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1、10申请公布号CN104135733A43申请公布日20141105CN104135733A21申请号201410379212522申请日20140805H04W16/18200901H04W84/1820090171申请人威胜电气有限公司地址410205湖南省湘潭市九华经济区富洲路98号九华服务大楼72发明人廖颖许健李颂文江林高意何姗74专利代理机构长沙永星专利商标事务所43001代理人周咏米中业54发明名称基于配电网微功率无线设备的自组网方法及系统57摘要本发明公开了一种基于配电网微功率无线设备的自组网方法及系统，包括带微功率无线通讯功能的故障指示器、带微功率无线通讯功能和GPRS通讯功能。
2、的采集终端以及主站。主站通过设备档案中的故障指示器和采集终端的GPS坐标计算出彼此之间的实际距离，将满足通讯距离条件的通讯路径按照信号强弱下发给微功率无线设备进行组网；采集终端和故障指示器通过微功率无线方式与自身收到的所述通讯路径上的设备通信，建立通信链路；通信链路是以采集终端为中心、向外以通讯距离为半径的辐射方式建立，直到组网链路的所有设备不存在新的下级设备。本发明无需人为干预，主站分析网络运行情况自动触发重新组网，使得设备安装维护简单，提高了系统的性价比。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图1页10申请公。
3、布号CN104135733ACN104135733A1/2页21一种基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，微功率无线设备包括带微功率无线通讯功能的故障指示器、带微功率无线通讯功能和GPRS通讯功能的采集终端，该方法包括如下步骤步骤一，在无任何运行数据的初始情况下，主站通过设备档案中的故障指示器和采集终端的GPS坐标计算出彼此之间的理论距离，将该理论距离加上由对应设备档案数据计算出的修正值得到实际距离，将满足通讯距离条件的通讯路径下发给微功率无线设备进行组网；步骤二，采集终端和故障指示器通过微功率无线方式与自身收到的所述通讯路径上的设备通信，建立通信链路；通信链路是以采集终端为中心、。
4、向外以通讯距离为半径的辐射方式建立；采集终端以自身为中心、以所述通讯距离为半径划分有效通讯范围，在该范围内与微功率无线设备通信；采集终端按照相对自身距离由近及远的顺序，依次保存能够建立微功率无线通信的下级通讯设备地址列表；分别以所述采集终端的下级通讯设备列表中的故障指示器为中心、以所述通讯距离为半径划分多个有效通讯范围，分别在自身的有效通讯范围内与微功率无线设备通信；采集终端的下级通讯设备列表中的故障指示器按照相对自身距离由近及远的顺序，依次将已经存在通信链路的设备保存到上级通讯设备地址列表，并依次将还不存在通信链路的设备保存到下级通讯设备地址列表；以此类推，再分别以所述故障指示器的下级通讯设。
5、备列表中的故障指示器为中心、以所述通讯距离为半径划分多个有效通讯范围，按照同样的方法，依次保存上级通讯设备地址列表和下级通讯设备地址列表；直到组网链路中的所有设备不存在未建立通信链路的下级通讯设备，组网完成。2根据权利要求1所述的基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，所述上级通讯设备地址列表和下级通讯设备地址列表是按照通讯情况优劣来排列，通讯情况最优的排在首位。3根据权利要求1所述的基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，所述故障指示器在与其通讯设备列表中最优通讯故障指示器连接不成功时，将按照所述通讯设备地址列表依次与列表中其余故障指示器建立通讯并自动更新通讯列表顺序直到。
