电力变压器的无线传感器网络测控装置的制作方法

本发明涉及变压器监测领域，具体涉及电力变压器的无线传感器网络测控装置。

背景技术：

相关技术中，电力变压器在安全可靠性方而还存在一些问题。主要是由于电力变压器所在的变电站一般运行在户外，变压器容易受到外界环境的影响。变压器室的温度若超过一定限度，则会影响出力。为了保护变压器免受外界环境的影响，需要对变压器室进行实时环境监测。现有的监测装置采用有线的方式布置监测设备，然而传输范围有限，布线繁琐，可扩展性不足，传输方式单一，实用效果不好。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供电力变压器的无线传感器网络测控装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种电力变压器的无线传感器网络测控装置，包括无线传感器网络监测模块、基站以及监控中心，基站与监控中心通信连接，无线传感器网络监测模块包括多个部署于被测变压器室内的传感器节点，传感器节点用于采集变压器室内环境数据，并将采集的变压器室内环境数据路由至基站，进而由基站汇聚变压器室内环境数据并传送至监控中心。

优选地，所述的传感器节点包括无线芯片和环境传感器，无线芯片与环境传感器信号连接，所述环境传感器内设置有温湿度集成传感器和烟雾传感器；所述的无线芯片还分别信号连接有时钟电路，复位电路、声光报警电路、除湿器驱动电路以及加热器电路。

优选地，所述的监控中心包括通信模块、数据存储模块、数据处理模块和显示模块，通信模块、数据存储模块、显示模块皆与数据处理模块连接。

本发明的有益效果为：对变压器室内的环境进行实时监测，保障了变压器的可靠运行；利用无线传感器网络进行变压器室内环境数据的采集，减轻了布线的麻烦。

附图说明

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。

图1本发明一个示例性实施例的电力变压器的无线传感器网络测控装置的结构示意图；

图2本发明一个示例性实施例的监控中心的结构示意图。

附图标记：

无线传感器网络监测模块1、基站2、监控中心3、通信模块10、数据存储模块20、数据处理模块30、显示模块40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的电力变压器的无线传感器网络测控装置，包括无线传感器网络监测模块1、基站2以及监控中心3，无线传感器网络监测模块1与基站2通信连接，基站2与监控中心3通信连接。

其中，无线传感器网络监测模块1包括多个部署于被测变压器室内的传感器节点，传感器节点用于采集变压器室内环境数据，并将采集的变压器室内环境数据路由至基站2，进而由基站2汇聚变压器室内环境数据并传送至监控中心3。

其中，各传感器节点通过自组织构建无线传感器网络，且构建的无线传感器网络采用分簇拓扑结构，将分布在被测变压器室内的传感器节点根据节点地理位置划分为N个簇，每个簇选择一个传感器节点作为簇首节点，其余传感器节点为成员节点，其中簇首节点用于收集其簇内各成员节点采集的变压器室内环境数据。

可选地，所述的传感器节点包括无线芯片和环境传感器，无线芯片与环境传感器信号连接，所述环境传感器内设置有温湿度集成传感器和烟雾传感器；所述的无线芯片还分别信号连接有时钟电路，复位电路、声光报警电路、除湿器驱动电路以及加热器电路。

可选地，如图2所示，监控中心3包括通信模块10、数据存储模块20、数据处理模块30、显示模块40，通信模块10、数据存储模块20、显示模块40皆与数据处理模块30连接。其中，通信模块10用于实现与外部的通信，具体的硬件设备可为数据收发器。

数据存储模块20主要用于存储由通信模块10处接收到的变压器室内环境数据。可选地，可利用存储器来实现数据存储模块20的功能。

数据处理模块30主要用于对接收的变压器室内环境数据进行统计、分析处理，其中分析处理包括对变压器室内环境数据进行异常分析。可选地，可设置异常分析机制，例如，设置变压器室内环境数据超出预设的指标范围时判定出现异常。

显示模块40主要用于显示变压器室内环境数据以及由数据处理模块30输出的异常分析结果。可选地，显示模块40的功能可由显示器实现。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术对变压器室内的环境进行实时监测，使得监测人员能够实时查看变压器室内的变压器室内环境数据和异常分析结果，在出现异常时对变压器及时采取相应的检修措施，从而能够保障变压器的可靠运行；此外，利用无线传感器网络进行监测，避免了大量布线，具有监测实时快捷的优点。

在一个实施例中，簇首节点在收集其簇内各成员节点采集的变压器室内环境数据之前，按照下列公式确定其簇内各成员节点的故障概率：

式中，Wa表示簇内成员节点Sa的故障概率，pa为预先设定的簇内成员节点Sa的标准故障概率，为成员节点Sa的初始能量，ET为设定的能量阈值，D(Sa,CHa)为成员节点Sa与其簇首节点CHa之间的距离，D(Sb,CHa)为簇首节点CHa所在簇中成员节点Sb与簇首节点CHa之间的距离，为簇首节点CHa所在簇中具有的成员节点个数，λ1、λ2为权重系数，且满足λ1+λ2＝1；

若成员节点的故障概率大于设定的概率阈值，簇首节点将该成员节点定为易故障节点，并定期对簇内的各易故障节点进行异常检测。

优选地，所述的标准故障概率由专家设定。

由于传感器节点对部署的环境比较敏感，同时工作环境也是复杂多变的，这些都将导致传感器节点出现各种故障状态，这些故障状态将导致采集的变压器室内环境数据出现较大误差甚至错误的情况，其变压器室内环境数据不能真实反映被监测对象的实际情况。

