基于自组网通信协议的电力综合管廊物联网监测系统设计

2022-11-08陶力宦钧刘兵胡婧额尔敦

电气自动化 2022年3期

陶力，宦钧，刘兵，胡婧，额尔敦

(1.内蒙古呼和浩特供电局，内蒙古呼和浩特 010000；2内蒙古电力信息通信分公司,内蒙古呼和浩特 010000)

0 引言

随着电力综合管廊物联网的不断扩大，电力综合管廊物联网作为电网的重要组成部分，通过地下电缆及电力管廊建设，进行电力综合管廊物联网监测和运维管理，解决电力综合管廊物联网故障发生率高和稳定性不好的问题[1]。DEPLUS微网具有超微功耗、实时传输、不惧环境恶劣、覆盖范围大、网状互联可靠、综合成本低、无流量费用、定位、实时感知和自我标识功能等物联网基本优势，保障电力综合管廊物联网运维管理能力，相关的电力综合管廊监测系统设计受到人们的极大关注。陈满[2]提出的城市电力综合管廊监控系统是保障管廊内机电设备正常运行的重要措施,提高了监测效率，但是该方法未对监测节点进行合理分配，导致监测效果不理想。杨涛等[3]设计了一种基于数据融合分析的地下综合管廊安全监测系统,对地下综合管廊的安全风险作出评估，系统加工完成后进行了现场试验，系统的视频显示及安全评估功能等完整，满足实际现场需求，但是该方法输出稳定性不理想。

针对上述问题，设计开发了一整套完整电力综合管廊物联网监测系统。

1 系统总体设计结构分析

为了实现电力综合管廊物联网监测系统的优化设计，建立电力综合管廊物联网监测系统的总体结构模型，并通过所设计的系统总体设计构架，优化分配物联网监测节点，为提高电力综合管廊物联网监测能力奠定基础。

结合总体设计构架分析和功能模块指标分析方法，建立电力综合管廊物联网监测系统的总体结构模型。本文设计的电力综合管廊物联网监测系统主要分为硬件模块、信号处理模块和网络通信软件模块三个模块。系统的总体设计结构模型如图1所示。

图1 电力综合管廊物联网监测系统的总体结构

电力综合管廊物联网监测系统的总体结构，在集成开发环境下进行电力综合管廊物联网监测系统的模块化设计。采用DSP信号处理器对电力综合管廊物联网监测传感信息进行融合处理，结合数据合并和信号处理技术，建立电力综合管廊物联网监测数据的信息特征提取模型和信号处理模块，通过上位机通信模块进行电力综合管廊物联网监测的人机交互控制。设计一套自主供电、独立通信的信息处理系统，以此进行信号集成处理和信息交互融合控制。电力综合管廊物联网监测系统的原理如图2所示。

图2 电力综合管廊物联网监测系统原理图

结合DEPLUS传感系统进行电力综合管廊物联网监测系统的开发设计。传感器控制模块主要采用DEPLUS多频段自组网和先进的物联网无线通信技术进行信息传输和数据通信。

如图3所示，数据处理模块主要采用多分布的传感基阵进行信息采集和数据融合处理[4]，再经过服务器处理，传送到服务器终端，以DEPLUS自组网为基础，设计一套能独立运行的在线监测系统设备，从而提升电缆和电力管廊数据处理和分析能力。通过电力综合管廊物联网监测和集成信号处理技术，提高电力综合管廊物联网监测能力。

图3 DEPLUS自组网拓扑结构图

2 传感信息信号分析和处理

运用DEPLUS自组网超微功耗通信协议技术实现电力综合管廊物联网监测的信息传输和自适应控制，构建DEPLUS自组网协议族结构，进行电力综合管廊物联网的模糊信息采集和信息融合，得到电力综合管廊物联网的传感信号识别结果为:

(1)

(2)

式中：j为电力综合管廊物联网信号输出调节因子。通过获取的电力综合管廊物联网监测的信息自适应控制模型，可以对电力综合管廊物联网监测和优化控制[5]，从而提高电力综合管廊物联网监测能力。

采用物联网连接通信网方式进行电力综合管廊物联网监测的组网设计，根据得到电力综合管廊物联网监测的分布式信息融合模型，对电力综合管廊物联网监测信号Zn(n为帧数)取离散时间序列，结合多层次的特征分解方法，进行电力综合管廊物联网的测井信号采样和重构[6]。结合波谱特征分析，得到电力综合管廊物联网监测的信号能量Em。

(3)

通过子带信号融合和特征提取方法，进行电力综合管廊物联网监测的信号集成处理，得到集成信号特征分布系数T。结合信号能量Em[7]，进行电力综合管廊物联网的信号重构为：

(4)

式中:cij为第i个因子当中j个二级因子所对应的物联网信号分布特征。

根据上述分析并结合模糊度采样和信号组合控制，实现对电力综合管廊物联网的信号特征提取和放大处理[8]。