一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法

【技术实现步骤摘要】
一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法


[0001]本专利技术涉及输电杆塔应变监测领域，具体涉及一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法
。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速增长，电力需求不断上升，电能质量要求也在不断提高
。
为了确保国民经济的发展和人民正常的生活，输电线路必须安全
、
可靠
、
经济运行
。
因此，开展输电杆塔状态在线监测研究至关重要，特别是在强风
、
台风等极端天气条件下，更需要预防部件开裂
、
倒塔等风险
。
[0003]现阶段掌握输电杆塔运行状态是通过对特定节点安装传感器并进行实时监测实现的，传感器互相独立，并通过一般通信方式独立连接公网，与数据汇总平台进行信息交互，这使得每个传感器节点的功耗大大升高
。
近年来陆续有学者开始研究多个传感器阵列之间的组网问题，而对输电杆塔来说仍缺乏适用的传感器阵列组网策略和基于输电杆塔的多传感器数据融合及杆塔风险评估方法
。
[0004]现阶段输电杆塔在线监测设备的传感器大都互相独立，通过一般通信方式独立连接公网，设备功耗高
。
专利一种输电线路杆塔的倾斜检测装置及其检测方法中的杆塔倾斜装置为单节点监测，无法做到对杆塔各部位节点的监测并对各节点监测采集的数据做到数据融合，监测量数据类型少且缺乏一种合理的风险评估方法，仅通过倾斜度与设定值的比较发出预警信号
。
而其余在线监测设备的组网方式组成较复杂，成本高，没有适用于输电杆塔的传感器组网及数据融合方式和针对该组网方式的输电杆塔风险评估方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，所述方法包括：基于分布式的主从机的新型传感器硬件部分设计；基于静态拓扑布置的单主机多从机星形组网策略；基于星形组网的输电杆塔传感器数据融合方法；考虑多传感器和多杆塔节点监测参数的主观风险评估方法
。
本专利技术能够有效降低从机功耗和组网成本，提高计算效率，并为输电杆塔的检修提供一种主观风险评估指标提供参考
。
[0006]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现
。
[0007]一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
基于分布式主从机，构建新型传感器硬件部分；
[0009]S2、
基于静态拓扑，布置单主机多从机星形组网策略；
[0010]S3、
基于星形组网，进行输电杆塔传感器数据融合；
[0011]S4、
考虑多传感器和多杆塔节点监测参数，进行主观风险评估
。
[0012]进一步地，步骤
S1
中，新型传感器硬件部分包括从机和主机；
[0013]从机硬件部分包括第一数据处理及控制单元，以及和第一数据处理及控制单元连接的倾斜角传感器
、
无线通讯模块
、
基于电阻应变片的应变监测模块和风速监测模块；
[0014]主机硬件部分包括第二数据处理及控制单元，以及和第二数据处理及控制单元连接的无线通讯模块和无线网络模块，其中主机与从机的数据处理及控制单元相互独立，保证数据可以在发送和接收环节都可以被处理；
[0015]数据处理及控制单元作为连接所有模块的核心；第一数据处理及控制单元在从机作用为接收各个传感器模块的原始数据，进行滤波等数据预处理，然后使用蓝牙模块将数据广播给主机；第二数据处理及控制单元在主机上的作用为将蓝牙模块接收到的来自各从机的各组传感器数据进行解包分类，对杆塔数据故障风险数据进行估算，并通过无线网络模块连接互联网，将解算的结果和原始数据上传至云平台；
[0016]电源电路的作用是为单片机和其外设提供稳定的电源，保证其稳定运行；
[0017]风速传感器的作用是监测出安装点附近的风速；
[0018]倾斜角传感器的作用是监测安装节点的倾角；
[0019]应变监测模块的作用是监测安装节点的塔材线应变
。
通过应变电阻和惠斯通电桥实现应变监测；
[0020]无线通讯传感器包括蓝牙模块和
Wi
‑
Fi
模块；蓝牙模块的作用是实现多从机对主机的数据广播，有低功耗的要求，并且在休眠恢复之后不需要重新匹配，可自动收发数据；
Wi
‑
Fi
模块的作用是实现主机对云平台的订阅和数据上传，具备稳定快速的优势
。
[0021]进一步地，步骤
S2
中，将新型传感器硬件部分的从机布置到杆塔的相应测量节点，主机布置在塔下的基站节点；此时传感器网络结构是相对固定的，即为静态拓扑结构；
[0022]采用单主机多从机的星形组网策略，单主机作为路由节点覆盖所有从机
(
测点
)
；由于主机和从机采用支持信息同频段广播的蓝牙模块，从机和主机之间不需要配对即可以进行数据的传输，主从机按照星形网络结构布局后可以免配对组网
。
[0023]进一步地，步骤
S3
中，针对单主机多从机的星形组网策略，构建数据包封包和解包规则及数据融合方法，具体如下：
