一种基于实时数据分析的变压器监控方法和系统与流程

1.本发明涉及变压器监测技术领域，特别是一种基于实时数据分析的变压器监控方法和系统。


背景技术：

2.随着国民经济的转型与发展，部分地区供电能力的发展与实际需求的增长之间的矛盾日渐显现，为积极应对这一局面，国网系统内已推广采用了提高运行温度、短时动态增容、新型耐热线路等多项技术，极大的提高了线路的输电能力，与之配套的变电站内设备断路器、隔离开关、电流互感器等普遍采取了技术改造。
3.变压器为输变电的核心设备，随着电网的延伸，变压器的分布范围也越来越广，因此气候变化、周围环境、用电符合增加、线路老化及认为损坏成为影响变压器正常工作及供电线路正常运作的重要原因，经常导致变压器处出现故障，严重时导致变压器损毁，威胁到整个电网供电安全。
4.目前，由于变压器分布范围广，仅依靠传统的人力监管无法做到及时有效的对各变/配电站的运行情况及相关数据进行全程监控，对运行数据的采集及存档更是困难，从而极大的削弱了变压器故障预警能力及故障点定位能力。现有技术中，也有一些通过对变压器进行远程监控的技术产生，但现有技术通过远程监控变压器的方式，大多是通过将变压器运行记录日志上传到统一的管理系统进行集中的监管，但是，管理系统针对海量的变压器数据进行处理，通常处理结果存在延后性，依然无法解决针对变压器进行及时监管的问题。


技术实现要素：

5.针对上述提出的无法针对变压器进行及时监管的技术问题，本发明旨在提供一种基于实时数据分析的变压器监控方法和系统。
6.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
7.第一方面，本发明示出一种基于实时数据分析的变压器监控系统，包括：监测数据采集模块、本地分析模块和云分析模块；其中监测数据采集模块和本地分析模块设置于变压器所处环境中；
8.监测数据采集模块包括多个传感器节点，其中多个传感器节点组成无线传感器网络，各传感器节点用于采集变压器状态数据，并将采集到的变压器状态数据通过无线传感器网络实时传输到数据本地分析模块；
9.本地分析模块用于汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据，并根据接收到的变压器状态数据进行实时运行状态分析处理，得到实时状态分析结果；以及用于将变压器状态数据和对应的实时状态分析结果传输至云分析模块；
10.云分析模块用于对由本地分析模块传输的变压器状态数据和对应的实时状态分析结果进行分类存储管理和大数据分析处理。
11.一种实施方式中，传感器节点包括变压器运行状态监测节点和变压器环境监测节点，其中变压器运行状态监测节点包括：电流传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器和振动传感器中的至少一项；变压器环境监测节点包括：音频传感器、图像传感器和火灾感知传感器中的至少一项。
12.一种实施方式中，本地分析模块包括基站节点单元和本地分析单元；
13.基站节点单元用于汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据；
14.本地分析单元用于据接收到的变压器状态数据进行实时运行状态分析处理，得到实时状态分析结果；
15.基站节点还用于将变压器状态数据和对应的实时状态分析结果传输至云分析模块。
16.一种实施方式中，该系统还包括报警模块；
17.当得到的实时状态分析结果出现异常时，本地分析模块还用于根据得到的实时状态分析结果生成相应的报警指令并传输至报警模块；
18.报警模块用于根据接收到的报警指令发出相应的警报信息。
19.一种实施方式中，云分析模块包括数据库单元和大数据分析单元；
20.数据库单元用于对由本地分析模块传输的变压器状态数据和对应的实时状态分析结果进行分类存储管理，构建变压器状态数据库；
21.大数据分析单元用于基于大数据分析模型对变压器状态数据库中的数据进行大数据分析，得到变压器状态大数据分析结果。
22.一种实施方式中，传感器节点和基站节点单元共同部署于变压器所处的环境中，其中传感器节点将其采集的变压器状态数据传输至基站节点单元，由基站节点单元汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据后将汇聚的变压器状态数据传输到本地分析单元。
