一种基于无线通信网络维护系统及方法与流程

1.发明涉及电力无线通信的领域,尤其涉及一种基于无线通信网络维护系统及方法。
2.

背景技术：

3.近年来电力系统相关技术高速发展，大容量、高电压的电力系统构建已经不是研究难点，保障电力系统的安全运行已经成为目前相关研究的重点。电力系统一旦出现突发故障或者临时停电，将会给生活和生产带来巨大经济损失和物质影响，所以现阶段迫切需要一项技术能够实现电力系统设备远程实时监控。
4.在长期可持续发展战略下，电力系统相关应用对经济快速发展造成制约，加速优化电力系统提高电力系统设备的监控能力是目前研究的首要内容。电力系统配电变压器节点众多、地理覆盖范围广泛且电网线路极其复杂，电力能源从发电厂经变压器传输至输电线路，通过降压变压器被各个用电用户接收，在这一过程中有很多环节都需要远程实时监控系统对电力设备的各个节点实行监控。在传输监控数据过程中如果使用有线通信方式将会给技术人员和硬件铺设人员带来巨大工作压力，所以针对电力设备监控系统的无线网络技术显得尤为重要。
5.目前使用比较广泛的包含sdms通信网通信平台等，但是受到数据传输方式的限制，系统运行时无法满足使用需求。以分组交互技术作为基础的gprs无线通信网络利用ip数据网络协议，实现高速传输、低速信令的效果，能够保证网络数据的高效通信。
6.

