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一种基于无线 传感器网络的智能电网信息管理系统及方法

阅读：484发布：2023-03-13

专利汇可以提供一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统及方法、存储介质，在智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节构建无线传感器网络系统，所述WSN采集节点将采集的监测信号发送给与该WSN采集节点对应的WSN传输节点；所述WSN传输节点的天线采用相控阵天线，在每个相控阵天线的波束周期内，所述WSN传输节点具有相同方向的波束，所述WSN传输节点分别与其相邻的WSN传输节点进行通信；所述WSN传输节点的信号直接或通过其他WSN传输节点接入中心控制平台。本发明在搭建无线传感器网络时，传输节点通过采用相控阵天线搭建，WSN传输节点具有相同方向的波束，使建立的无线传感器网络具有可靠性较高，信号质量好。，下面是一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，包括智能电网发电、输电、变电、配电和用电环节，所述发电、输电、变电、配电和用电环节均与中心控制平台连接，其特征在于，在智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节构建无线传感器网络系统，所述无线传感器网络系统包括布置在智能电网发电、输电、变电、配电或用电环节上的若干WSN无线网络采集装置和WSN无线网络接收装置，所述WSN无线网络采集装置和WSN无线网络接收装置分别形成无线传感器网络系统的若干WSN采集节点和若干WSN传输节点；所述WSN采集节点将在发电、输电、变电、配电或用电环节采集的监测信号发送给与该WSN采集节点对应的WSN传输节点；所述WSN传输节点的天线采用相控阵天线，在每个相控阵天线的波束周期内，所述WSN传输节点具有相同方向的波束，所述WSN传输节点分别与其相邻的WSN传输节点进行通信；所述WSN传输节点的信号直接或通过其他WSN传输节点接入中心控制平台。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，所述相控阵天线包括天线阵列单元、发射/接收波束形成单元、双工器、数字信号处理单元、射频发射单元、射频接收单元和相控阵天线对准装置，所述天线阵列单元包括多个天线阵列子单元，所述发射/接收波束形成单元用于向天线阵列单元发射信号和接收天线阵列单元接收的信号，所述相控阵天线对准装置用于对发射/接收波束形成单元的发射波束/接收波束进行对准,所述双工器与所述发射/接收波束形成单元相连接；所述双工器分别与射频发射单元、射频接收单元相连接；所述数字信号处理单元分别与所述双工器和所述相控阵天线对准装置连接。
3.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，所述相控阵天线对准装置包括旋转接收波束形成单元、接收信号功率计算单元和控制单元；
旋转接收波束形成单元，用于接收来自各个天线阵列子单元的信号；对来自各个所述天线阵列子单元的信号进行移相，合并移相后的来自各个所述天线阵列子单元的信号，得到第一信号，所述第一信号对应的接收波束为旋转接收波束；所述旋转接收波束以发射/接收波束为转轴，围绕所述发射/接收波束以预设的角频率旋转；所述旋转接收波束形成单元和所述发射/接收波束形成单元相连接；
所述接收信号功率计算单元，用于计算所述旋转接收波束旋转不同角度时各个所述第一信号的功率值；
所述控制单元，用于根据所述功率值，调整发射/接收波束形成单元中发射/接收波束的指向，以相控阵天线对准，所述控制单元和所述发射/接收波束形成单元相连接。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，其特征在于，当发电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集发电端的能耗和/或炼料储能信息。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，其特征在于，当输电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集输电线路线温度和/或气象条件信息。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，其特征在于，当变电或配电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集变电设备或配电设备的实时监控视频数据信息。
7.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，其特征在于，当用电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集用户信息和/或远程抄表需数据。
8.根据权利要求7所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，其特征在于，当用电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置包括用于采集远程抄表数据的多个无线抄表终端，所述无线抄表终端包括单片机、输入接口、输出接口、第一无线射频单元、第一电源管理单元，所述单片机分别与所述输入接口、输出接口、第一无线射频单元以及第一电源管理单元相连；所述WSN无线网络接收装置包括嵌入式CPU、外部存储器、相控阵天线、第二电源管理单元和外部接口单元，其中所述嵌入式CPU分别与外部存储器、相控阵天线、第二无线射频单元、第二电源管理单元和外部接口单元相连接；所述WSN无线网络接收装置通过相控阵天线接收无线抄表终端通过第一无线射频单元发送的信号。
9.一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理方法，其特征在于，采用如权利要求
1-8任一项所的基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，包括以下步骤：
在智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节上形成若干WSN采集节点和与WSN采集节点相对应的若干WSN传输节点；
通过WSN采集节点采集智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节的监测信号，并将监测信号传输给该WSN采集节点对应的WSN传输节点；
通过WSN传输节点的相控阵天线使发射波束和接收波束对准，以使WSN传输节点具有相同方向的波束，WSN传输节点能分别与其相邻的WSN传输节点进行通信；
将WSN传输节点的信号直接或通过其他WSN传输节点接入中心控制平台。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现如权利要求9所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理方法。

