一种用于配电网监测的分布式馈线自动化系统，该系统包括无线传感器网络模块、同步模块、数据处理模块和多个执行模块；同步模块向无线传感器网络模块发送同步时钟信息；无线传感器网络模块采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，根据接收到的同步时钟信息确定实时数据的时标信息，以及将匹配的实时数据和时标信息发送给数据处理模块；数据处理模块根据实时数据和时标信息确定所述配电网是否存在安全隐患以及存在安全隐患时的故障位置，并根据故障位置信息发送指令至执行模块。本发明提供的系统，通过无线传感器网络模块对配电网中的各个线路的不同位置进行监测，提高了该系统的检测能力，增强了系统的坚固性。
1.一种用于配电网监测的分布式馈线自动化系统，其特征是：包括无线传感器网络模块、同步模块、数据处理模块和设置在各条线路不同位置处的多个执行模块；
所述同步模块，用于向所述无线传感器网络模块发送同步时钟信息；
所述无线传感器网络模块，用于采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，根据接收到的所述同步时钟信息确定所述实时数据的时标信息，以及通过公共移动通信网络将匹配的所述实时数据和所述时标信息发送给所述数据处理模块；
所述数据处理模块，用于根据所述实时数据和所述时标信息确定所述配电网是否存在安全隐患以及存在安全隐患时的故障位置，并根据其故障位置信息发送指令至相应的执行模块；
所述执行模块根据接收到的指令，对故障位置所在的区域进行隔离，当故障排除后，还用于对隔离的区域恢复供电操作；
所述无线传感器网络模块包括多个传感器节点和基站，多个所述传感器节点采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，并将所述实时数据发送至所述基站，所述基站汇聚各个传感器节点发送的实时数据并转发至所述数据处理模块；
多个所述传感器节点构成一个分簇结构的无线传感器网络；
所述传感器节点分为簇头节点和簇成员节点，所述簇成员节点用于采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，并将采集的实时数据发送至所属簇的簇头节点，所述簇头节点用于将自身采集的实时数据以及接收的簇内的簇成员节点的实时数据转发至所述基站；
(2)对N个临时簇头节点进行筛选，具体为：利用下式计算任意两个临时簇头节点m、n之间的相关系数，若相关系数大于设定的阈值，则将其中一个能量较小的临时簇头节点恢复为簇成员节点：式中，R(m,n)为临时簇头节点m和临时簇头节点n之间的相似度值， 分别为临时簇头节点m、n的初始能量值，Em、En分别为临时簇头节点m、n的当前剩余能量值，SNRm、SNRn分别为临时簇头节点m、n的当前信噪比，d(m,Q)为临时簇头节点m与所述基站Q之间的距离，d(n,Q)为临时簇头节点n与所述基站Q之间的距离,d(m,n)为临时簇头节点m与临时簇头节点n之间的距离,θ1、θ2为预设的权重系数，且满足θ1+θ2＝1；
(3)将仍是临时簇头节点的传感器节点作为所述无线传感器网络的簇头节点，成为簇头节点的传感器节点进行成簇广播，传感器节点选择与之通信距离最近的簇头节点进行加簇，成为簇成员节点。
2.根据权利要求1所述的分布式馈线自动化系统，其特征是，所述同步模块包括北斗卫星导航系统、全球定位系统、伽利略卫星导航系统和格洛纳斯卫星导航系统中的至少一个；
所述公共移动通信网络包括全球移动通信网络、通用分组无线服务技术网络和时分同步码分多址接入网络。
3.根据权利要求1所述的分布式馈线自动化系统，其特征是，所述实时数据包括电压信号、电流信号、位置信息和时间信息。
4.根据权利要求1所述的分布式馈线自动化系统，其特征是，所述数据处理模块包括故障检测单元和故障诊断单元；
所述故障检测单元，用于根据所述实时数据和所述时标信息确定所述配电网是否存在安全隐患，若存在安全隐患，则触发所述故障诊断单元开始工作；
