一种基于无线传感器技术的电网数据采集系统的制作方法

1.本实用新型一种基于无线传感器技术的电网数据采集系统，属于量化电网新能源消纳能力的数据平台技术领域。


背景技术：

2.电力系统，是能源系统中实现碳中和的关键，而清洁能源的消纳，也是电力系统中实现碳中和的关键。由于高受电比例电网的运行特性，高比例的区外电源使得系统的运行点偏移，逐渐向系统的约束边界靠近，而新能源的接入将加剧这一过程，出于对新能源出力不稳定、无法参与系统日常调峰、调频以及对受端系统运行点及其约束边界的考虑，新能源在受端电网中的消纳难度增加。新能源的接入将影响系统的“韧性”，而“韧性”较高的受端系统对于新能源的消纳能力也将会提高。
3.将新能源的消纳能力进行量化可以更好的了解分析电网的安全性，保证电网的稳定运行，同时无线传感器技术的发展，可以更好的将物与网结合起来，而为了能够得到量化电网新能源消纳能力的数据，提出了一种基于无线传感器技术的电网数据采集系统。


技术实现要素：

4.本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于无线传感器技术的电网数据采集系统硬件结构的改进。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于无线传感器技术的电网数据采集系统，包括电网用户终端、配变电终端、电杆、塔杆，还包括数据采集控制中心，所述电网用户终端上设置有用于测量用户终端电压、电流的第一传感节点，所述配变电终端设置有用于测量配变电终端电压、电流的第二传感节点，所述电杆、塔杆上设置有用于测量线路有功功率、用于测量电杆、塔杆周围温度和湿度的第三传感节点；
6.所述第一传感节点通过zigbee网络与第一无线传感路由节点无线通信，所述第一无线传感器路由节点通过zigbee网络与第一多网接入网关节点无线通信，所述第一多网接入网关节点通过td-scdma网络与数据采集控制中心无线通信；
7.所述第二传感节点通过td-scdma网络与数据采集控制中心无线通信；
8.所述第三传感节点通过zigbee网络与第二无线传感路由节点无线通信，所述第二无线传感路由节点通过zigbee网络与第二多网接入网关节点无线通信，所述第二多网接入网关节点通过td-scdma网络与数据采集控制中心无线通信。
9.所述第一传感节点包括第一控制器模块、第一传感器模块、第一zigbee模块、第一电源模块，所述第一控制器模块包括第一控制器和第一存储器，所述第一传感器模块包括单相交流电压传感器、单相交流电流传感器、第一三相电压传感器、第一三相电流传感器和第一ac/dc转换模块；
10.所述第一传感器模块将采集的单/三相传感器数据经过第一ac/dc转换模块发送至第一控制器，第一控制器将数据通过第一zigbee模块发送至第一无线传感路由节点，所
述第一电源模块给第一控制器、第一传感器模块、第一zigbee模块供电。
11.所述第二传感节点包括第二控制器模块、第二传感器模块、第二zigbee模块、第二电源模块，所述第二控制器模块包括第二控制器和第二存储器，所述第二传感器模块包括第二三相电压传感器、第二三相电流传感器、频率传感器和第二ac/dc转换模块；
12.所述第二传感器模块将采集的传感器数据经过第二ac/dc转换模块发送至第二控制器，第二控制器将数据通过第二zigbee模块发送至第二无线传感路由节点，所述第二电源模块给第二控制器、第二传感器模块、第二zigbee模块供电。
13.所述第三传感节点包括第三控制器模块、第三传感器模块、第三zigbee模块、第三电源模块，所述第三控制器模块包括第三控制器和第三存储器，所述第三传感器模块包括有功功率传感器、无功功率传感器、温湿度传感器和第三ac/dc转换模块；
14.所述第三传感器模块将采集的传感器数据经过第三ac/dc转换模块发送至第三控制器，第三控制器将数据通过第三zigbee模块发送至第二无线传感路由节点，所述第三电源模块给第三控制器、第三传感器模块、第三zigbee模块供电。
15.所述第一控制器、第二控制器、第三控制器具体采用型号为stm32f103；
16.所述单相交流电压传感器具体采用型号为nb-av1b6-a3sc；
17.所述单相交流电流传感器具体采用型号为ba20-a1/1；
18.所述第一三相电压传感器、第二三相电压传感器具体采用型号为nb-av3b1-d4mc；