6、成功建立连接，并将更新的所述通讯设备地址列表通过所述采集终端主动上报给主站。4根据权利要求1所述的基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，所述采集终端定时主动与所述故障指示器通讯，检查其管辖的各故障指示器是否正常工作，并将结果上报给主站；并将这样一个检查周期定义为故障指示器心跳周期。5根据权利要求1所述的基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，所述采集终端定时主动与主站通讯，告知主站当前终端工作正常；并将这样一个通讯周期定义为终端心跳周期。6根据权利要求4或5所述的基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，所述心跳周期是主站判断所有设备是否处于正常工作状态的依据；主。
7、站将超过所述心跳周期的设备标记为通讯异常设备。7根据权利要求1所述的基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，所权利要求书CN104135733A2/2页3述主站监测到线路中设备运行异常或者设备档案变化，则自动触发主站重新分析网络通讯情况，然后将过滤计算出新的通讯路径下发给微功率无线设备重新组网。8根据权利要求1所述的基于配电网微功率无线设备的自组网方法，其特征在于，所述修正值为人为调整海拔高度差异的因素产生的距离；若两个所述微功率无线设备间的海拔差额为H，二者间的理论距离为L，由勾股定理，二者之间的修正值为。9一种基于配电网微功率无线设备的组网系统，其特征在于，包括主站系统，还包括内。
8、置微功率无线模块的故障指示器、内置微功率无线模块和GPRS模块的采集终端；故障指示器其他故障指示器无线通信，故障指示器通过微功率无线方式与采集终端无线通信，采集终端通过GPRS方式与主站通信。10根据权利要求9所述的基于配电网微功率无线设备的组网系统，其特征在于，所述采集终端安装在低压侧，由低压侧提供稳定电源。权利要求书CN104135733A1/6页4基于配电网微功率无线设备的自组网方法及系统技术领域0001本发明涉及一种基于配电网微功率无线设备的自组网方法及系统。背景技术0002目前传统的实现方案中，一般由故障指示器、采集终端和系统主站构成。故障指示器与采集终端采用短距离无线点对点的通信方。
9、案，故障指示器之间不能互相通讯而只能上报给附近的采集终端，故障指示器采集到线路故障数据后传输给附近的采集终端。由于无线通讯距离限制，采集终端需要安装在故障指示器附近，这决定采集终端一般使用太阳能作为供电方式，并且一个采集终端只能采集附近的A、B、C三相线路上的3个故障指示器。采集终端接收到故障数据后通过GPRS发送给安装在电力机房的主站，主站解析故障数据得到应用数据提供给电力用户使用。电力用户设置故障指示器参数时，通过GPRS发送给采集终端，采集终端通过无线方式下发给附近对应的故障指示器。0003这种方案的通讯组网链路需要人为将指示器和终端通讯链路数据预先设置并保存，运行期间将严格按照预先设置。
10、的通讯链路方式传输数据。如果线路中有设备需要更换则必须重新设置通讯组网链路数据。0004传统的实现方案存在一些不足1、故障指示器只能与附近采集终端通讯，故障指示器互相之间不能通信和传递数据，需要大量采集终端设备收发故障指示器数据，增加GPRS通信费用和设备成本，整个系统性价比降低。而采集终端与故障指示器之间采用短距离无线方式，虽无需通讯费用但是具有通信距离短、受障碍物影响等缺陷。00052、需要人为预先设置组网链路数据，且组网链路无备用方案，运行期间严格按照组网链路通讯，遇到通讯阻塞将导致数据丢失，不能根据实际情况优化组网链路。00063、查找故障所在的分支和故障位置非常困难，延长了故障处理恢。
