專利名稱:一種輸電線監測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種輸電線監測裝置，監測裝置包括：處理單元、供電單元和依次連接的2.4GHz無線接收單元、WiFi接收模塊單元、轉換模塊單元、數據收發中繼模塊單元、光接口模塊單元；利用本實用新型可實現建設用于輸電線路狀態監測的無線通信專網，成本小、覆蓋范圍廣，能提供較高的帶寬和數據傳輸率，有效解決輸電線路鏈狀無線通信網絡的傳輸瓶頸問題，適用于輸電線路的狀態監測通信的遠距離無線傳輸。
【專利說明】
一種輸電線監測裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種監測裝置，具體涉及一種輸電線監測裝置。
【背景技術】
[0002]實現智能輸配電重要手段的輸電線路狀態監測是智能電網的重要環節。它能提高系統的安全性和可靠性，加強對電網的實時監測和控制，降低故障頻率，提高輸配電資產的利用效率。實現輸電線路狀態監測關鍵在于解決各種監測數據信息的實時通信，建立一個針對輸電線路的通信專網，完成數據的采集及實時傳輸，同時建立完整的監測、分析及控制系統。
[0003]高壓輸電線路一般涉及的范圍廣闊，地理條件多樣，監測通信點位于輸電線路的桿塔上，因此利用桿塔上的光纜資源，采用0FDM+MM0技術與WiFi無線通信技術方式建立通信專網，能提供長距離覆蓋及良好的系統擴展性，比有線方式更為高效。
[0004]基于WIFI技術的無線Mesh網絡也稱為“多跳(mult1-hop)”網絡，結構一般為網狀網，是一種非常適合于覆蓋大面積開放區城(包括室外和室內)的無線網絡解決方案。其的特點是由包括一組呈網狀分布的無線接入點(AP)構成，AP均采用點對點方式通過無線中繼鏈路互聯，將傳統WLAN中的無線〃熱點〃擴展為真正大面積覆蓋的無線〃熱區〃。
[0005]傳統的基于WIFI技術的無線網絡不能夠適用于組建輸電線路狀態監測通信專網，其原因是:
[0006]首先，基于WIFI技術的無線Mesh網絡每個短跳的傳輸距離短，傳輸數據所需要的功率也較小。既然多跳網絡通常使用較低功率將數據傳輸到鄰近的節點，節點之間的無線信號干擾也較小，網絡的信道質量和信道利用效率大大提高，因而能夠實現更高的網絡容量。比如在高密度的城市網絡環境中，Mesh網絡能夠減少使用無線網絡的相鄰用戶的相互干擾，大大提高信道的利用效率。而輸電線路中節點之間的距離較長、密度小，呈線狀分布，不適合組建傳統的Mesh網絡。
[0007]其次，無線Mesh設備由于使用了多跳功能，其本質是采用多級中繼的方式進行數據傳輸。因此，其數據傳輸的速率和性能大打折扣，在傳輸視頻等大數據量信息時，其實時性和可用性都得不到有效的保障。由于無線傳輸的速率很大程度上取決于無線信道，雨雪雷電等天氣情況和外部電磁環境都會對設備的傳輸速率造成影響。因此，無線網絡的傳輸速率是不穩定的，造成了整個網絡服務質量的低下。
[0008]再次，若采用全Mesh方案組網，Mesh網絡的級聯在輸電線路上其實不是構成一個網狀的網絡，而是一個鏈型的網絡，并且路由只有一條。其原因是無線Mesh設備的覆蓋能力只能達到與其相鄰的設備，而不能覆蓋更多。這就使得這個Mesh的鏈型無線傳輸網絡十分脆弱，一旦某個節點失效，其鏈路就會斷裂。由于10km就需要50個設備，設備數目過多，其單點故障的概率就越大。
[0009]最后，Mesh網絡是一個多跳的網絡，但是跳躍的級數是有限制的，大多數Mesh設備都只支持十幾跳。換句話說，Mesh網絡只能進行十幾次中繼傳輸，無法實現更多次的中繼傳輸。Mesh網絡跳躍次數的增加會帶來系統設計的復雜化，每個節點所需要維護的路由表成幾何級數增長，而跳躍次數過多會帶來系統性能的下降。
【實用新型內容】
[0010]為克服上述缺陷，本實用新型提供了一種輸電線監測裝置，組建鏈型無線通信專網，實現輸電線路的狀態監測。
[0011 ]為實現上述目的，本實用新型具體的技術方案如下:
[0012]一種輸電線監測裝置，所述監測裝置包括:處理單元、供電單元和依次連接的