19.所述第一三相电流传感器、第二三相电流传感器具体采用型号为dme422；
20.所述有功功率传感器具体采用型号为nb-ap1b1-d4kc；
21.所述温湿度传感器具体采用型号为hmt120；
22.所述第一zigbee模块、第二zigbee模块、第三zigbee模块具体采用型号为eic-zc10 zigbee无线数传；
23.所述第一无线传感路由节点、第二无线传感路由节点均包括多个无线路由器，所述无线路由器具体采用型号为f8434的工业级zigbee路由器；
24.所述第一多网接入网关节点、第二多网接入网关节点具体采用型号为f8525 zigbee td-scmda 路由器。
25.本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供的基于无线传感器技术的电网数据采集系统通过传感器以及无线通信技术实现数据共享，能够将接入新能源的电网的运行数据进行采集并进行数据汇总，为量化电网新能源消纳能力提供了可靠的数据来源。
附图说明
26.下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
27.图1为本实用新型的系统结构示意图；
28.图2为本实用新型的软件构架图；
29.图3为本实用新型传感节点的电路结构示意图。
具体实施方式
30.如图1至图3所示，本实用新型一种基于无线传感器技术的电网数据采集系统，包
括电网用户终端、配变电终端、电杆、塔杆，还包括数据采集控制中心，所述电网用户终端上设置有用于测量用户终端电压、电流的第一传感节点，所述配变电终端设置有用于测量配变电终端电压、电流的第二传感节点，所述电杆、塔杆上设置有用于测量线路有功功率、用于测量电杆、塔杆周围温度和湿度的第三传感节点；
31.所述第一传感节点通过zigbee网络与第一无线传感路由节点无线通信，所述第一无线传感器路由节点通过zigbee网络与第一多网接入网关节点无线通信，所述第一多网接入网关节点通过td-scdma网络与数据采集控制中心无线通信；
32.所述第二传感节点通过td-scdma网络与数据采集控制中心无线通信；
33.所述第三传感节点通过zigbee网络与第二无线传感路由节点无线通信，所述第二无线传感路由节点通过zigbee网络与第二多网接入网关节点无线通信，所述第二多网接入网关节点通过td-scdma网络与数据采集控制中心无线通信。
34.所述第一传感节点包括第一控制器模块、第一传感器模块、第一zigbee模块、第一电源模块，所述第一控制器模块包括第一控制器和第一存储器，所述第一传感器模块包括单相交流电压传感器、单相交流电流传感器、第一三相电压传感器、第一三相电流传感器和第一ac/dc转换模块；
35.所述第一传感器模块将采集的单/三相传感器数据经过第一ac/dc转换模块发送至第一控制器，第一控制器将数据通过第一zigbee模块发送至第一无线传感路由节点，所述第一电源模块给第一控制器、第一传感器模块、第一zigbee模块供电。
36.所述第二传感节点包括第二控制器模块、第二传感器模块、第二zigbee模块、第二电源模块，所述第二控制器模块包括第二控制器和第二存储器，所述第二传感器模块包括第二三相电压传感器、第二三相电流传感器、频率传感器和第二ac/dc转换模块；
37.所述第二传感器模块将采集的传感器数据经过第二ac/dc转换模块发送至第二控制器，第二控制器将数据通过第二zigbee模块发送至第二无线传感路由节点，所述第二电源模块给第二控制器、第二传感器模块、第二zigbee模块供电。
38.所述第三传感节点包括第三控制器模块、第三传感器模块、第三zigbee模块、第三电源模块，所述第三控制器模块包括第三控制器和第三存储器，所述第三传感器模块包括有功功率传感器、无功功率传感器、温湿度传感器和第三ac/dc转换模块；
39.所述第三传感器模块将采集的传感器数据经过第三ac/dc转换模块发送至第三控制器，第三控制器将数据通过第三zigbee模块发送至第二无线传感路由节点，所述第三电源模块给第三控制器、第三传感器模块、第三zigbee模块供电。
40.所述第一控制器、第二控制器、第三控制器具体采用型号为stm32f103；
41.所述单相交流电压传感器具体采用型号为nb-av1b6-a3sc；