所述故障诊断单元，用于根据安全隐患下的实时数据和时标信息确定故障位置，并根据其故障位置信息发送指令至相应的执行模块。
5.根据权利要求4所述的分布式馈线自动化系统，其特征是，多个所述执行模块能够实时进行信息交互；
所述故障隔离单元，用于根据接收到的指令对故障位置所在的区域进行隔离；
所述故障恢复单元，用于当故障排除后，对隔离的区域恢复供电操作。
6.根据权利要求5所述的分布式馈线自动化系统，其特征是，所述数据处理模块还包括数据存储单元，所述数据存储单元与所述故障检测单元连接，所述数据存储单元用于存储配电网正常运行时的配电网线路中各个位置处的电压取值范围、电流取值范围。
7.根据权利要求6所述的分布式馈线自动化系统，其特征是，所述根据所述实时数据和所述时标信息确定所述配电网是否存在安全隐患，具体地，如果同一位置处，采集的电压信号不在配电网正常运行时的电压取值范围内，则存在安全隐患；
如果同一位置处，采集的电流信号不在配电网正常运行时的电流取值范围内，则存在安全隐患。
一种用于配电网监测的分布式馈线自动化系统
技术领域
[0001] 本发明涉及配电网监控技术领域，具体涉及一种用于配电网监测的分布式馈线自动化系统。
背景技术
[0002] 配电网是电力系统实现优化供电，合理分配电能，控制和保障用户用电质量的重要环节。配电网安全可靠地运行对于实现优化供电，合理分配电能，控制和保障用户用电质量有着十分重要的意义。配电网的实时监测可实现了解配电网的运行状况，这对配电网安全可靠运行是十分关键的。
[0003] 随着社会的不断发展，配电网的负荷日益增长，用户对供电质量和可靠性要求越来越高。但是，现有的配电网监测系统并不能准确地监测配电网是的一系列信息，使得配电网发生故障时不能及时准确地发现和处理，影响了人们的生产生活，由此带来了重要的经济损失。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明提供一种用于配电网监测的分布式馈线自动化系统。
[0005] 本发明的目的采用以下技术方案来实现：
[0006] 一种用于配电网监测的分布式馈线自动化系统，该系统包括无线传感器网络模块、同步模块、数据处理模块和设置在各条线路不同位置处的多个执行模块；同步模块，用于向无线传感器网络模块发送同步时钟信息；无线传感器网络模块，用于采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，根据接收到的同步时钟信息确定实时数据的时标信息，以及通过公共移动通信网络将匹配的实时数据和时标信息发送给数据处理模块；数据处理模块，用于根据实时数据和时标信息确定配电网是否存在安全隐患以及存在安全隐患时的故障位置，并根据其故障位置信息发送指令至相应的执行模块；执行模块根据接收到的指令，对故障位置所在的区域进行隔离，当故障排除后，还用于对隔离的区域恢复供电操作。
[0007] 有益效果：本发明提供的系统，通过无线传感器网络模块对配电网中的各个线路的不同位置进行监测，提高了该系统的检测能力，通过公共移动通信网络将监测获取到的数据传输到数据处理模块，提高了传输效率，增强了系统的坚固性。
附图说明
[0008] 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。
[0009] 图1是本发明分布式馈线自动化系统的框架示意图；
[0010] 图2是本发明数据处理模块的框架结构图；
[0011] 图3是本发明执行模块的框架结构图。
[0012] 附图标记：无线传感器网络模块1；同步模块2；数据处理模块3；执行模块4；故障检测单元31；故障诊断单元32；数据存储单元33；故障隔离单元41；故障恢复单元42。
具体实施方式
