一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统，该方法包括：获取传感器采集变电设备状态的参量数据；对参量数据进行主成分分析，得到参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据；对参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析，得到第二投影矩阵和第二主成分数据；将第二投影矩阵和第二主成分数据打包并进行随机排序，封装成数据包后进行发送。本发明专利技术提供的一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统利用变电设备传感信号的稀疏性和多种传感量之间的关联性，提取用于状态监测的特征量，通过多种传感数据融合减少通信开销，并能在有损通道条件下保证监测精度。

Data fusion and wireless convergence method and system for transducer group of substation equipment

The invention discloses a method and a system for data fusion and wireless aggregation of sensor group of transformer equipment. The method comprises acquiring the parameter data of the state of transformer equipment by sensors, principal component analysis of the parameter data, obtaining the first projection matrix and the first principal component data of the parameter data, and the first principal component data of the parameter data. The second projection matrix and the second principal component data are obtained by principal component analysis (PCA) of the projection matrix and the first principal component data. The second projection matrix and the second principal component data are packaged and sorted randomly, then packaged into packets and sent. The invention provides a method for data fusion and wireless aggregation of sensor groups of substation equipment and a system for extracting characteristic parameters for condition monitoring by utilizing the sparsity of sensor signals of substation equipment and the correlation between various sensor quantities, reducing communication overhead through multi-sensor data fusion, and guaranteeing under the condition of lossy channel. Monitoring accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统
本专利技术涉及无线传感器通信
，具体涉及一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统。
技术介绍
无线传感网技术可用于变电站设备的电气、机械、运行信息的实时监测、诊断和辅助决策，尤其可利用传感设备对变压器、GIS(GasInsulatedSwitchgear)等关键设备进行状态监测，判断其健康状态和运行情况，支撑智能运检系统的建设和实施。变电设备的可靠性直接关系到电力系统的安全稳定运行，也决定着供电质量和供电可靠性。由于变电设备种类多、数量大，设备的状态监测信息来源多种多样，对应的传感器也各不相同。在实际应用中，国家电网公司《智能变电站技术导则(Q/GDW383—2009)》等企业标准指出，智能组件是服务于一次设备的测量、控制、状态监测、计量、保护等各种附属装置的集合，用于设备状态监测的传感器可以外置，也可以内嵌。在线状态监测以变压器、断路器等为重点监测对象，通过电学、光学、化学等技术手段对一次设备状态量进行在线监测，实现设备状态信息数字化采集、网络化传输、状态综合分析及可视化展示，状态监测量应按DL/T860标准监测模型建模。变电设备传感器具有高精度、宽频带等特征，传感节点的部署和时域采样比较密集，不同状态参量、相邻节点的采样数据有很大的相关性，目前一般通过智能组件和站内有线网络传输。根据相关技术导则，对于传统变电站的改造，可通过预置传感器、增设智能组件实现状态监测功能，为了便于部署，目前开展了基于无线传感网的变电设备状态监测研究，而传感器、无线通信在变电站环境中易受干扰，同时为了保障无线传感节点的可靠工作，需要通过合适的数据融合和无线传输技术，使状态参量的处理和优化数据传输效率结合起来，成为目前信息物理联合建模的研究重点，为相关工程系统设计、建设和运行提供支撑。主成分分析(PrincipalComponentAnalysis，PCA)是一种统计方法。PCA通过正交变换将一组存在相关性的变量重新组合成一组新的互相无关的综合变量，根据实际需要，从中可以取出几个较少的综合变量，尽可能多地反映全部信息，目前在相关领域已经得到应用。但是在目前的应用中存在被检测设备的参量数据之间相关性不强，缺乏考虑无线通信中数据丢包、重新发送对数据精度、节点功耗的影响的不足。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统，克服了现有技术中变电设备的参量数据相关性不强，节点损耗高以及数据发送精度不高的不足。本专利技术提供的一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法，包括如下步骤：获取传感器采集变电设备状态的参量数据；对所述参量数据进行主成分分析，得到所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据；对所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析，得到第二投影矩阵和第二主成分数据；将第二投影矩阵和第二主成分数据打包并进行随机排序，封装成数据包后进行发送。进一步地，所述获取传感器采集变电设备状态的参量数据，具体包括：通过M个传感器节点监测所述变电设备状态的N类参量数据；对每类参量在一个监测周期内进行D次采样，采样获取的数据组成矩阵SDn；其中，M、N、D均为不小于1的自然数，n∈1，2，…，N。进一步地，所述对所述参量数据进行主成分分析，得到所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据，具体包括：对所述矩阵SDn进行去均值处理，生成第一中心差异矩阵QSDn；计算所述第一中心差异矩阵QSDn对应的第一协方差矩阵An；计算所述第一协方差矩阵An的第一特征值λm及对应的第一特征向量Em；根据所述第一特征向量Em计算第一主成分数据Xm；将所述第一特征值λm从大到小排序，将对应的Em按顺序组成第一投影矩阵E。进一步地，所述对所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析，得到第二投影矩阵和第二主成分数据，具体包括：根据预设的数据重构精度，确定每类参量主成分的个数和对应的投影矩阵；根据所述每类参量主成分的个数和对应的投影矩阵，将N类状态参量的主成分数据组成主成分矩阵XN；对所述主成分矩阵XN进行去均值处理，生成第二中心差异矩阵QXN；计算所述第二中心差异矩阵QXN对应的第二协方差矩阵An'；计算所述第二协方差矩阵An'的第二特征值λn及对应的第二特征向量En；根据所述第二特征向量En计算第二主成分数据X；将所述第二特征值λn从大到小排序，将对应的En按顺序组成第二投影矩阵EN。本专利技术实施例还提供一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚系统，包括：参量数据采集模块，用于获取采集的变电设备状态的参量数据；第一主成分分析模块，用于对所述参量数据进行主成分分析，得到所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据；第二主成分分析模块，用于对所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析，得到第二投影矩阵和第二主成分数据；数据打包发送模块，用于将第二投影矩阵和第二主成分数据打包并进行随机排序，封装成数据包后进行发送。本专利技术实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述的变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法。本专利技术实施例还提供一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述的变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术实施例提供的一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统，利用变电设备传感信号的稀疏性和多种传感量之间的关联性，提取用于状态监测的特征量，通过多种传感数据融合减少通信开销。2.本专利技术实施例提供的一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统，采用交织方法打乱数据的发送顺序，即在交织过程中将数据随机排序，由于数据的稀疏性，在状态监测主站可以在少量数据丢失的情况下恢复数据，而不需要重新发送所有的数据包，在有损通道条件下保证监测精度。3.本专利技术实施例提供的一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法及系统，变电设备的传感器、智能组件、状态监测主站、状态监测量的信息模型等都遵循相关的企业、行业标准，可以基于现有的智能变电站实施，本专利技术具有实际可操作性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法的一个具体示例的流程图；图2为本专利技术实施例中传感器部署示意图；图3为本专利技术实施例中对参量数据进行主成分分析的一个具体示例的流程图；图4为本专利技术实施例中对参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析的一个具体示例的流程图；图5为本专利技术实施例中采用交织方法打乱数据过程的示意图；图6本为专利技术实施例中变电设备传感器群数据融合与无线汇聚系统组成原理框图；图7为本专利技术实施例中变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法，其特征在于，包括如下步骤：获取传感器采集变电设备状态的参量数据；对所述参量数据进行主成分分析，得到所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据；对所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析，得到第二投影矩阵和第二主成分数据；将第二投影矩阵和第二主成分数据打包并进行随机排序，封装成数据包后进行发送。