说明书全文

一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及智能电网数据监测领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统及方法、存储介质。

背景技术

[0002] 智能电网的建立需要贯通发电、输电、变电、配电、用电5个环节，并实现信息的全面采集、高效处理和流畅传输。

[0003] 各环节运行状态关系到智能电网能否流畅传输，有效监测各环节运行状态至关重要，如何搭建有效的数据传输通信网络，将这些信息数据传递到中心控制平台有待解决。

发明内容

[0004] 鉴于以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统及方法、存储介质，构建无线传感器网络，采集各环节的设备状态、线路状态、气象条件和配用电一体化信息等能适合智能电网状态监测的需要。

[0005] 本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，包括智能电网发电、输电、变电、配电和用电环节，所述发电、输电、变电、配电和用电环节均与中心控制平台连接，在智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节构建无线传感器网络系统，所述无线传感器网络系统包括布置在智能电网发电、输电、变电、配电或用电环节上的若干WSN无线网络采集装置和WSN无线网络接收装置，所述WSN无线网络采集装置和WSN无线网络接收装置分别形成无线传感器网络系统的若干WSN采集节点和若干WSN传输节点；所述WSN采集节点将在发电、输电、变电、配电或用电环节采集的监测信号发送给与该WSN采集节点对应的WSN传输节点；所述WSN传输节点的天线采用相控阵天线，在每个相控阵天线的波束周期内，所述WSN传输节点具有相同方向的波束，所述WSN传输节点分别与其相邻的WSN传输节点进行通信；所述WSN传输节点的信号直接或通过其他WSN传输节点接入中心控制平台。

[0007] 进一步的，所述相控阵天线包括天线阵列单元、发射/接收波束形成单元、双工器、数字信号处理单元、射频发射单元、射频接收单元和相控阵天线对准装置，所述天线阵列单元包括多个天线阵列子单元，所述发射/接收波束形成单元用于向天线阵列单元发射信号和接收天线阵列单元接收的信号，所述相控阵天线对准装置用于对发射/接收波束形成单元的发射波束/接收波束进行对准,所述双工器与所述发射/接收波束形成单元相连接；所述双工器分别与射频发射单元、射频接收单元相连接；所述数字信号处理单元分别与所述双工器和所述相控阵天线对准装置连接。

[0008] 进一步的，所述相控阵天线对准装置包括旋转接收波束形成单元、接收信号功率计算单元和控制单元；

[0009] 旋转接收波束形成单元，用于接收来自各个天线阵列子单元的信号；对来自各个所述天线阵列子单元的信号进行移相，合并移相后的来自各个所述天线阵列子单元的信号，得到第一信号，所述第一信号对应的接收波束为旋转接收波束；所述旋转接收波束以发射/接收波束为转轴，围绕所述发射/接收波束以预设的角频率旋转；所述旋转接收波束形成单元和所述发射/接收波束形成单元相连接；

[0010] 所述接收信号功率计算单元，用于计算所述旋转接收波束旋转不同角度时各个所述第一信号的功率值；

[0011] 所述控制单元，用于根据所述功率值，调整发射/接收波束形成单元中发射/接收波束的指向，以相控阵天线对准，所述控制单元和所述发射/接收波束形成单元相连接。

[0012] 进一步的，当发电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集发电端的能耗和/或炼料储能信息。

[0013] 进一步的，当输电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集输电线路线温度和/或气象条件信息。

