输电线路维护使用感官数据采集节点通过会合

p . Senthil库马尔¹,r . Gowrishankar²

助理教授、ECE系Velalar工程与技术学院Tamilnadu,印度
UG的学生,ECE称,Velalar工程与技术学院Tamilnadu,印度

文摘

通过开发和实施各输电线路配电线路管理部门使用感官数据收集在无线通信移动下沉和发电站。概念的目的是提供不间断的负载从发电站到消费者;达到显著和直接改进可靠性,因此提高服务电力消费者。它指出故障发生区域动力室和行巡逻人员。可以发现故障定位故障发生后有效且高效地在载重线电流,防止盗窃。这个概念可以用于孤立的城市和农村地区承认错误在载重线的形成集群,集群头和会合在无线传感器网络节点。无线个域网和GSM通信技术被用于传感器网络的目的。故障指示器传感器用于载重线的故障分析和检索相关的参数。

关键字

RNs,海量存储系统(MSs)中,加载点

介绍

输电线路和配电系统扮演重要的角色在当前分发给消费者没有中断。调查表明,80%的consumerA¢年代服务中断是由于失败的分销网络。改善的可靠性分配,输电线路的感官数据收集是至关重要的。当前配电自动化系统包括变电站自动化、馈线自动化,自动抄表和自动的地理信息系统等等。但这个想法介绍了概念自动从电力输电线路监测。这个概念的特点是动力室人员或巡逻人员可以检索的参数数量的电流或电压水平在任何负载点。因此当前在载重线可以被盗窃。消费者的权力距离的房子是分为集群。这里一个负载代理点可以作为节点或集群基于能源消耗。

对于每个集群都有一个集群头从所有节点收集的数据。会合节点静止节点在需要时可以交流电源的房子。如果故障发生在任何节点自动更新的电站的错。传感器节点设备的故障和亲密感。关于错误的信息包括北极的位置和数量,变电站,什么样的故障是发生在输电线路。无线个域网技术是用于集群头之间的交流,各个节点和交会节点集群。GSM技术可以用来传播信息的动力室或移动站(女士)。行巡逻人员将有一个手持设备接收的数据对接。这里我们使用种技术评估集群中每个节点的能量消耗选举簇头。主要目标是意义上的错误的帮助下传感器和更新信息载重线参数,拓扑形成,簇头选举和交会节点的选择。

输电线路的损失

如果产生100兆瓦的发电厂,平均只有93兆瓦的能量会通过输电和配电系统。

平均为超高压输电线路损失= 1 - 2%和2 - 4%整体线路和变电站。

线损= 4 - 6%,平均分布。线损失峰值功率更高,可达10 - 15%由于更高的阻力和无功功率消耗。

JouleA¢A年代法律规定,能量损失电流的平方成正比;高电压减少电流,从而反过来减少电阻损失。线损失热量消散;热导体凹陷,这就是为什么输电线路有一定的热约束。

传感电站的故障

一个。类型的缺点:

一些错误发生的输电线路如图1所示。

B。故障检测和负载传感:

1。故障检测:

智能故障指示器和传感器可分为四个部分:负载传感模块,故障电流检测模块、Zigbee模块和微控制器单元(MCU)。Zigbee模块中使用的射频收发器芯片MRF24J40MB内部符合IEEE 802.15.4标准提供服务和传输范围4000罚球。中使用的微控制器MCU芯片PIC18LF4620这10 MIPS的性能特性,C编译器,优化RISC体系结构、硬件乘8 x 8单周期,更低的能耗在空闲状态,13日与10位ADC渠道分辨率和每秒100 k样本,SPI和I2C外设。故障检测模块由两个磁簧开关和报警了。磁簧开关具有较高和较低的额定中断电流,缩写为SW1 SW2,用于检测异常和正常电流分布的分支。一般来说,更高的额定分断电流设置大约额定短路电流,例如1000或600 a,分支分布,较低额定分断电流设置最低恢复当前像往常一样(12)。三个阶段可分为根据这两个磁簧开关的状态。一般阶段:如果当前分支,由智能监控故障指示器,小于额定分断电流的S1, S1仍将关闭(开路)和智能故障指示器在正常状态。注意,S2的状态可以忽略一般阶段。