【技术特征摘要】
1.一种变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法，其特征在于，包括如下步骤：获取传感器采集变电设备状态的参量数据；对所述参量数据进行主成分分析，得到所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据；对所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析，得到第二投影矩阵和第二主成分数据；将第二投影矩阵和第二主成分数据打包并进行随机排序，封装成数据包后进行发送。2.根据权利要求1所述的变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法，其特征在于，所述获取传感器采集变电设备状态的参量数据，具体包括：通过M个传感器节点监测所述变电设备状态的N类参量数据；对每类参量在一个监测周期内进行D次采样，采样获取的数据组成矩阵SDn；其中，M、N、D均为不小于1的自然数，n∈1，2，…，N。3.根据权利要求2所述的变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法，其特征在于，所述对所述参量数据进行主成分分析，得到所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据，具体包括：对所述矩阵SDn进行去均值处理，生成第一中心差异矩阵QSDn；计算所述第一中心差异矩阵QSDn对应的第一协方差矩阵An；计算所述第一协方差矩阵An的第一特征值λm及对应的第一特征向量Em；根据所述第一特征向量Em计算第一主成分数据Xm；将所述第一特征值λm从大到小排序，将对应的Em按顺序组成第一投影矩阵E。4.根据权利要求3所述的变电设备传感器群数据融合与无线汇聚方法，其特征在于，所述对所述参量数据的第一投影矩阵和第一主成分数据进行主成分分析，得到第二投影矩阵和第二主成分数据，具体包括：根据预设的数据重构精度，确定每类参量主...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁云，黄凤，黄莉，黄辉，李春龙，杨志豪，于振江，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网山东省电力公司，国网山东省电力公司潍坊供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11