技术实现要素：

7.为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种基于无线通信网络维护系统及方法。
8.本发明所采用的技术方案是，该系统包括gprs网络、监控中心服务器和监控终端组成；所述gprs网络利用pmu装置对现场数据采集，对现场保护和控制；监控终端和监控中心服务器之间的透明数据传输通过gprs网络实现；监控中心服务器对现场数据做出分析，发送控制指令，日常工作是维护数据库，系统通过gprs网络中的 pmu 装置采集现场电力设备的相关数据，将数据传输至移动基站后，经移动公司服务器接收，internet为移动公司服务器提供网络支持，将数据传输至监控中心的以太网，internet网络与以太网由通信服务器建立连接；监控中心服务器接收以太网接收到的电力设备数据，经决策支持服务器、gis系统服务器、数据库服务器以及监控工作站共同协作对电力设备的实时远程监控。
9.进一步地，所述gprs网络的无线收发装置是 gprs无线模块，该模块将监控终端与 gprs 网络之间的连接，gprs网络与 gprs无线模块连接成功之后经发送分组数据协议pdp
上下文激活，通过 ggsn对ip地址分配，构建系统与外部网络的连接，建立连接后数据的传输，gprs监控终端利用pmu装置采集电力系统设备的现场数据，依据应用层协议构建数据包向监控中心服务器发送，与此同时监控终端也会对监控中心的控制指令与数据请求做出响应，监控中心服务器与监控终端二者之间是透明穿行数据传输。
10.具体传输过程如下：经串行接口gprs模块从微控制单元mcu获取上传数据；按照gprs分组数据形式把处理后数据向基站发送；sgsn封装分组数据相gprs ip骨干网发送；分组数据是由另一个 gprs终端接收，先把分组数据发送到目的 sgsn，再通过bss向gprs终端发送。
11.进一步地，所述gprs网络由gprs通信模块、主控处理器、状态显示模块、智能监控仪表模块组成，系统的核心是主控处理器,来自gprs网络的指令由主控处理器解析，对485总线上过的智能仪表管理，监测现场整体状态，gprs通信模块使用gr47无线模块。
12.进一步地，用户能够配置所述gr47，实现监控服务器和lpc2106之间的透明穿行数据传输，获取 gprs网络服务的关键部分是sim卡，在使用前sim 卡开头 gprs 服务，e2prom保存用户数据，gprs连接参数、服务器ip地址以及gprs服务器时间常数都由e2prom 存储，仅配置一次，即使重新启动lpc2106或者端点及终端复位都不会响应gprs连接参数，lpc2106与上位机之间的通信通过调试接口，该接口完成代码的写入和提取、设置lpc2106、分析485总线上传输的额数据，监控与调试系统运行情况。
13.进一步地，在电力系统的节点上安装pmu装置对电力系统节点的相连支路电流、电压相量测量，获得设备监控测量，利用pmu 装置安装节点和相邻节点的运行状况监控，对可观测通道数目受限制的情况下 pmu优化配置策略。
14.进一步地，在电力系统节点ｋ上存在一个具有l个观测通道的pmu配置，节点k同时和nk个节点相连接，有l≥nk，节点k和全部关联个节点是可观的，反之则存在rk种pmu配置方式保证l个连接节点是可观的，式（１）为rk的定义：（1）（2）。
15.进一步地，将观测通道数量受限的pmu引入，通过节点关联矩阵a获得新的关联矩阵b，使用式（1）和式（2）计算矩阵b内对应的各节点数，rk=1，与节点ｋ相对应矩阵a的行不发生变化；如果rk》1，与节点ｋ相对应的行数为l＊n表示矩阵b的维数，l是rk的总和，在可观测通道数据收到限制的情况下，对pmu配置重新定义：（3）
（4）在式（3）与式（4）中，y代表pmu的配置策略，y内的非零值证明使用该pmu的配置策略能够观测到关联节点内对应行的电压相角，ci、yi表示函数常量，u代表非零常量，f电压相角。
16.本发明以无线通信网络技术作为基础，使用pmu收集电力系统设备监测信息，通过 gprs移动通信网络传输监测信息，经监测中心实现电力系统设备的实时远程监控。系统由于使用gprs移动通信网络，在监测信息的传输方面具有极高的性能和极高的优势，由于数据传输为系统打下良好基础，保证系统在监测方面具备更加良好的性能，同时，系统即使在恶劣天气环境下仍旧具有良好的监测效果，与同类系统相比，具有极大优势，适合推广使用。
17.附图说明
18.图1为本发明系统整体结构图；图2为本发明的远程监控系统的硬件结构图。
19.具体实施方式
20.需要说明的是,在不冲突的情况下,本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和有具体实施例对本技术作进一步详细说明。
21.如图1所示,一种基于无线通信网络维护系统及方法，该系统包括gprs网络、监控中心服务器和监控终端组成。
22.gprs网络利用pmu装置对现场数据采集，对现场保护和控制；监控终端和监控中心服务器之间的透明数据传输通过gprs网络实现；监控中心服务器对现场数据做出分析，发送控制指令，日常工作是维护数据库，系统通过gprs网络中的 pmu 装置采集现场电力设备的相关数据，将数据传输至移动基站后，经移动公司服务器接收，internet为移动公司服务器提供网络支持，将数据传输至监控中心的以太网，internet网络与以太网由通信服务器建立连接；监控中心服务器接收以太网接收到的电力设备数据，经决策支持服务器、gis系统服务器、数据库服务器以及监控工作站共同协作对电力设备的实时远程监控。