[0013] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0014] 参见图1，一种用于配电网监测的分布式馈线自动化系统，该系统包括无线传感器网络模块1、同步模块2、数据处理模块3和设置在各条线路不同位置处的多个执行模块4；同步模块2，用于向无线传感器网络模块发送同步时钟信息；无线传感器网络模块1，用于采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，根据接收到的同步时钟信息确定实时数据的时标信息，以及通过公共移动通信网络将匹配的实时数据和时标信息发送给数据处理模块3；数据处理模块3，用于根据实时数据和时标信息确定配电网是否存在安全隐患以及存在安全隐患时的故障位置，并根据其故障位置信息发送指令至相应的执行模块4；执行模块4根据接收到的指令，对故障位置所在的区域进行隔离，当故障排除后，还用于对隔离的区域恢复供电操作。
[0015] 有益效果：本发明提供的系统，通过无线传感器网络模块1对配电网中的各个线路的不同位置进行监测，提高了该系统的检测能力，通过公共移动通信网络将监测获取到的数据传输到数据处理模块，提高了传输效率，增强了系统的坚固性。
[0016] 优选地，同步模块2包括北斗卫星导航系统、全球定位系统、伽利略卫星导航系统和格洛纳斯卫星导航系统中的至少一个。
[0017] 公共移动通信网络包括全球移动通信网络、通用分组无线服务技术网络和时分同步码分多址接入网络。
[0018] 优选地，实时数据包括电压信号、电流信号、位置信息和时间信息。
[0019] 优选地，参见图2，数据处理模块3包括故障检测单元31和故障诊断单元32；
[0020] 故障检测单元31，用于根据实时数据和时标信息确定配电网是否存在安全隐患，若存在安全隐患，则触发故障诊断单元开始工作；
[0021] 故障诊断单元32，用于根据安全隐患下的实时数据和时标信息确定故障位置，并根据其故障位置信息发送指令至相应的执行模块4。
[0022] 优选地，参见图3，多个执行模块4能够实时进行信息交互，获取配电网中其他执行模块4的工作状态。
[0023] 执行模块4包括故障隔离单元41和故障恢复单元42；
[0024] 故障隔离单元41，用于根据故障点位置对相应故障点进行隔离；
[0025] 故障恢复单元42，用于当故障排除后，对隔离的区域恢复供电操作。
[0026] 优选地，数据处理模块3还包括数据存储单元33，数据存储单元33与故障检测单元31连接，数据存储单元用于存储配电网正常运行时的配电网线路中各个位置处的电压取值范围、电流取值范围。
[0027] 优选地，根据实时数据和时标信息确定配电网是否存在安全隐患，具体地，如果同一位置处，采集的电压信号不在配电网正常运行时的电压取值范围内，则存在安全隐患；
[0028] 和/或，
[0029] 如果同一位置处，采集的电流信号不在配电网正常运行时的电流取值范围内，则存在安全隐患。
[0030] 优选地，无线传感器网络模块1包括多个传感器节点和基站，多个所述传感器节点采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，并将所述实时数据发送至所述基站，所述基站汇聚各个传感器节点发送的实时数据并转发至数据处理模块3；
[0031] 优选地，多个所述传感器节点构成一个分簇结构的无线传感器网络；
[0032] 所述传感器节点分为簇头节点和簇成员节点，所述簇成员节点用于采集配电网的各条线路不同位置的实时数据，并将采集的实时数据发送至所属簇的簇头节点，所述簇头节点用于将自身采集的实时数据以及接收的簇内的簇成员节点的实时数据转发至所述基站
[0033] 在簇形成时，通过选举的方式确定簇头节点，具体是：
[0034] (1)从传感器节点中确定N个临时簇头节点；
[0035] (2)对N个临时簇头节点进行筛选，具体为：利用下式计算任意两个临时簇头节点m、n之间的相关系数，若相关系数大于设定的阈值，则将其中一个能量较小的临时簇头节点恢复为簇成员节点：
[0036]
[0037] 式中，R(m,n)为临时簇头节点m和临时簇头节点n之间的相关系数， 分别为临时簇头节点m、n的初始能量值，Em、En分别为临时簇头节点m、n的当前剩余能量值，SNRm、SNRn分别为临时簇头节点m、n的当前信噪比，Q为基站，d(m,Q)为临时簇头节点m与基站Q之间的距离，d(n,Q)为临时簇头节点n与基站Q之间的距离,d(m,n)为临时簇头节点m与临时簇头节点n之间的距离,θ1、θ2为预设的权重系数，且满足θ1+θ2＝1；