破坏阶段:当分支电流超过额定分断电流的S1, S1将(短路)和故障发生在树枝上。故障条件将检测到的外部中断S1和MC模块的故障信息,包括分支数量和位置将被传输到后端处理系统由无线网络构建的Zigbee模块。MC也将使„报警勒达¢由于故障的电流检测模块。外部中断S2和故障指示器将返回修复阶段。

修复阶段:故障发生后,故障指示器将在修复阶段。而故障已经完全清除或分支部分已恢复的力量,分支电流将小于额定分断电流的S1和S2高于额定分断电流,将在S2。将检查条件的外部中断MC模块S2,然后被传输到后部处理系统。警报领导将关闭,提出智能故障指示器将回到一般的阶段。

2。负载感应传感器:

负载感应传感器是无线传感器表明负载在输电线路的数量。传感器安装点荷载作用下的输电线路。负载和距离的感知细节可以转发到微控制器使用无线个域网。单片机计算使用公式编程前以下参数。的参数是:

负载在kVA

长度在公里

累计负载kVA

时刻

调节常数(预定义的)

比例的电压调节。

导线的大小(预定义的)

3所示。公式:

时刻=长度*累积负荷[3]

电压调节=时刻*注册。常数[3]

下面的表显示了示例的计算。[3]L.T.线电压调整的比例应低于6%,H。T线应该是不到8%。

集群形成和RNs节点的选择

集群的数据是一个大型数据集的方法,分为集群规模较小的类似的数据集。在普通的无线网络,在传感器网络路由要么被从传感器节点到基站(许多)或从基站到传感器节点(一对多)。在传感器网络的路由因此可以分为三个大类,即直接传播,平面路由和基于集群路由。的主要问题推导基于集群路由算法是集群的形成。集群形成技术首次研究了数据挖掘和数据聚类的研究人员,主要的过程是把一组数据分成分区,这样的数据有相似的功能被分组在同一分区内。集群的形成技术,如模糊C-mean算法,K-mean算法,减法聚类算法,山法、遗传算法和粒子群优化应用程序的传感器网络延长网络寿命。然而,所有的这些方法都需要传感器的知识nodesA¢A地理位置可能在许多实际情况下不可用。

模糊C-MEAN算法:

模糊C-Mean (FCM)是一种允许一块数据的聚类方法属于两个或两个以上的集群。这个方法是由邓恩在1973年和1981年提高了Bezdek经常用于模式识别

选择一个初始模糊pseudo-partition,即。所有wi赋值;j

重复

计算每个集群使用的重心模糊分区

更新模糊分区,即。wi, j

直到重心不改变

1。优点:

给最好的结果重叠的数据集,然后相对更好的k - means算法。

与k - means,数据点必须只属于一个集群中心会员数据点分配到每个集群中心的数据点可以属于多个集群中心。

2。缺点:

先验的规范集群的数量。

较低的β值为代价得到更好的结果,但是更多的迭代的数量。

欧几里得距离措施可以不平等的潜在因素。

b . K-MEAN算法:

k - means聚类生成一个特定数量的分离、平面(无等级)集群。它是适合生成球状星团。k - means方法是数值,不受监督,不确定性和迭代。

1。k - means算法性能

总有K集群。

总有至少一项在每个集群。

集群是无等级和他们不重叠。

每一个成员的集群是接近其集群比其他集群因为亲密并不总是涉及集群的“中心”。

2。k - means算法过程:

数据集划分为K集群和数据点随机分配到集群的集群,大约相同数量的数据点。

为每个数据点:

计算每个集群的数据点的距离。

如果数据点是最接近自己的集群中,让它在什么地方。如果数据点没有接近自己的集群,集群移动到最接近。

重复上面的步骤,直到一个完整的通过所有的数据pointsA¢导致没有集群数据点从一个到另一个地方。此时,集群是稳定和聚类过程结束。

初始分区可以极大地影响最终的选择结果集群,inter-cluster和集群内距离和凝聚力。

3所示。优点:

与大量的变量,K - means可能计算速度比分层集群(如果K很小)。

k - means可能产生紧缩比层次聚类簇,尤其是球状星团。

4所示。缺点:

比较困难集群产生的质量(例如不同的初始分区或值K的影响结果)。

固定数量的集群可以让它很难预测K be.q什么

不工作与non-globular集群。

不同的初始分区可以导致不同的最终集群。它有助于重新运行程序使用相同的不同的K值,比较成果。

c . LEACH协议:

低能量的自适应聚类层次结构(“浸”)是一个tdma MAC协议结合聚类和一个简单的路由协议在无线传感器网络(网络)。浸出的目标是寻找低消费方式的能源集群中,提高无线传感器网络的寿命。浸出是一个分层的协议中,大多数节点传输数据集群,集群和总负责人和压缩数据,并将其转发给基站。每个节点使用一个随机算法在每一轮决定它是否会成为一个集群在这一轮。LEACH假定每个节点有一个无线电强大到足以直接到达基站或最近的簇头,但使用这台收音机在全功率会浪费能量。

集群节点,头不能再次成为集群头P, P是所需的百分比的簇头。此后,每个节点都有一个1 / P在每一轮成为簇头的概率。每一轮结束时,每个节点,这并不是一个簇头选择最接近集群头和加入集群。集群的头然后创建一个时间表集群的每个节点传输数据。

所有节点不集群头与集群通信TDMA方式,根据时间表由集群。他们使用所需要的最低能量达到集群,并且只需要保持他们的收音机在时间槽。浸出也使用CDMA,这样每个集群使用一组不同的CDMA代码,集群之间的干扰降到最低。

1。属性:

“基于集群的

随机选择簇头每轮旋转

通过TDMA通信完成簇头

集群成员自适应

数据聚合在集群

簇头与水槽或用户直接沟通

TDMA在集群

CDMA在集群

聚类算法[5]构造一个多大小的集群,每个集群的大小减少作为基站的簇头的距离增加。我们稍微修改算法的方法[5]建立的两个不同的大小取决于距离的CHs MSA¢s轨道。具体来说,SNs女士轨迹附近被分组在小尺寸的集群SNs位于远被分组。

集群的大附近的CHs女士轨迹通常是背负沉重的继电器流量来自网络的其他部分。通过维护这些CHs小的集群,CHs女士轨迹附近相对松了一口气从集群内部处理和通信任务,因此他们可以花费更多的能量传递国米集群RNs的流量。在初始化阶段,沿着固定的轨迹女士定期广播信标信号SNs在一个固定的功率。女士轨迹附近的所有节点接收信标消息,因此他们知道自己地区的集群将小尺寸的。然后,这些节点洪水信标消息到其他网络。的详细描述聚类算法(算法CH_ELECTION)执行正确的女士完成了第一次后,可以找到。集群阶段总结每个CH收益的选择合适的RN集群成员担任。正如在下一节中所讨论的,并不是每个RNs的CH可以找到这样一组。

RENDEZVOUS-BASED数据收集

RNs保证连接传感器的岛屿与MSs和权力的房子。因此,他们的选择很大程度上决定了网络的生命周期。RN躺在水槽旅行的范围及其位置取决于CH的位置和传感器领域关于水槽轨迹。合适的RNs是那些仍在MSA¢年代范围相对较长的时间,在相对较短的距离sinkA¢s轨道和有足够的能源供应。在实际部署中,指定数量的RNs介绍一个有趣的权衡:

大量的RNs意味着后者将争夺无线信道争用移动机器人出现在范围,从而导致较低的数据吞吐量和频繁的中断。少量的RNs意味着每个RN与一大群传感器相关联。因此,RNs继电器期间将频繁使用的数据,其能源消耗快,他们将可能经历缓冲区溢出。节约能源的直接雷竞技网页版接触数据收集有很大优势。然而,显著增加数据收集延迟因为sinksA¢低位移动速度。Rendezvous-based数据采集提出了实现贸易的能源消耗和时间延迟。传感器把测量传感器的子集称为会合点(RPs)种沟通;水槽绕在网络遇到rp和检索数据。石头剪刀的使用使水槽收集大量的数据一次没有旅行很长一段距离,从而大大减少数据收集延迟。相关的研究主要集中于RP选择。 Note that, since RPs are static, data dissemination to RPs is equivalent to data dissemination to static sinks, which has been intensively studied in traditional static WSN.

动态源路由

的动态源路由(域)是一种无线网状网络的路由协议。它类似于AODV的形式按需传输时计算机请求路由。然而,它使用源路由,而不是依赖于路由表在每个中间设备。确定源路线需要积累源和目的地之间的每个设备的地址在路由发现。积累的路径信息是发现数据包缓存节点处理途径。学习路径用于路由数据包。完成源路由,路由数据包包含每个设备的地址数据包将遍历。这可能会导致高开销长路径或大型地址,像IPv6。避免使用源路由、安全域可选流定义了一个id选项,允许将数据包转发在敌手的基础上。这个协议是真正基于源路由,路由信息维护(不断更新)在移动节点。 It has only two major phases, which are Route Discovery and Route Maintenance. Route Reply would only be generated if the message has reached the intended destination node (route record which is initially contained in Route Request would be inserted into the Route Reply). To return the Route Reply, the destination node must have a route to the source node. If the route is in the Destination Node's route cache, the route would be used. Otherwise, the node will reverse the route based on the route record in the Route Request message header (this requires that all links are symmetric). In the event of fatal transmission, the Route Maintenance Phase is initiated whereby the Route Error packets are generated at a node. The erroneous hop will be removed from the node's route cache; all routes containing the hop are truncated at that point. Again, the Route Discovery Phase is initiated to determine the most viable route. For information on other similar protocols, see the ad hoc routing protocol list Dynamic source routing protocol (DSR) is an on-demand protocol designed to restrict the bandwidth consumed by control packets in ad hoc wireless networks by eliminating the periodic table-update messages required in the table-driven approach. The major difference between this and the other ondemand routing protocols is that it is beacon-less and hence does not require periodic hello packet (beacon) transmissions, which are used by a node to inform its neighbours of its presence. The basic approach of this protocol (and all other on-demand routing protocols) during the route construction phase is to establish a route by flooding Route Request packets in the network. The destination node, on receiving a Route Request packet, responds by sending a Route Reply packet back to the source, which carries the route traversed by the Route Request packet received. Consider a source node that does not have a route to the destination. When it has data packets to be sent to that destination, it initiates a Route Request packet. This Route Request is flooded throughout the network. Each node, upon receiving a Route Request packet, rebroadcasts the packet to its neighbours if it has not forwarded it already, provided that the node is not the destination node and that the packetÃ¢ÂÂs time to live (TTL) counter has not been exceeded. Each Route Request carries a sequence number generated by the source node and the path it has traversed. A node, upon receiving a Route Request packet, checks the sequence number on the packet before forwarding it. The packet is forwarded only if it is not a duplicate Route Request. The sequence number on the packet is used to prevent loop formations and to avoid multiple transmissions of the same Route Request by an intermediate node that receives it through multiple paths. Thus, all nodes except the destination forward a Route Request packet during the route replies to the source node through the reverse path the Route Request packet had traversed. Nodes can also learn about the neighbouring routes traversed by data packets if operated in the promiscuous mode (the mode of operation in which a node can receive the packets that are neither broadcast nor addressed to itself). This route cache is also used during the route construction phase.