42.所述单相交流电流传感器具体采用型号为ba20-a1/1；
43.所述第一三相电压传感器、第二三相电压传感器具体采用型号为nb-av3b1-d4mc；
44.所述第一三相电流传感器、第二三相电流传感器具体采用型号为dme422；
45.所述有功功率传感器具体采用型号为nb-ap1b1-d4kc；
46.所述温湿度传感器具体采用型号为hmt120；
47.所述第一zigbee模块、第二zigbee模块、第三zigbee模块具体采用型号为eic-zc10 zigbee无线数传；
48.所述第一无线传感路由节点、第二无线传感路由节点均包括多个无线路由器，所述无线路由器具体采用型号为f8434的工业级zigbee路由器；
49.所述第一多网接入网关节点、第二多网接入网关节点具体采用型号为f8525 zigbee td-scmda 路由器。
50.本实用新型提供的一种能够结合无线传感技术的电网数据采集系统，用于对后续分析电力系统的新能源消纳情况进行数据采集。
51.本实用新型的技术方案为：一种用于量化电网新能源消纳能力的基于无线传感器技术的电网数据采集系统，包括了适用于电力环境的传感器，用于实时检测各种电力设施的运行状态和电力参数；小范围内采用zigbee技术，然后将数据计入td-scdma，通过td-scdma将数据实时反馈到数据采集控制中心的控制台，进行数据存储；通过计量控制系统对传感器采集的数据进行分析，分析整个电网的运行状态、新能源消纳能力，电网韧性指标情况等信息，并响应的进行控制。整体的架构如图1所示。
52.本实用新型除了物理层面的系统平台以外，数据采集控制中心还搭建了能够对采集的传感器数据进行后续分析处理的软件平台，结构如图2所示。按照各模块的逻辑功能和作用分为四个层次：内核与驱动层、系统控制层、功能支撑层以及应用层。系统软件采用模块化设计思想，支持裁减和动态更新。系统软件采用模块化模型，各模块之间采用接口连接、信号回调机制和消息通信机制。传感器网络节点软件架构的核心是功能支撑层各模块，包括任务管理、电源管理、传感器控制管理、监控进程、同步进程、路由管理、泛洪管理、用户协议及otap进程等。低功耗网络协议栈从系统逻辑上位于这一层次，是系统软件设计的关键和核心组件。
53.本实用新型的工作原理：首先在数据采集系统的使用中，由分布于电力环境中各个电力设备上的传感器获取电力基础数据，包括电压、电流、温度、湿度等传感器部件，对仪器设备进行实时监测，通过无线通信模块与无线电技术，实现信息的传输，将大量数据集中传输至数据采集控制中心，在数据采集控制中心使用软件平台，对数据进行汇总并存储，为后续的数据分析处理提供强大的数据基础库。
54.本实用新型通过zigbee网络，实现将某一区域内电网运行的数据进行采集，并将采集的大量传感器数据进行处理汇总，协议转换后发送至具有强大计算能力的数据采集控制中心处，上述传感器数据用于为后续计算分析电网新能源消纳能力提供数据来源。
55.本实用新型通过在不同的终端设置多个传感节点，利用传感节点能够将电网中大量的电力设备的运行状态数据进行一一采集，本实用新型的每个传感节点具体为一个微型的嵌入式系统，具有较弱的处理能力、存储能力和通信能力，同时每个传感节点也兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，而无线传感路由节点与多网接入网关节点相当于具有较强处理能力、存储能力、通信能力的数据汇聚节点，能够连接传感器网络和外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，并把收集的数据发送到通过外网连接的数据采集控制中心上。
56.本实用新型的传感节点中的控制器具体采用stm32f103的arm芯片，可同时连接6路传感器进行数据采集，并通过eic-zc10 zigbee无线数传，将232串口数据转换为zigbee通信协议的数据进行数据传输，具体传感节点的电路结构如图3所示。
57.关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间
的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
58.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。