[0014] 进一步的，当变电或配电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集变电设备或配电设备的实时监控视频数据信息。

[0015] 进一步的，当用电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集用户信息和/或远程抄表需数据。

[0016] 进一步的，当用电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置包括用于采集远程抄表数据的多个无线抄表终端，所述无线抄表终端包括单片机、输入接口、输出接口、第一无线射频单元、第一电源管理单元，所述单片机分别与所述输入接口、输出接口、第一无线射频单元以及第一电源管理单元相连；所述WSN无线网络接收装置包括嵌入式CPU、外部存储器、相控阵天线、第二电源管理单元和外部接口单元，其中所述嵌入式CPU分别与外部存储器、相控阵天线、第二无线射频单元、第二电源管理单元和外部接口单元相连接；所述WSN无线网络接收装置通过相控阵天线接收无线抄表终端通过第一无线射频单元发送的信号。

[0017] 一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理方法，包括以下步骤：

[0018] 在智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节上形成若干WSN采集节点和与WSN采集节点相对应的若干WSN传输节点；

[0019] 通过WSN采集节点采集智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节的监测信号，并将监测信号传输给该WSN采集节点对应的WSN传输节点；

[0020] 通过WSN传输节点的相控阵天线使发射波束和接收波束对准，以使WSN传输节点具有相同方向的波束，WSN传输节点能分别与其相邻的WSN传输节点进行通信；

[0021] 将WSN传输节点的信号直接或通过其他WSN传输节点接入中心控制平台。

[0022] 一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现所述的基于无线传感器网络的智能电网信息管理方法。

[0023] 相比现有技术，本发明的有益效果在于：

[0024] 本发明通过在数据传输通信组网技术采用无线传感器网络技术采集各环节的状态信息，且在搭建无线传感器网络时，传输节点通过采用相控阵天线搭建，WSN传输节点具有相同方向的波束，使建立的无线传感器网络具有可靠性较高，信号质量好。附图说明

[0025] 图1为本发明基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统的结构示意图；

[0026] 图2为本发明基于无线传感器网络的智能电网信息管理流程示意图。

具体实施方式

[0027] 下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：

[0028] 实施例：

[0029] 请参考图1和2所示，一种基于无线传感器网络的智能电网信息管理系统，包括智能电网发电、输电、变电、配电和用电环节，所述发电、输电、变电、配电和用电环节均与中心控制平台连接，可参照图1所示，在智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节构建无线传感器网络系统，所述无线传感器网络系统包括布置在智能电网发电、输电、变电、配电或用电环节上的若干WSN无线网络采集装置和WSN无线网络接收装置，所述WSN无线网络采集装置和WSN无线网络接收装置分别形成无线传感器网络系统的若干WSN采集节点和若干WSN传输节点；所述WSN采集节点将在发电、输电、变电、配电或用电环节采集的监测信号发送给与该WSN采集节点对应的WSN传输节点；所述WSN传输节点的天线采用相控阵天线，在每个相控阵天线的波束周期内，所述WSN传输节点具有相同方向的波束，所述WSN传输节点分别与其相邻的WSN传输节点进行通信；所述WSN传输节点的信号直接或通过其他WSN传输节点接入中心控制平台。

[0030] 本发明在数据传输通信组网技术采用无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)技术，无线传感器网络通过感知延伸终端的传感器节点，采集各环节的设备状态、线路状态、气象条件和配用电一体化信息，其通信节点具有无线自组织性与灵活部署性，能适合状态监测应用需要。

[0031] 具体的，所述相控阵天线包括天线阵列单元、发射/接收波束形成单元、双工器、数字信号处理单元、射频发射单元、射频接收单元和相控阵天线对准装置，所述天线阵列单元包括多个天线阵列子单元，所述发射/接收波束形成单元用于向天线阵列单元发射信号和接收天线阵列单元接收的信号，所述相控阵天线对准装置用于对发射/接收波束形成单元的发射波束/接收波束进行对准,所述双工器与所述发射/接收波束形成单元相连接。

