基于无线网络覆盖的输电线路系统中的动态电源管理方法
【技术领域】：
[0001] 本发明公开一种基于无线网络覆盖的输电线路系统中的动态电源管理方法，可以 保无线网络覆盖的输电线路系统在正常工作的前提下，节省能耗，提高能源使用效率。
【背景技术】：
[0002] 随着智能电网概念的提出、发展，以及电网运营管理工作不断深入的向科技化、综 合化、自动化、智能化发展，输电线路的维管工作内容变得越来越多，科技含量也越来越高， 直升机巡线、杆塔倾斜在线监测、微气象监控、绝缘子在线监测、覆冰监控、铁塔防外力破坏 监测、应急抢修信息化等一系列的系统和设备逐步得到了应用和扩充。但是，当前各级电网 和电线路杆塔，其状态监测装置大多位于人迹罕至的荒郊野外，数据通信网络的不畅通在 一定程度上限制了各种在线监测系统的更进一步发展和推广应用，从而也影响到了电力部 门的工作效率和工作效果。基于此，用无线网络覆盖输电线路，建设一种投资性价比高、接 入内容多样、数据安全性高、用途广泛的输电线路监测系统，已经成为目前极为重要和紧迫 的一项工作内容。
[0003] 输电线路沿线的通信设备需要及时响应来自监测中心的数据，并完成数据传输， 因此需要设备长时间工作。因此监测设备对功耗的要求很好。而输电线路监测设备的取能 无非是太阳能、风力发电、耦合取电的其中一种或者几种的组合，但无论采用哪种模式，能 源的有限性都是一个无法忽视的问题。因此，本发明设计了一种系统级的动态电源管理，在 无线网络覆盖的输电线路系统中总体控制电网各个模块的开关，有限的能源下保证系统长 时间供电和功耗需求，满足持续稳定可靠地无线网络通信。为了解决上述问题，本发明提出 一种基于无线网络覆盖的输电线路系统中的动态电源管理方法。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于提供一种基于无线网络覆盖的输电线路系统中的状态监测设 备的动态电源管理方法。该方法考虑到输电线路状态监测设备在正常情况下周期性发送状 态监测数据这一事实，因此可以周期性的使状态监测设备在唤醒、工作和休眠三种状态切 换，以节省电耗。
[0005] 无线网络覆盖的输电线路基于光纤网络作为信号辐射源展开网络部署，无线中心 站设备通过与光纤收发器的融合并实现基于0FDM调制的5. 8G网络信号的无线发射。根据 线路长距离分布情况，通过WiMax增加无线中继设备进行无线信号的放大和增强，保证信 号的长距传输。每级铁塔配备无线接入路由设备，进行无线WiFi信号的覆盖。状态监测系 统位于无线中心站、无线中继站和各级铁塔上，实时监测线路状态。
[0006] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 提出一种基于无线网络覆盖的输电线路系统中的动态电源管理方法，使输电线路 监测设备的能耗降低。由于无线中心站和无线中继设备的状态监测设备需要周期性的向监 控中心发送监控数据，因此令状态监测设备处于工作休眠和唤醒三种状态，采取周期性地 触发自身处于睡眠状态的供电系统的方式，监测并向监控中心通过WiMax报告状态监测数 据，之后再次休眠。这是主动唤醒的工作模式；当监控中心需要实时视频监测下级状态，则 向监测设备发送唤醒指令，该指令可以随时唤醒处于休眠中的设备。
[0008] 各级铁塔一般位于人烟稀少的偏远地区，塔上的无线路由设备的作用是为区域负 责人提供全覆盖的无线WiFi接入，便于其进行塔杆状态监测。一般一个负责人负责多个塔 的状态监测，因此，只有当负责人来到这片区域时，再打开负责该区域无线信号的路由器。 除此之外，路由器应关闭，其状态监测设备处于休眠状态，以便接收工作人员的唤醒指令。 这是被动唤醒的工作模式。
[0009] 表1输电线路系统各模块的全部工作状态
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[0011] 表1所述是采用动态电源管理方案后无线网络覆盖的输电线路系统中各个模块 的所有工作状态。从表中可看出，无线中心站和无线中继站为了覆盖无线WiMax信号，应始 终处于工作状态，其上安装的监测设备周期性在工作、休眠、唤醒三个状态之间转换。无线 路由器上的监测设备的工作状态与中继站监测设备相同，不同之处在于，在工作状态接收 到的数据，前者通过WiFi信号以短信形式发向负责人的手持设备中，，而后者通过WiMax网 络发给监控中心。无线路由器则长期处于关闭状态，当无线路由器接收到负责人的唤醒指 令后，再开启路由器设备。
[0012] 根据上面分析，假设安装于不同位置（中心站、中继站和路由器）的状态监测设 备的周期划分相同（可以设工作周期T为4min工作、唤醒时间T w为lmin、休眠时间Ts为 lOmin)。设备的最大功耗表示，则其当前的功耗表示成δ*Ρ_，其中δ e [0，1]，〇 表示当前无功率消耗，处于关闭状态，1表示当前部件处于性能最佳的最大功率工作状态，〇 < S <1表示器件处于节能模式，趋近于〇时表明δ处于休眠模式。处于休眠模式的设 备进入工作模式需要先经历唤醒阶段。在一个运行周期内，状态监测设备的总功耗P McinitOT 又可细分为系统唤醒阶段功耗Pwak_、工作阶段的功耗PWOTk和休眠阶段的功耗Psl_。因此， 每个状态监测设备的总功耗可表示为：
[0013] Ρμ〇π? tor P\rakeup+P\￥OTk+Psleep
[0014] 5 wakeup^^Monitor max"^ ^ work^^Monitor max"^ ^ sleep^^Monitor max
[0015] 假设一个无线网络覆盖的输电线路系统包括一个监控中心、一个无线中心站和k 个无线中继站，每个无线中继站包含m个无线路由器，共有t个手持设备。因此该系统中有 (l+k+k*m)个状态监测设备。由于监控中心长期有人值守，手持设备由巡检人员负责，不使 用使就关闭，因此不考虑这两项的功耗。因此输电线路系统的中间三级在一个运行周期的 功耗可表示为：
[0016] P = PCenter+k*PRelay+ (m*k) *PRouter+ (l+k+k*m) *PMonitOT
[0017] 无线接入路由设备处于工作状态的功耗为PRciutCT__，关闭状态的功耗为0。当此时 有t个手持设备分别独立接入位于不同覆盖范围的WiFi网络时，需打开t个路由设备，此 时路由设备的功耗（m*k)*P RciutCT = t*PRciutCT_max。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 本发明涉及基于无线网络覆盖的输电线路系统中的动态电源管理方法，使系统中 各个部件的工作状态动态变化。在不影响系统工作效率的情况下，保证耗电量最小，保证通 信网络的稳定性和可靠性，提高了能源的使用效率。该方案应用于监测设备周期性上传监 测数据，且对实时性要求不高的无线通信系统中，可降低系统总耗电量至少一半，还可使通 信设备维持更长时间的状态监测数据传输