23.gprs网络的无线收发装置是 gprs无线模块，该模块将监控终端与 gprs 网络之间的连接，gprs网络与 gprs无线模块连接成功之后经发送分组数据协议pdp上下文激活，通过 ggsn对ip地址分配，构建系统与外部网络的连接，建立连接后数据的传输，gprs监控终端利用pmu装置采集电力系统设备的现场数据，依据应用层协议构建数据包向监控中心服务器发送，与此同时监控终端也会对监控中心的控制指令与数据请求做出响应，监控中心服务器与监控终端二者之间是透明穿行数据传输。
24.具体传输过程如下：经串行接口gprs模块从微控制单元mcu获取上传数据；按照gprs分组数据形式把处理后数据向基站发送；sgsn封装分组数据相gprs ip骨干网发送；分组数据是由另一个 gprs终端接收，先把分组数据发送到目的 sgsn，再通过bss向gprs终端发送。
25.gprs网络由gprs通信模块、主控处理器、状态显示模块、智能监控仪表模块组成，系统的核心是主控处理器, lpc2106支持跟踪与实时仿真，是一个arm7tdmi-s cpu，包含64kbsram、一个两线串行口、128kb 的高 速flash、与 modem接口信后相连的串行口。来自gprs网络的指令由主控处理器解析，对485总线上过的智能仪表管理，监测现场整体状态，gprs通信模块使用gr47无线模块。
26.用户能够配置gr47，实现监控服务器和lpc2106之间的透明穿行数据传输，获取 gprs网络服务的关键部分是sim卡，在使用前sim 卡开头 gprs 服务，e2prom保存用户数据，gprs连接参数、服务器ip地址以及gprs服务器时间常数都由e2prom 存储，仅配置一次，即使重新启动lpc2106或者端点及终端复位都不会响应gprs连接参数，lpc2106与上位机之间的通信通过调试接口，该接口完成代码的写入和提取、设置lpc2106、分析485总线上传输的额数据，监控与调试系统运行情况。
27.在电力系统的节点上安装pmu装置对电力系统节点的相连支路电流、电压相量测量，获得设备监控测量，利用pmu 装置安装节点和相邻节点的运行状况监控，对可观测通道数目受限制的情况下 pmu优化配置策略。
28.在电力系统节点ｋ上存在一个具有l个观测通道的pmu配置，节点k同时和nk个节点相连接，有l≥nk，节点k和全部关联个节点是可观的，反之则存在rk种pmu配置方式保证l个连接节点是可观的，式（１）为rk的定义：（1）（2）。
29.进一步地，将观测通道数量受限的pmu引入，通过节点关联矩阵a获得新的关联矩阵b，使用式（1）和式（2）计算矩阵b内对应的各节点数，rk=1，与节点ｋ相对应矩阵a的行不发生变化；如果rk》1，与节点ｋ相对应的行数为l＊n表示矩阵b的维数，l是rk的总和，在可观测通道数据收到限制的情况下，对pmu配置重新定义：（3）
（4）在式（3）与式（4）中，y代表pmu的配置策略，y内的非零值证明使用该pmu的配置策略能够观测到关联节点内对应行的电压相角，ci、yi表示函数常量，u代表非零常量，f电压相角。
30.为验证系统性能，将某市变电站的真实电力系统设备相关数据作为研究对象，利用matlab仿真软件开展仿真实验。为全市80%的居民和场所提供电力支持，所包含的电力系统设备分为发电设备和供电设备，其中发电设备为发电机、电站锅炉、变压器和蒸汽轮机；供电设备包括接触器、互感器和电压等级不同的输电线路。验证从两个方面开展，分别为无线通信网络的传输性能验证与监控输出的实时性与准确性。
31.为使实验结果形成对比，同时使用基于智能视觉物联网的变电站红外监测系统（简称为红外监测系统）和变电站直流电源远程监测系统（简称为直流电源监测系统）开展。
32.两种对比系统在传输数据过程中，随着数据包数量的增加，传输数据的成功率逐渐降低，其中直流电源监测系统的传输成功率降至60%以下，红外监测系统降至70%以下，而本发明系统始终保持较高的传输成功率，且变化趋势较平稳，说明系统在实现网络数据传输方面具有良好的性能。
33.本发明系统无线通信网络传输速率明显高于两个对比系统，说明系统在数据传输时具有绝对优势，分析原因，主要是由于系统使用 gprs无线通信网络，提升数据传输的速度、准确性和效率，具有良好的系统性能。
34.系统的传输时延远低于两种对比系统，且数次实验统计来看，趋势变化较平缓，没有出现明显波动。两种对比系统趋势波动变化较大，且传输时延较高，其中直流电源监测系统的时延接近2s，用户使用时等待时间较长，会造成较差的用户体验感。
35.误码率是验证系统数据传输性能的关键指标，对比三种系统在不同数据包数量情况下误码率对比情况，系统存在较低误码率，说明数据传输具有可靠性，与同类系统相比具有极大优势，满足监控系统在数据传输时的需求。
36.在普通阴雨天气中，两种对比系统还能保证较良好的监测结果，但是在极端恶劣天气环境下，两种对比系统监测准确率均降至80％以下，而系统始终保持较好的监测准确率，即使在极端恶劣环境下仍旧能够保持90％以上的监测准确率，证明系统具有良好的监测性能。
37.本发明以无线通信网络技术作为基础，首先采用无线通信采集电力系统设备现场数据，监控终端将该数据传输到移动基站，然后通过服务器传输到以太网中，并把数据分别传输至监控工作站等模块，从而实现电力系统设备远程实时监控。经验证，该系统在网络通信方面具有传输成功率高、速度快、误码率低等优势，在监控效果方面具有监控结果准确，抗环境因素影响能力强等特点。
38.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变
化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。