[0032] 具体的，所述相控阵天线对准装置包括旋转接收波束形成单元、接收信号功率计算单元和控制单元；

[0033] 旋转接收波束形成单元，用于接收来自各个天线阵列子单元的信号；对来自各个所述天线阵列子单元的信号进行移相，合并移相后的来自各个所述天线阵列子单元的信号，得到第一信号，所述第一信号对应的接收波束为旋转接收波束；所述旋转接收波束以发射/接收波束为转轴，围绕所述发射/接收波束以预设的角频率旋转；所述旋转接收波束形成单元和所述发射/接收波束形成单元相连接；

[0034] 所述接收信号功率计算单元，用于计算所述旋转接收波束旋转不同角度时各个所述第一信号的功率值；

[0035] 所述控制单元，用于根据所述功率值，调整发射/接收波束形成单元中发射/接收波束的指向，以相控阵天线对准，所述控制单元和所述发射/接收波束形成单元相连接。

[0036] 相控阵天线可通过馈电相位进行幅度和相位调整，形成所需形状的方向图，使WSN传输节点能与其相邻的WSN传输节点进行通信。优选的，还可以通过采用算法对信号进行处理，在接收端较远时，也能获得较好的信号质量。而且，相控阵天线辐射单元的数量多,当失效单元数在5％以下时对天线阵性能的影响不大，使本发明建立的的无线传感器网络具有可靠性较高的优点。

[0037] 可选的，当用电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集用户信息和/或远程抄表需数据。

[0038] 作为实施例，当用电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置包括用于采集远程抄表数据的多个无线抄表终端，所述无线抄表终端包括单片机、输入接口、输出接口、第一无线射频单元、第一电源管理单元，所述单片机分别与所述输入接口、输出接口、第一无线射频单元以及第一电源管理单元相连；所述WSN无线网络接收装置包括嵌入式CPU、外部存储器、相控阵天线、第二电源管理单元和外部接口单元，其中所述嵌入式CPU分别与外部存储器、相控阵天线、第二无线射频单元、第二电源管理单元和外部接口单元相连接；所述WSN无线网络接收装置通过相控阵天线接收无线抄表终端通过第一无线射频单元发送的信号。

[0039] 这里，WSN无线网络采集装置和WSN无线网络接收装置确定对应关系时，可直接进行指定，也可参照发射功率和信号有效传输距离等来进行对应

[0040] 可选的，当发电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集发电端的能耗和/或炼料储能信息。

[0041] 可选的，当输电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集输电线路线温度和/或气象条件信息。

[0042] 可选的，当变电或配电环节布置WSN无线网络采集装置时，所述WSN无线网络采集装置用于采集变电设备或配电设备的实时监控视频数据信息。

[0043] 所述系统在智能电网发电、输电、变电、配电、用电环节搭建无线传感网络，对发电端的能耗、炼料储能监控；并对输电端的线路监控、视频监控、导线温度、气象条件信息的采集；对变电站一、二次设备尤其是一次设备的巡检与监控；对配电设备实时监控；对于用电信息采集、远程抄表需求侧通信。

[0044] 对输电线路实时状态监测时，可以是对例如输电线路绝缘子漏电流、等值附盐密度、导线温度及动态增容、输电线覆冰雪、输电线舞动与输电线防盗报警进行监测。

[0045] 具体的，所述WSN无线网络采集节点可包括环境参数无线传感器节点、电流无线传感器节点、光无线传感器节点、压力无线传感器节点、位移无线传感器节点、加速度无线传感器节点和微波感应式无线传感器节点。所述环境参数包括温度、湿度、风向、风速、日照与雨量。

[0046] 本发明的基于无线传感器网络的智能电网信息管理方法，如图2所示，包括以下步骤：

[0047] 步骤S1:在智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节上形成若干WSN采集节点和与WSN采集节点相对应的若干WSN传输节点；

[0048] 步骤S2:通过WSN采集节点采集智能电网发电、输电、变电、配电和/或用电环节的监测信号，并将监测信号传输给该WSN采集节点对应的WSN传输节点；

[0049] 步骤S3:通过WSN传输节点的相控阵天线使发射波束和接收波束对准，以使WSN传输节点具有相同方向的波束，WSN传输节点能分别与其相邻的WSN传输节点进行通信；

[0050] 步骤S4:将WSN传输节点的信号直接或通过其他WSN传输节点接入中心控制平台。

[0051] 本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，本发明的方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。

[0052] 对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

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