[0038] (3)将仍是临时簇头节点的传感器节点作为无线传感器网络的簇头节点，成为簇头节点的传感器节点进行成簇广播，传感器节点选择与之通信距离最近的簇头节点进行加簇，成为簇成员节点。
[0039] 有益效果：在进行分簇时，由于传感器节点过于密集，很有可能出现簇头节点过于密集的情况，通过将计算任意两个临时簇头节点之间的相关系数与设定的阈值进行比较，进而完成筛选，且在进行筛选时，不仅考虑了两个临时簇头节点的当前剩余能量值、当前信噪比的影响，而且考虑了距离因素的影响，该算法避免了簇头节点过密情况的发生，使得到的分簇结构更加合理，而且在确认簇头节点时，始终选择剩余能量值最大的临时簇头节点作为最终的簇头节点，这更有利于网络能量均衡，提高了整个系统的稳定性。
[0040] 优选地，从传感器节点中确定N个临时簇头节点，具体为：
[0041] (1)将配电网区域随机划分为N个区域；
[0042] (2)针对每个区域内的传感器节点，根据自定义的优选函数计算传感器节点成为临时簇头节点的优选值；
[0043]
[0044] 式中，B(i)为传感器节点i成为临时簇头节点的优选值，Ri表示传感器节点i的通信半径，S表示跟传感器节点i位于同一区域内的传感器节点个数，d(i,s)示传感器节点i与传感器节点s的距离，d(i,Q)表示传感器节点i与基站Q的距离，Ei表示传感器节点i的当前剩余能量值，Es表示传感器节点s的当前剩余能量值，Di表示传感器节点i的网络连通度，Ds表示传感器节点s的网络连通度，γ1、γ2和γ3为权重系数，且满足γ1+γ2+γ3＝1；
[0045] (3)针对每个区域，选择每个区域内最大的优选值的传感器节点作为临时簇头节点。
[0046] 有益效果：选择将配电网区域划分为多个区域，针对每个区域，计算每个区域内所有传感器节点成为临时簇头节点的优选值，在求解传感器节点成为临时簇头节点的优选值时，考虑了传感器节点i与其他在同一区域内的传感器节点之间的距离、传感器节点i与基站Q之间的距离、传感器节点当前剩余能量值以及网络连通度的因素的影响，该做法提高了分簇的合理性，使得剩余能量较大的传感器节点成为临时簇头节点，有效的均衡整个网络的能耗，延长网络的生命周期。
[0047] 优选地，完成分簇之后。定期对簇头节点进行检测，若簇头节点当前剩余能量值低于设定的能量阈值时，选择该簇头节点的簇内的信誉值最大的簇成员节点作为新的簇头节点，其中，簇成员节点h的信誉值的计算公式为：
[0048]
[0049] 式中，F(h)表示簇成员节点h的信誉值，g表示簇成员节点h所在的簇，Dh表示簇成员节点h到其所在簇的中心位置的距离，Ng表示该簇内簇成员节点个数，Area为该簇的面积，Dg表示该簇内的所有簇成员节点到该簇的中心位置的距离之和，Eres(h)表示簇成员节点h的当前能量剩余值，Eres(n)表示簇成员节点n的当前能量剩余值，b、c、ω1为权重系数，且0＜ω1＜1。
[0050] 有益效果：当进行簇头节点检测时，簇头节点的当前剩余能量低于设定的能量阈值时，通过计算其簇内其他簇成员节点的信誉值，选择信誉值最大的簇成员节点作为新的簇首，该算法考虑了簇成员节点的当前剩余能量值和簇成员节点到所在簇的簇中心位置的距离因素的影响，不仅使得剩余能量较大的簇成员节点成为新的簇头节点，而且也保证了数据传播路径的简洁性，降低了在进行数据传输时的能量消耗，延长了该无线传感器网络的生命周期。同时在对簇头节点进行筛选时，通过计算成为簇头节点的信誉值来选择簇首，在对簇头节点进行更换时，设置一个退出簇首的能量阈值，这样能保证节点在担任簇首期间能够完成较多次的数据传输工作，避免频繁更换簇头带来的网络“抖动”现象，降低了无线传感器网络的能量消耗。
[0051] 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。