23.一种实施方式中，各传感器节点通过无线传感器网络将变压器状态数据传输至基站节点单元，具体包括：
24.传感器节点每隔设定的时间间隔，获取由基站节点单元收集并传输的传感器节点信息，其中传感器节点信息包括传感器节点与基站节点单元的距离信息，以及传感器网络中各传感器节点与基站节点单元之间的通信状态信息；
25.(1)当传感器节点与基站节点单元之间的通信延时小于设定的标准值延时时，传感器节点直接将实时采集到的变压器状态数据传输到基站节点单元；
26.(2)当传感器节点与基站节点单元之间的通信延时不小于设定的标准值延时时，传感器节点在其设定通信范围内的其他邻居传感器节点中选择下一跳节点，将实时采集到的变压器状态数据传输到该下一跳节点中，由下一跳节点进一步将该变压器状态数据传输至基站节点单元。
27.第二方面，本发明示出一种基于实时数据分析的变压器监控方法，包括：
28.监测数据采集模块的多个传感器节点组成无线传感器网络，各传感器节点用于采集变压器状态数据，并将采集到的变压器状态数据通过无线传感器网络实时传输到数据本地分析模块；
29.本地分析模块汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据，并根据接收到的变压器状态数据进行实时运行状态分析处理，得到实时状态分析结果；以及本地分析模块将变压
器状态数据和对应的实时状态分析结果传输至云分析模块；
30.云分析模块对由本地分析模块传输的变压器状态数据和对应的实时状态分析结果进行分类存储管理和大数据分析处理。
31.本发明的有益效果为：通过在变压器所在的位置设置监测数据采集模块和本地分析模块，通过监测数据采集模块对变压器状态数据进行实时的采集并传输，同时由本地分析模块完成对变压器状态数据的实时本地化分析处理，得到相应的实时状态分析结果，有助于根据实时状态分析结果来完成针对变压器的实时状态监管，同时减轻了云分析模块的数据处理压力。同时本地分析模块还将变压器状态数据和对应的实时分析结果传输到云分析模块进行集中的管理，保证了变压器管理的统一性。
附图说明
32.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
33.图1为本发明公开的一种基于实时数据分析的变压器监控系统实施例的框架结构图。
34.附图标记：
35.监测数据采集模块10；本地分析模块20；云分析模块30。
具体实施方式
36.结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
37.参见图1实施例所示一种基于实时数据分析的变压器监控系统，包括：监测数据采集模块10、本地分析模块20和云分析模块30；其中监测数据采集模块10和本地分析模块20设置于变压器所处环境中；
38.监测数据采集模块10包括多个传感器节点，其中多个传感器节点组成无线传感器网络，各传感器节点用于采集变压器状态数据，并将采集到的变压器状态数据通过无线传感器网络实时传输到数据本地分析模块20；
39.本地分析模块20用于汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据，并根据接收到的变压器状态数据进行实时运行状态分析处理，得到实时状态分析结果；以及用于将变压器状态数据和对应的实时状态分析结果传输至云分析模块30；
40.云分析模块30用于对由本地分析模块20传输的变压器状态数据和对应的实时状态分析结果进行分类存储管理和大数据分析处理。
41.本发明上述实施方式，通过在变压器所在的位置设置监测数据采集模块10和本地分析模块20，通过监测数据采集模块10对变压器状态数据进行实时的采集并传输，同时由本地分析模块20完成对变压器状态数据的实时本地化分析处理，得到相应的实时状态分析结果，有助于根据实时状态分析结果来完成针对变压器的实时状态监管，同时减轻了云分析模块30的数据处理压力。同时本地分析模块20还将变压器状态数据和对应的实时分析结果传输到云分析模块30进行集中的管理，保证了变压器管理的统一性。
42.一种实施方式中，传感器节点包括变压器运行状态监测节点和变压器环境监测节
点，其中变压器运行状态监测节点包括：电流传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器和振动传感器中的至少一项；变压器环境监测节点包括：音频传感器、图像传感器和火灾感知传感器中的至少一项。