无线个域网的特点

网络应用程序的重点在内部IEEE 802.15.4 / Zigbee标准提供服务包括低功耗的特点,只需要两个主要模式(TX / Rx或睡眠),每个网络节点密度高,低成本和简单的实现。这些功能是通过以下特征:

2.4 ghz和868/915 MHz双重PHY模式。这代表了三个license-free乐队:2.4 -2.4835 GHz, 868 - 870 MHz和902 - 928 MHz通道的数量分配给每个频段都是固定在16(编号11 - 26),1(编号0)和10(编号1 - 10)。全世界适用更高的频带,降低乐队在北美,欧洲,澳大利亚和新西兰。

两种类型的调制技术。他们是直接序列扩频序列。启用一个新的网络只需要30 ms。通过使用BECON 200 kb / s的传输速率将会增加到1000 kb / s和传播范围的网络。

最大数据率允许为每个这些频段被固定为250 kbps @2.4 GHz, 40 kbps @ 915 MHz, 20 kbps @868 MHz

高吞吐量和低延迟低占空比应用程序(< 0.1%)

信道访问使用避碰的载波监听多路访问(CSMA - CA)

64位的寻址空间IEEE地址设备,65535年网络

50米的范围

完全可靠的“hand-shacked”数据传输协议。

不同的拓扑如下图所示:明星,对等网。

GSM技术

GSM的数字特性允许的数据传输(同步和异步)或从ISDN终端,虽然最基本的服务支持GSM电话。演讲本质上是模拟,是数字化。方法采用ISDN,当前电话系统多路复用语音线在高速树干和光纤线,是脉冲编码调制(PCM)。从一开始,规划者提供GSM想确保ISDN兼容性的服务,尽管实现标准的ISDN比特率为64 Kbit / s是难以实现,从而掩饰一些无线电连接的局限性。64 Kbit / s信号,虽然容易实现,包含大量冗余。自成立以来,GSM注定采用数字而不是模拟技术和在900 MHz频段。大多数GSM系统在900兆赫和1.8 GHz频段,除了在北美,他们在1.9 GHz乐队。GSM分割无线电频谱带宽的使用时间和频率的组合的时分多址(TDMA / FDMA)计划在其25兆赫频率范围,将它划分为124个载波频率(间距为200 KHz)。然后每个频率分为八个时段使用TDMA,和一个或多个载波频率分配给每个基站。基本单位的时间在这个TDMA方案被称为„破裂periodA¢和它持续女士(或大约15/26。 0.577 ms). Therefore the eight „time slotsÃ¢ÂÂ are actually „burst periodsÃ¢ÂÂ, which are grouped into a TDMA frame, which subsequently form the basic unit for the definition of logical channels. One physical channel is one burst period per TDMA frame.

沟通与权力的房子

RN节点频繁与权力的房子。图中显示了拓扑的基础设施。

会合节点可以与权力的房子或行巡逻石柱¢年代(MSs)。GSM技术用于RN和通信能力。

仿真结果

的仿真结果如下所示的图给这个概念。

图表显示了传感器设备的能源消耗:

结论

在这个概念检索和更新参数的负载功率的房子可以有效地识别盗窃电流和负载在输电线路中断。故障显示技术是有效地找出故障电流的巡逻人员在现场和纠正。集群的形成和交会节点延长传感器网络的寿命和沟通。

引用

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(Nadu生成和分配公司)- TANGEDCO
Charalampos Konstantopoulos, Grammati Pantziou,达Gavalas,阿里司提戴斯Mpitziopoulos,和basili Mamalis,会合——基于支持节能感官数据收集与移动下沉
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