2.4GHz無線接收單元、WiFi接收模塊單元、0FDM+M頂O-WiFi轉換模塊單元、0FDM+MM0數據收發中繼模塊單元、光接口模塊單元；
[0013]所述2.4GHz無線接收單元的開機自動掃頻范圍為2400M至2483M;所述WiFi接收模塊單元用2.4GHz無線接收單元接收無線傳感器傳送的數據和下發的控制指令;所述OFDM+MMO-WiFi轉換模塊單元完成WiFi接收模塊單元和0FDM+MM0模塊單元之間雙向協議的轉換及幀格式的轉換;所述OFDM+MHTO數據收發中繼模塊單元完成及同其他子站或基站的無線稀疏路由裝置的通訊和數據傳送;所述光接口模塊單元與輸電線路桿塔的通信光纜連接。
[0014]所述處理單元包括:中央處理器CPU，分別與中央處理器CPU相連的存儲單元和模數轉換單元，所述存儲單元用于暫存各種監測數據；
[0015]所述中央處理器CPU分別與WiFi接收模塊單元、(FDM+MIMO-WiFi轉換模塊單元和0FDM+M頂O模塊單元連接。
[0016]所述2.4GHz無線接收單元設置有信道，所述信道的覆蓋范圍為600m。
[0017]所述監測裝置設置在具有光纜接線盒的輸電線路桿塔。
[0018]與最接近的現有技術相比，本實用新型提供的一種輸電線監測裝置，實現建設用于輸電線路狀態監測的無線通信專網，成本小、覆蓋范圍廣，能提供較高的帶寬和數據傳輸率，有效解決輸電線路鏈狀無線通信網絡的傳輸瓶頸問題，適用于輸電線路的狀態監測通信的遠距離無線傳輸。
【附圖說明】

[0019]圖1為監測裝置的示意圖；
[0020]圖2為監測裝置的供電單元示意圖；
[0021 ]圖3為監測裝置的組網示意圖；
[0022]圖4為監測裝置的上行數據傳送方框圖；
[0023]圖5為監測裝置的下行數據傳送方框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明。
[0025]一種輸電線監測裝置，如圖1所示，該裝置包括:處理單元、2.4GHz無線接收單元、WiFi接收模塊單元、轉換模塊單元、數據收發中繼模塊單元、光接口模塊單元和供電單元，其中處理單元包括:存儲單元、模數轉換單元和中央處理器CPU，其中存儲單元用于暫存各種監測數據；2.4GHz無線接收單元能夠在2400M至2483M范圍內實現開機自動掃頻功能，共有50個信道，可以同時供50個用戶在同一場同時工作，無需手工配置信道，覆蓋范圍最遠可達600米;WiFi接收模塊單元利用2.4GHz無線接收單元接收來自無線傳感器傳送的數據和下發的控制指令;轉換模塊單元完成WiFi接收模塊單元和數據收發中繼模塊單元之間雙向協議的轉換及幀格式的轉換;數據收發中繼模塊單元完成及同其他子站或基站的無線稀疏路由裝置的通訊和數據傳送。
[0026]如圖2所示;所述供電單元包括取能線圈；所述取能線圈與前端抗沖擊保護電路的輸入端連接;所述前端抗沖擊保護電路的輸出端通過加法器I與整流濾波電路的輸入端連接;所述整流濾波電路的輸出端通過加法器2分別與DC/DC電源模塊的輸入端和儲能保護電路的輸入端連接;在所述加法器I和加法器2間設有用于調節所述整流濾波電路的輸入端電壓的電壓反饋支路。在所述取能線圈中設有與其感應的輸電導線;所述DC/DC電源模塊與負載連接。
[0027]如圖3所示，220kV以上架空輸電線路兩個變電站之間的跨度約100?300公里，桿塔間距約300?500米，通信光纜沿線架空敷設，監測裝置安裝于具有光纜接線盒的桿塔上，利用光纖作為骨干通信鏈路，通過WiFi方式將附近各桿塔(無光纜接頭盒)上的傳感器的測量數據進行采集，然后采用0FDM+M頂O傳輸技術通過監測裝置將數據傳送到位于變電站的輸電線路狀態監測系統。
[0028]—個路由裝置WiFi模塊的實際有效覆蓋范圍僅為幾公里。以每臺監測裝置為中繼，將傳感器數據通過多跳的方式，傳送至遠距離外的位于變電站輸電線路狀態監測系統。數據傳送步驟如下:
[0029]如圖4所示，無線稀疏路由裝置向變電站上行的傳送數據。上行上傳數據時，采用類似時分復用的方法，將各子站數據流按照一定的順序傳輸。傳輸時，將OFDM symbol slot的序列同要傳輸數據子站的序列相對應，組成時分的數據流進行傳輸。在上傳數據時，傳輸層的報文到達網絡層時被分為多個數據塊，在這些數據塊的頭部和尾部加上一些相關控制信息后，發送到變電站輸電線路狀態監測系統;輸電線路狀態監測系統在接收到數據后，要將各數據包原來加上的包頭和包尾等控制信息去掉(拆包)，然后組合成報文，回復原來的數據格式。
[0030]如圖5所示，無線稀疏路由裝置向變電站下行的傳送數據。下行數據傳送時，根據不同路由裝置的傳送順序，將OFDM symboI slot的序列同子站的序列相對應。無線稀疏路由裝置只處理自己所對應的OFDM symbol slot，而將后續的symbol slot轉發至下一個裝置。同時，OFDM下行子幀的控制信息(FCH&DLMAP)也隨著數據發向下一個裝置。
[0031 ]若整個鏈路上提供總傳輸速率為2Mbps，則平均每個子站能提供約150kbps的傳輸速率。每個子站的處理延遲為約10?20毫秒，每4公里的傳輸延遲為0.13微秒，一個數據包從最遠端無線雙模CPE到無線基帶服務器的延遲〈0.5秒，能夠滿足輸電線路狀態監測對通信的要求。
[0032]需要聲明的是，本【實用新型內容】及【具體實施方式】意在證明本實用新型所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本實用新型保護范圍的限定。本領域技術人員在本實用新型的精神和原理啟發下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內。
【主權項】
1.一種輸電線監測裝置，其特征在于:所述監測裝置包括:處理單元、供電單元和依次連接的2.4GHz無線接收單元、WiFi接收模塊單元、轉換模塊單元、數據收發中繼模塊單元、光接口模塊單元； 所述2.4GHz無線接收單元的開機自動掃頻范圍為2400M至2483M;所述WiFi接收模塊單元用2.4GHz無線接收單元接收無線傳感器傳送的數據和下發的控制指令;所述轉換模塊單元完成WiFi接收模塊單元和數據收發中繼模塊單元之間雙向協議的轉換及幀格式的轉換；所述數據收發中繼模塊單元完成同其他子站或基站的無線稀疏路由裝置的通訊和數據傳送;所述光接口模塊單元與輸電線路桿塔的通信光纜連接。2.根據權利要求1所述的監測裝置，其特征在于:所述數據收發中繼模塊單元包括:OFDM單元模塊和M頂O單元模塊。3.根據權利要求1所述的監測裝置，其特征在于:所述處理單元將輸電線路的狀態量信息通過光纖連接發送到后臺；同時處理單元接受后臺對輸電線路的控制命令字。4.根據權利要求3所述的監測裝置，其特征在于:所述處理單元包括:中央處理器CPU，分別與中央處理器CHJ相連的存儲單元和模數轉換單元，所述存儲單元用于暫存各種監測數據； 所述中央處理器CPU分別與WiFi接收模塊單元、轉換模塊單元和數據收發中繼模塊單元連接。5.根據權利要求1所述的監測裝置，其特征在于:所述供電單元包括取能線圈；所述取能線圈與前端抗沖擊保護電路的輸入端連接;所述前端抗沖擊保護電路的輸出端通過加法器I與整流濾波電路的輸入端連接;所述整流濾波電路的輸出端通過加法器2分別與DC/DC電源模塊的輸入端和儲能保護電路的輸入端連接;在所述加法器I和加法器2間設有用于調節所述整流濾波電路的輸入端電壓的電壓反饋支路。6.根據權利要求5所述的監測裝置，其特征在于:所述取能線圈中設有與其感應的輸電導線;所述DC/DC電源模塊與負載連接。7.根據權利要求1所述的監測裝置，其特征在于:所述2.4GHz無線接收單元設置有信道，所述信道的覆蓋范圍為600m。8.根據權利要求1所述的監測裝置，其特征在于:所述監測裝置設置在具有光纜接線盒的輸電線路桿塔。
【文檔編號】H02J13/00GK205725152SQ201620306289
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】卜憲德, 郭經紅, 李炳林, 郭云飛, 田文鋒, 張 浩, 姚繼明, 呂立冬, 孫曉艷, 劉世棟, 姚啟桂, 王向群
【申請人】全球能源互聯網研究院, 國家電網公司