43.相应的，变压器状态数据包括变压器运行状态数据和变压器环境状态数据；其中变压器运行状态数据包括变压器三相电流电压信息、变压器内部温度信息、变压器振动监测信息等；变压器环境状态数据包括变压器外部温湿度信息、图像监测信息、声音监测信息和火灾监测信息等。
44.其中，根据变压器状态监控的需求，能够设置不同功能的传感器节点来对变压器状态进行实时监测，有助于提高变压器监测的可靠性和适应性。
45.一种实施方式中，本地分析模块20包括基站节点单元和本地分析单元；
46.基站节点单元用于汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据；
47.本地分析单元用于据接收到的变压器状态数据进行实时运行状态分析处理，得到实时状态分析结果；
48.基站节点还用于将变压器状态数据和对应的实时状态分析结果传输至云分析模块30。
49.一种实施方式中，该系统还包括报警模块；
50.当得到的实时状态分析结果出现异常时，本地分析模块20还用于根据得到的实时状态分析结果生成相应的报警指令并传输至报警模块；
51.报警模块用于根据接收到的报警指令发出相应的警报信息。
52.一种场景中，当得到的实时状态分析结果出现异常时，本地分析模块20还用于根据得到的实时状态分析结果传输到本地管理终端，以使得本地管理人员能够及时了解变压器发生的异常状况并做出相应的处理，有助于提高变压器状态监控的实时性和可靠性。
53.一种实施方式中，云分析模块30包括数据库单元和大数据分析单元；
54.数据库单元用于对由本地分析模块20传输的变压器状态数据和对应的实时状态分析结果进行分类存储管理，构建变压器状态数据库；
55.大数据分析单元用于基于大数据分析模型对变压器状态数据库中的数据进行大数据分析，得到变压器状态大数据分析结果。
56.其中，本地分析模块20针对获取的变压器状态数据进行直接的分析处理，例如判断各变压器状态数据是否符合设定的标准范围等，通过实时分析处理能够直接对变压器状态进行初步判断，保证了变压器状态监控的实时性，为管理人员对变压器的实时管理提供依据；
57.云分析模块30起到数据管理和后续针对管理的数据进行进一步的进阶分析处理的作用；通过搭载在云分析模块30的ai/大数据分析引擎，能够进一步对变压器相关的数据进行更复杂的数据分析处理任务，例如是对变压器的状态进行预测或者多维度分析，得到更准确更广泛的变压器状态分析结果，为管理人员对变压器状态进行长期管理提供依据。
58.一种实施方式中，传感器节点和基站节点单元共同部署于变压器所处的环境中，其中传感器节点将其采集的变压器状态数据传输至基站节点单元，由基站节点单元汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据后将汇聚的变压器状态数据传输到本地分析单元。
59.其中，为保证传感器节点在采集到变压器状态数据后传输到本地分析模块20的实
时性，一种实施方式中，各传感器节点通过无线传感器网络将变压器状态数据传输至基站节点单元，具体包括：
60.传感器节点每隔设定的时间间隔，获取由基站节点单元收集并传输的传感器节点信息，其中传感器节点信息包括传感器节点与基站节点单元的距离信息，以及传感器网络中各传感器节点与基站节点单元之间的通信状态信息；
61.(1)当传感器节点与基站节点单元之间的通信延时小于设定的标准值延时时，传感器节点直接将实时采集到的变压器状态数据传输到基站节点单元；
62.(2)当传感器节点与基站节点单元之间的通信延时不小于设定的标准值延时时，传感器节点在其设定通信范围内的其他邻居传感器节点中选择下一跳节点，将实时采集到的变压器状态数据传输到该下一跳节点中，由下一跳节点进一步将该变压器状态数据传输至基站节点单元；
63.其中，传感器节点与基站节点单元之间的标准值延时由以下函数计算所得：
[0064][0065]
式中，ti表示传感器节点i与基站节点单元之间的标准值延时；si表示传感器节点i与基站节点单元之间距离；s
′
表示设定的传感器节点标准传输距离；v
mean
表示上一时间间隔内，无线传感器网络中各传感器节点与基站节点单元之间的平均通信延时；v
′
表示设定的标准通信延时，其表示自无线传感器网络开始工作以来，无线传感器网络中各传感器节点与基站节点单元之间的平均通信延时；t
′
表示设定的标准值延时初始参量，t
″
表示设定的标准值延时调整参量，其中t
″