[0024]因为广播数据包的长度受功耗和干扰限制，组网时通信的数据包采用分包处理，数据包的第一位为从机的识别码，使用小写英文字母；第二位为数据包的部分，第二位为
a
则表示第一部分，则数据包内第一个数据为
pitch
角，第二个数据为
roll
角；第二位为
b
则则表示第二部分，则数据包内第一个数据为
yaw
角，第二个数据为风速
windspeed
；
[0025]为保证同频段广播的数据隐私性，程序在封包后将对数据包使用
DESUtil
方法进行数据对称加密，密钥将在出厂前与传感器在网络中的编号一同写入传感器预设程序中，借用不同的密钥和不同频段信号广播来区分每一套星形网络主从机输电杆塔在线监测系统；
[0026]数据在经过加密后将被从机使用蓝牙模块广播，主机在使用同样的蓝牙芯片观察特定频段后接收到加密后的数据包，根据出厂前预设的密钥解密数据包，根据识别码判断数据包来自哪个从机，并存储到相应的数组中；在所有的从机
(
测点
)
的数据均更新一次后，每层设置
m
个传感器，计算每层传感器的综合风险评估值：
[0027][0028]其中，
P
i
表示第
i
层传感器的综合风险评估值，
P
i,j
表示第
i
层第
j
个传感器的风险评估值；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，包括以下步骤：
S1、
基于分布式主从机，构建新型传感器硬件部分；
S2、
基于静态拓扑，布置单主机多从机星形组网策略；
S3、
基于星形组网，进行输电杆塔传感器数据融合；
S4、
考虑多传感器和多杆塔节点监测参数，进行主观风险评估
。2.
根据权利要求1所述的一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，其特征在于：步骤
S1
中，新型传感器硬件部分包括从机和主机；从机硬件部分包括第一数据处理及控制单元，以及和第一数据处理及控制单元连接的倾斜角传感器
、
无线通讯模块
、
基于电阻应变片的应变监测模块和风速监测模块；主机硬件部分包括第二数据处理及控制单元，以及和第二数据处理及控制单元连接的无线通讯模块和无线网络模块，其中主机与从机的数据处理及控制单元相互独立，保证数据可以在发送和接收环节都可以被处理
。
数据处理及控制单元作为连接所有模块的核心；第一数据处理及控制单元在从机作用为接收各个传感器模块的原始数据，进行滤波等数据预处理，然后使用蓝牙模块将数据广播给主机；第二数据处理及控制单元在主机上的作用为将蓝牙模块接收到的来自各从机的各组传感器数据进行解包分类，对杆塔数据故障风险数据进行估算，并通过无线网络模块连接互联网，将解算的结果和原始数据上传至云平台；电源电路的作用是为单片机和其外设提供稳定的电源，保证其稳定运行；风速传感器的作用是监测出安装点附近的风速；倾斜角传感器的作用是监测安装节点的倾角；应变监测模块的作用是监测安装节点的塔材线应变
。
通过应变电阻和惠斯通电桥实现应变监测
。3.
根据权利要求2所述的一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，其特征在于：无线通讯传感器包括蓝牙模块和
Wi
‑
Fi
模块；蓝牙模块的作用是实现多从机对主机的数据广播，有低功耗的要求，并且在休眠恢复之后不需要重新匹配，可自动收发数据；
Wi
‑
Fi
模块的作用是实现主机对云平台的订阅和数据上传，具备稳定快速的优势
。4.
根据权利要求1所述的一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，其特征在于：步骤
S2
中，将新型传感器硬件部分的从机布置到杆塔的相应测量节点，主机布置在塔下的基站节点；此时传感器网络结构是相对固定的，即为静态拓扑结构；采用单主机多从机的星形组网策略，单主机作为路由节点覆盖所有从机
(
测点
)
；由于主机和从机采用支持信息同频段广播的蓝牙模块，从机和主机之间不需要配对即可以进行数据的传输，主从机按照星形网络结构布局后可以免配对组网
。5.
根据权利要求1所述的一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，其特征在于：步骤
S3
中，针对单主机多从机的星形组网策略，构建数据包封包和解包规则及数据融合方法，具体如下：因为广播数据包的长度受功耗和干扰限制，组网时通信的数据包采用分包处理，数据包的第一位为从机的识别码，使用小写英文字母；第二位为数据包的部分，第二位为
a
则表示第一部分，则数据包内第一个数据为
pitch
角，第二个数据为
roll
角；第二位为
b
则则表示第二部分，则数据包内第一个数据为
yaw
角，第二个数据为风速
windspeed。
6.
根据权利要求5所述的一种分布式的输电杆塔传感器组网与风险评估方法，其特征在于：为保证同频段广播的数据隐私性，程序在封包后将对数据包使用
DESUtil
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨挺，叶钜芬，胡江华，何文，梁勋云，沈志明，巫伟中，蔡晓峰，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司东莞供电局，
类型：发明
国别省市：