模块，所述控制模块分别与传感器模块、无线通信模块、执行器、接口单元和外部设备连接。所述控制模块包括微处理器和存储器；所述无线通信模块为无线收发器；所述传感器模块包括传感器和模拟/数字转换电路。所述控制模块、传感器模块和无线通信模块均通过电源模块供电。变电设备监控系统通过无线方式接收状态信息采集传感器簇首节点发送的状态信息。设备状态信息采集传感器簇首节点采用无线方式接收设定距离内状态信息采集传感器普通节点采集的设备状态信息。所述变电站子站系统处于组网后系统的最高层，与变电设备监控系统通讯，接收变电设备监控系统整理后发送来的设备状态信息，同时也向变电设备监控系统发送命令信息，控制监控系统的工作方式；所述变电设备监控系统处于组网后系统的第二层；变电设备监控系统接收设备状态信息采集传感器簇首节点发送的状态信息，在接收多个设备状态信息采集传感器簇首节点发送的状态信息后，进行统一整理，然后发送给上级变电站子系统；同时变电设备监控系统接收上级变电站子系统的指令，并向设备状态信息采集传感器簇首节点下发指令控制状态信息采集传感器普通节点的工作方式；所述设备状态信息采集传感器簇首节点位于组网后系统的第三层，设备状态信息采集传感器簇首节点接收附近状态信息采集传感器普通节点采集的设备状态信息，并进行融合处理后发送给上级变电设备监控系统；同时也接收上级变电设备监控系统的指令，并将其发送给附近的状态信息采集传感器普通节点以控制设备状态信息采集传感器簇首节点自身和状态信息采集传感器普通节点的工作方式；所述状态信息采集传感器普通节点位于组网后系统的第四层，状态信息采集传感器普通节点采用将采集到的设备信息发送给设备状态信息采集传感器簇首节点，同时能够接收设备状态信息采集传感器簇首节点发送的指令，根据指令完成工作。所述变电站子系统通过光纤或总线的方式与变电设备监控系统通讯。所述状态信息采集传感器普通节点采用无线的方式通讯，将采集到温度、湿度和色谱等信息量发送给设备状态信息采集传感器簇首节点。变电站子站系统通过光纤或无线方式与外界监控系统服务器通讯，将该变电站下的设备状态信息发送给外界监控系统服务器，外界监控系统服务器实时处理状态信息并通过设定的方式进行展示；同时外界监控系统服务器下达指令要求变电站子站系统完成相应工作。一种变电设备传感器组网方法，包括如下步骤：步骤(1)：在组网阶段，首先进行设备状态信息采集传感器簇首节点选举，状态信息采集传感器普通节点通过本身的分布式自举算法决定是否成为簇首节点，选举出的设备状态信息采集传感器簇首节点广播声明消息，其余的状态信息采集传感器普通节点进行入网申请，申请成功后状态信息采集传感器普通节点成为簇内成员节点，设备状态信息采集传感器簇首节点为簇内的成员节点分配工作时隙；步骤(2)：稳定工作阶段，各个成员节点在簇首节点分配的工作时隙内，按TDMA机制通过直接序列扩频DSSS方式给簇首节点发送信息，成员节点根据簇首节点位置调整发射功率降低通信干扰，同时减少能量消耗。簇首节点以直接序列扩频的方式将融合后的信息发送到变电设备监控系统；变电设备监控系统将收集到的设备状态信息发送给变电站子系统，变电站子系统将设备状态信息发送给外界监控系统服务器；步骤(3)：本轮工作结束，开始下一轮工作过程。所述步骤(1)中的组网阶段，物理层通信方式均采用非坚持CSMA协议；所述步骤(1)的组网阶段是以簇为单位的，每个簇内的节点分为簇首节点和成员节点。簇首节点的工作是组织簇结构，接收成员节点采集到的信息，将信息融合后再发送给变电设备监控系统；成员节点任务是采集信息并将信息发送给簇首节点。所述步骤(1)分布式自举算法：状态信息采集传感器普通节点产生一个随机数与一个设定的门限值比较；即每个状态信息采集传感器普通节点产生一个0到1的随机数，然后随机数与门限值T(n)比较，如果小于T(n)，则该状态信息采集传感器普通节点就成为簇首节点，簇首节点将成为簇首节点的信息广播给周围设定距离内的状态信息采集传感器普通节点。所述门限值T(n)由式(1)决定：T(n)=p1-p×[rmod(1/p)],n∈G0,n∉G---(1)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电设备传感器组网系统，其特征是，包括：若干状态信息采集传感器普通节点，状态信息采集传感器普通节点与设备状态信息采集传感器簇首节点连接，设备状态信息采集传感器簇首节点与给变电设备监控系统连接，变电设备监控系统通过光纤或总线与变电站子系统连接，变电站子系统通过光纤或无线与外界监控系统服务器连接。

【技术特征摘要】
1.一种变电设备传感器组网系统，其特征是，包括：若干状态信息采集传感器普通节点，状态信息采集传感器普通节点与设备状态信息采集传感器簇首节点连接，设备状态信息采...

【专利技术属性】
技术研发人员：白德盟，陈玉峰，郭志红，朱文兵，李程启，耿玉杰，马艳，林颖，杨祎，杜修明，彭飞，任敬国，王建，朱庆东，李杰，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：山东;37