＝[0.1,0.5]t
′
。
[0066]
上述实施方式，针对无线传感器网络中传感器节点数量较多时，传感器节点能够根据自身与其对应的基站节点单元数据传输延时情况来来选择直接或间接的传输方式将采集到的变压器状态数据传输到本地分析模块20中，传感器节点遭遇网络波动导致无法直接与基站节点建立实时性较好的直接传输关系时，能够选择通过传感器节点物联传输的方式将数据传输到其邻居传感器节点，由邻居传感器节点协助完成数据的传输，以确保传感器节点采集的变压器状态数据传输到基站节点单元的实时性。其中提出了一种标准值延时的具体计算方式，能够根据各传感器节点自身的状态自适应设定符合当前情况的标准值延时，能够避免传统设定固定值延时标准时存在的性能不佳而导致传感器节点无法准确判断自身实际的传输性能的情况(例如没有考虑整体网络延时等)，有助于提高传感器节点在判断采用何种传输方式时的适应性和准确性，间接提高了变压器状态监测的实时性水平。
[0067]
其中，传感器节点每隔设定的时间间隔将自身的传感器信息上传至基站节点单元，并从基站节点单元获取传感器节点信息；其中传感器信息还包括在计算标准值延时或邻居传感器节点优势值所需的其他信息。
[0068]
其中，传感器节点可以自身完成其下一跳节点的选择，或者由基站节点统一完成各传感器节点下一跳节点的配置后，将对应的下一跳节点信息传输到对应的传感器节点中；本技术在此不做具体限定。
[0069]
一种实施方式中，传感器节点在其设定通信范围内的其他邻居传感器节点中选择下一跳节点，具体包括：
[0070]
传感器节点计算其他邻居传感器节点的有优势值，并选择优势值最大的邻居传感
器节点作为下一跳节点；
[0071]
其中邻居传感器节点的优势值由以下函数计算所得：
[0072][0073]
式中，y
ix
表示邻居传感器节点x对传感器节点i的优势值，其中v
i0
表示传感器节点i与基站节点单元之间的通信延时；v
ix
表示传感器节点i与邻居传感器节点x之间的通信延时；v
x0
表示邻居传感器节点x与基站节点单元之间的通信延时；t
′
表示设定的标准值延时初始参量；si表示传感器节点i与基站节点单元之间距离；s
x
表示传感器节点x与基站节点单元之间距离；α表示设定的通信优势权重系数；β表示设定的通道优势权重系数。
[0074]
上述实施方式，在传感器节点通过间接传输方式将自身采集到的变压器状态数据传输到邻居传感器节点，由邻居节点协助完成数据传输的过程中，还提出了一种通过优势值来判断及选择下一跳节点的技术方案，同时提出了一种具体的优势值计算函数，通过考虑传感器节点自身和目标邻居传感器节点之间的传输性能和位置性能，来选择更合适的邻居传感器节点作为下一跳节点，有助于提高了传感器节点在通过无线传感器网络实现间接传输的过程中下一跳节点选择的性能，以及有助于保证变压器状态数据实时采集和传输的性能。
[0075]
与上述提出的一种基于实时数据分析的变压器监控系统相对应，本技术还提出一种基于实时数据分析的变压器监控方法，包括：
[0076]
监测数据采集模块10的多个传感器节点组成无线传感器网络，各传感器节点用于采集变压器状态数据，并将采集到的变压器状态数据通过无线传感器网络实时传输到数据本地分析模块20；
[0077]
本地分析模块20汇聚各传感器节点采集的变压器状态数据，并根据接收到的变压器状态数据进行实时运行状态分析处理，得到实时状态分析结果；以及本地分析模块20将变压器状态数据和对应的实时状态分析结果传输至云分析模块30；
[0078]
云分析模块30对由本地分析模块20传输的变压器状态数据和对应的实时状态分析结果进行分类存储管理和大数据分析处理。
[0079]
同时，本技术提出的一种基于实时数据分析的变压器监控方法，其包含的方法步骤还与上述提出的一种基于实时数据分析的变压器监控系统中各具体实时方式相对应，本技术在此不做重复叙述。
[0080]
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
[0081]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。
实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
[0082]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。