一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统技术方案

本申请公开一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统，包括传感器模块、边缘数据采集和存储模块、边缘诊断分析模块和LoRa网关；传感器模块包括多种采集终端和各采集终端的LoRa无线模块，采集局部放电多物理信号，并通过LoRa无线模块传输给LoRa网关；边缘数据采集和存储模块通过LoRA方式连接局放智能采集终端，对接收的不同智能采集终端的多物理信号进行精简状态特征集的规范化和有效性分析；边缘诊断分析模块包括横向统计分析模块和风险评估算法模块，提取边缘数据采集和存储模块采集的数据，将调用SVM人工智能分类器算法进行辅助计算处理，存储处理完成的数据；LoRa网关实现与LoRa采集终端之间的数据传输。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统
本专利技术涉及开关柜局部放电监测
，尤其是涉及一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统。
技术介绍
电力物联网建设是国家数字化新基建的重要内容，是国家促进产业转型升级、拉动经济实现跨越性发展的重要举措。作为电力物联网最重要的基础支撑技术之一，无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)作为一种新型的网络技术得到广泛的关注。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种技术，能够通过各类集成化的微型传感器节点协作完成监测、感知和采集各种环境信息或被监测对象的信息，并对信息进行处理，可以通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将感知的信息传送到用户终端。而作为无线传感网络的智能网关，是实现智能感知终端与后台服务器以及云终端相连接的必要枢纽。而现有的开关柜局放监测边缘采集端存在数据传输量大的问题，且边缘计算能力较弱，不能快速有效地辨识早起的故障预警，存在一定的电力生产隐患。
技术实现思路
本申请提供了一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统，包括传感器模块、边缘数据采集和存储模块、边缘诊断分析模块和LoRa网关；传感器模块包括多种采集终端和各采集终端的LoRa无线模块，用于采集局部放电多物理信号，并将信号通过LoRa无线模块传输给LoRa网关；边缘数据采集和存储模块通过LoRA方式连接局放智能采集终端，对接收的不同智能采集终端的多物理信号进行精简状态特征集的规范化和有效性分析，实现局部放电多物理信号的精简状态特征就地提取；边缘诊断分析模块包括智能终端节点数据的横向统计分析模块和基于放电阶段状态辨识的风险评估算法模块；横向统计分析模块和风险评估算法模块提取边缘数据采集和存储模块采集的数据，风险评估算法模块将调用SVM人工智能分类器算法进行辅助计算处理，存储处理完成的数据；LoRa网关包括LoRa无线模块，通过LoRa无线模块实现LoRa网关与LoRa采集终端之间的数据传输。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，传感器模块包括超声采集终端、高频电流采集终端、地电波采集终端以及和各采集终端的LoRa无线模块；传感器模块采集的局部放电多物理信号包括超声、高频电流、地点波；超声、高频电流和地电波智能终端均采用统一的硬件架构，通过无线相位对各智能终端进行同步。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，传感器模块具体包括集成化智能终端电路、电源电路和信号处理电路；集成化智能终端电路包括超低功耗MCU、调理器、高精度始终外围电路、温度传感器、低功耗处理电路和LORA传输电路；电源电路包括电池、低功耗电源和开关电路；信号处理电路包括隔离电路、去耦电路、以及静电雷击浪涌保护电路；集成化智能终端电路通过控制接口控制电源电路中的开关电路，信号处理电路连接电源电路中的低功耗电源。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，高频/TEV信号的精简状态特征数据集包括提取放电脉冲的相位、幅值构成长度为N的二维数表；超声信号的精简状态状态特征数据集包括提取放电脉冲的相位、幅值序列，以及提取信号的前5次主频及其对应峰值，构成两段二维数据表。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，在智能终端节点数据的横向统计分析模块中，对各智能终端节点数据进行同步脉冲匹配分析，根据同类终端匹配脉冲信号幅值的统计分布，进行干扰排除，以及放电信号的粗略定位；根据安装于同一台开关设备的多物理量信号进行匹配分析，根据信号特征进行干扰辨识、模式分析和精确定位。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，在基于放电阶段状态辨识的风险评估算法模块中，从多物理量数据中提取并选择代表放电特征的精简特征参量，然后输入SVM分类器中，采用人工智能分类器进行放电阶段辨识和风险评估预警；根据放电的相关参量在平稳老化阶段和高风险阶段的差异，利用有效的特征参量作为放电发展阶段划分的依据，实现对气隙放电发展阶段的诊断。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，放电特征的参量提取具体包括：基于放电的三个基础参量-幅值(V)、相位(φ)、时间(t)，通过分析和运算构造相关的特征参量。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，特征参量中包括信息熵、威布尔分布参数、平均值、标准差和最大值。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，在提取放电特征参量之后，选取Fisher得分和最大信息系数MIC这两个指标对应的算法来进行特征选择，得到精简特征参量。如上所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其中，在实现对放电数据进行特征参量的提取及选择的基础上，基于支持向量机对放电发展阶段进行诊断，具体包括如下子步骤：从每组试验的每个阶段的放电数据中，各选取80％的数据作为训练样本，另外20％的数据作为识别样本；对训练样本和识别样本进行特征量的提取与特征量选择；以训练样本作为SVM的输入，对模型进行训练，并将训练好的样本进行保存；以识别数据归一化后，作为SVM的输入，用训练好的模型进行识别。本申请实现的有益效果如下：本申请有效解决了开关柜局放监测边缘采集端数据传输量大的问题，显著提升了开关柜局放监测的边缘计算能力，实现了对开关设备的绝缘状态的准确辨识和故障的早期预警，对于提高开关设备运行可靠性和经济性，保障电力生产安全，促进电网企业管理和运维转型、业务升级，提升用户体验和企业社会形象都有着非常重要的意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是适用于开关柜局部放电的智能网关系统示意图；图2为集成化智能终端的硬件架构示意图；图3为传感器模块功能框图；图4为智能终端节点数据的横向统计分析流程图；图5为基于放电阶段状态辨识的风险评估算法流程图；图6为LoRa网关中LoRa无线模块结构图；图7为LoRa网关和无线LoRa采集终端具体软件实现流程图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一本申请实施例一提供一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统，如图1所示，包括传感器模块、边缘数据采集和存储模块、边缘诊断分析模块和LoRa网关；各模块具体功能如下：①传感器模块：传感器模块包括超声采集终端、高频电流采集终端、地电波采集终端以及和各采集终端相连的LoRa无线模块，用于采集超声、高频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其特征在于，包括传感器模块、边缘数据采集和存储模块、边缘诊断分析模块和LoRa网关；/n传感器模块包括多种采集终端和各采集终端的LoRa无线模块，用于采集局部放电多物理信号，并将信号通过LoRa无线模块传输给LoRa网关；/n边缘数据采集和存储模块通过LoRA方式连接局放智能采集终端，对接收的不同智能采集终端的多物理信号进行精简状态特征集的规范化和有效性分析，实现局部放电多物理信号的精简状态特征就地提取；/n边缘诊断分析模块包括智能终端节点数据的横向统计分析模块和基于放电阶段状态辨识的风险评估算法模块；横向统计分析模块和风险评估算法模块提取边缘数据采集和存储模块采集的数据，风险评估算法模块将调用SVM人工智能分类器算法进行辅助计算处理，存储处理完成的数据；/nLoRa网关包括LoRa无线模块，通过LoRa无线模块实现LoRa网关与LoRa采集终端之间的数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其特征在于，包括传感器模块、边缘数据采集和存储模块、边缘诊断分析模块和LoRa网关；
传感器模块包括多种采集终端和各采集终端的LoRa无线模块，用于采集局部放电多物理信号，并将信号通过LoRa无线模块传输给LoRa网关；
边缘数据采集和存储模块通过LoRA方式连接局放智能采集终端，对接收的不同智能采集终端的多物理信号进行精简状态特征集的规范化和有效性分析，实现局部放电多物理信号的精简状态特征就地提取；
边缘诊断分析模块包括智能终端节点数据的横向统计分析模块和基于放电阶段状态辨识的风险评估算法模块；横向统计分析模块和风险评估算法模块提取边缘数据采集和存储模块采集的数据，风险评估算法模块将调用SVM人工智能分类器算法进行辅助计算处理，存储处理完成的数据；
LoRa网关包括LoRa无线模块，通过LoRa无线模块实现LoRa网关与LoRa采集终端之间的数据传输。