本实施例综合考虑了传感器节点的标准故障概率和传感器节点部署的实际情况，创新性地定义了成员节点的故障概率的计算公式，由于传感器节点自身的能量情况以及与其簇首节点的距离会影响到其通信的效率，本实施例基于此确定其的通信故障率，并与标准故障概率结合来计算故障概率，能够较为有效、精确地判定出易故障节点。

本实施例通过簇首节点对传感器节点进行初步判定，确定易故障节点，并定期对簇内的各易故障节点进行异常检测，有利于及时检测出异常的传感器节点，进而对异常的传感器节点及时采取有效措施，避免异常传感器节点对变压器室内环境数据采集的精度造成不利的影响，从而进一步提高无线传感器网络测控装置对被测变压器室内环境进行监测的精度。

在一个实施例中，簇首节点定期对簇内的各易故障节点进行异常检测，具体为：

(1)设一易故障节点为Si，其簇首节点为CHi，簇首节点CHi获取其易故障节点Si的邻居节点集合N(Si)，并获取易故障节点Si在一个采集周期内监测到的变压器室内环境数据均值xi，以及邻居节点集合N(Si)中的各邻居节点Sj在同一个采集周期内监测到的变压器室内环境数据均值xj；

(2)计算易故障节点Si与其各邻居节点之间的距离加权值，构建易故障节点Si的邻居节点距离加权值列表：

式中，ρij表示易故障节点Si与其邻居节点Sj之间的距离加权值，Sj∈N(Si)，为易故障节点Si的邻居节点个数，即邻居节点集合N(Si)中具有的传感器节点数量，D(Si,Sj)为易故障节点Si与其邻居节点Sj之间的距离，D(Si,Sk)为易故障节点Si与其邻居节点S6之间的距离；

(3)进行异常判定，根据邻居节点距离加权值列表计算易故障节点的加权变压器室内环境数据值：

若|xi-xi′|≥δ，δ为设定的数据阈值，则判定该变压器室内环境数据均值xi为异常变压器室内环境数据，并将该易故障节点Si的异常次数加1；

(4)若易故障节点Si的异常次数达到设定的次数阈值，判定该易故障节点Si为无效传感器节点并报告至基站，否则获取易故障节点Si在下一个采集周期内监测到的变压器室内环境数据均值及其各邻居节点Sj在同一个采集周期内监测到的变压器室内环境数据均值，并按照(3)对变压器室内环境数据均值xi进行异常判定。

本实施例创新性地提出了一种定期对簇内的各易故障节点进行异常检测的机制，该机制通过比较易故障节点在一个周期内采集的变压器室内环境数据均值和其加权变压器室内环境数据值之间的差值来判断该变压器室内环境数据均值是否为异常变压器室内环境数据，并以异常变压器室内环境数据出现的次数来判断易故障节点是否为无效传感器节点。由于邻居节点采集的变压器室内环境数据与易故障节点采集的变压器室内环境数据具有较大的时空关联性，该机制中，利用无线传感器网络中同一采集周期内邻居节点变压器室内环境数据均值来计算易故障节点的加权变压器室内环境数据值，使得该机制在易故障节点无效判断方面具有较高的检测正确率。

本实施例能够有效提高变压器室内环境数据采集的精确度；通过簇首节点将无效传感器节点上报至基站，进而由基站对无效传感器节点进行休眠等处理，可以避免无效传感器节点对无线传感器网络的稳定性造成影响，有利于延长无线传感器网络的寿命，提高无线传感器网络测控装置的稳定性。

在一个实施例中，簇首节点对判定的异常变压器室内环境数据进行替换处理，具体为：

(1)设判定的一异常变压器室内环境数据对应的变压器室内环境数据均值为xc，对应的易故障节点为Sc，获取易故障节点Sc的各邻居节点Sd在同一采集周期内的变压器室内环境数据均值集合为易故障节点Sc的邻居节点个数；

(2)将变压器室内环境数据均值集合N(Sc)中的异常变压器室内环境数据剔除，得到新的变压器室内环境数据均值集合N(Sc)′；

(3)按照下列公式计算xc的替代值xc′，用xc′替代xc：

式中，为变压器室内环境数据均值集合N(Sc)′中变压器室内环境数据均值的最大值，为变压器室内环境数据均值集合N(Sc)′中变压器室内环境数据均值的平均值，为变压器室内环境数据均值集合N(Sc)′中变压器室内环境数据均值的最小值。

现有技术中对异常变压器室内环境数据进行处理时，通常是直接将异常变压器室内环境数据进行剔除处理，这种方式会造成变压器室内环境数据的缺失，从而影响变压器室内环境数据的时间特性，进一步影响后续对变压器室内环境数据进行处理分析的精度。本实施例对异常变压器室内环境数据进行处理时，按照设定的公式计算出替代值，将替代值替换变压器室内环境数据组中的异常变压器室内环境数据，有利于使得变压器室内环境数据组中的变压器室内环境数据趋于平稳，避免造成变压器室内环境数据缺失而影响变压器室内环境数据的时间特性。

在一个实施例中，簇首节点将异常变压器室内环境数据单独分类出来，并发送至监控中心3。异常变压器室内环境数据不仅体现出传感器节点有故障的可能，也体现出传感器节点所在的变压器可能故障或者其他的不正常状态。监控人员可以根据监控中心3接收到的异常变压器室内环境数据进行分析，并针对分析结果实施有效的决策。例如，监控人员根据异常变压器室内环境数据，查证对应的传感器节点所在位置的变压器是否故障，若出现故障，监控人员可以及时考虑对它们进行维护。

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理解，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。