2.如权利要求1所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其特征在于，传感器模块包括超声采集终端、高频电流采集终端、地电波采集终端以及和各采集终端的LoRa无线模块；传感器模块采集的局部放电多物理信号包括超声、高频电流、地点波；超声、高频电流和地电波智能终端均采用统一的硬件架构，通过无线相位对各智能终端进行同步。


3.如权利要求2所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其特征在于，传感器模块具体包括集成化智能终端电路、电源电路和信号处理电路；集成化智能终端电路包括超低功耗MCU、调理器、高精度始终外围电路、温度传感器、低功耗处理电路和LORA传输电路；电源电路包括电池、低功耗电源和开关电路；信号处理电路包括隔离电路、去耦电路、以及静电雷击浪涌保护电路；集成化智能终端电路通过控制接口控制电源电路中的开关电路，信号处理电路连接电源电路中的低功耗电源。


4.如权利要求1所述的适用于开关柜局部放电的智能网关系统，其特征在于，高频/TEV信号的精简状态特征数据集包括提取放电脉冲的相位、幅值构成长度为N的二维数表；超声信号的精简状态状态特征数据集包括提取放电脉冲的相位、幅值序列，以及提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾志杰，贺含峰，范松海，陈俊，王嘉易，陈轲娜，董汉彬，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51