11、复时间，对线路和设备运行的安全性与可靠性极为不利。00074、需要预先设定通讯链路，当有设备增减或更换的时候也需要重新设定通讯链路，如果增加的故障指示器位置附近没有采集终端还需要另外安装采集终端。运维期间设备更换操作复杂，需要人为重新配置组网链路，增加维护工作量。发明内容0008本发明的目的是提供一种组网灵活、可靠高效且性价比高的基于配电网微功率无线设备的自组网方法及系统。0009本发明提供的这种基于配电网微功率无线设备的自组网方法，微功率无线设备包括带微功率无线通讯功能的故障指示器、带微功率无线通讯功能和GPRS通讯功能的采集终端，该方法包括如下步骤步骤一，在无任何运行数据的初始情况下，主站。
12、通过设备档案中的故障指示器和采集终端的GPS坐标计算出彼此之间的理论距离，将该理论距离加上由对应设备档案数据计算说明书CN104135733A2/6页5出的修正值得到实际距离，将满足通讯距离条件的通讯路径下发给微功率无线设备进行组网；步骤二，采集终端和故障指示器通过微功率无线方式与自身收到的所述通讯路径上的设备通信，建立通信链路；通信链路是以采集终端为中心、向外以通讯距离为半径的辐射方式建立；采集终端以自身为中心、以所述通讯距离为半径划分有效通讯范围，在该范围内与微功率无线设备通信；采集终端按照相对自身距离由近及远的顺序，依次保存能够建立微功率无线通信的下级通讯设备地址列表；分别以所述采集终端。
13、的下级通讯设备列表中的故障指示器为中心、以所述通讯距离为半径划分多个有效通讯范围，分别在自身的有效通讯范围内与微功率无线设备通信；采集终端的下级通讯设备列表中的故障指示器按照相对自身距离由近及远的顺序，依次将已经存在通信链路的设备保存到上级通讯设备地址列表，并依次将还不存在通信链路的设备保存到下级通讯设备地址列表；以此类推，再分别以所述故障指示器的下级通讯设备列表中的故障指示器为中心、以所述通讯距离为半径划分多个有效通讯范围，按照同样的方法，依次保存上级通讯设备地址列表和下级通讯设备地址列表；直到组网链路中的所有设备不存在未建立通信链路的下级通讯设备，组网完成。0010所述上级通讯设备地址列表。
14、和下级通讯设备地址列表是按照通讯情况优劣来排列，通讯情况最优的排在首位。0011所述故障指示器在与其通讯设备列表中最优通讯故障指示器连接不成功时，将按照所述通讯设备地址列表依次与列表中其余故障指示器建立通讯并自动更新通讯列表顺序直到成功建立连接，并将更新的所述通讯设备地址列表通过所述采集终端主动上报给主站。0012所述采集终端定时主动与所述故障指示器通讯，检查其管辖的各故障指示器是否正常工作，并将结果上报给主站；并将这样一个检查周期定义为故障指示器心跳周期。0013所述采集终端定时主动与主站通讯，告知主站当前终端工作正常；并将这样一个通讯周期定义为终端心跳周期。0014所述心跳周期是主站判断所。
15、有设备是否处于正常工作状态的依据；主站将超过所述心跳周期的设备标记为通讯异常设备。0015所述主站监测到线路中设备运行异常或者设备档案变化，则自动触发主站重新分析网络通讯情况，然后将过滤计算出新的通讯路径下发给微功率无线设备重新组网。0016所述修正值为人为调整海拔高度差异的因素产生的距离；若两个所述微功率无线设备间的海拔差额为H，二者间的理论距离为L，由勾股定理，二者之间的修正值为。0017一种基于配电网微功率无线设备的组网系统，包括主站系统，还包括内置微功率无线模块的故障指示器、内置微功率无线模块和GPRS模块的采集终端；故障指示器其他故障指示器无线通信，故障指示器通过微功率无线方式与采集。
16、终端无线通信，采集终端通过GPRS方式与主站通信。0018所述采集终端安装在低压侧，由低压侧提供稳定电源。说明书CN104135733A3/6页60019本发明通过带微功率通讯的故障指示器与采集终端之间通过主站综合分析实现自动组网通信。当有故障指示器损坏或者增减的情况下无需人为干预，主站分析网络运行情况自动触发重新组网，保持微功率无线设备能够正常与主站通讯，并持续优化当前微功率网络情况，它能够降低人力成本，使得设备安装维护简单。在经济方面，它降低了采集终端相对故障指示器的数量比例的同时还保障了整个系统通信的有效性和可靠性。随着采集终端数量的减少了，GPRS通讯费用亦大大降低，提高了本发明的性价。
17、比。0020针对传统实现方案的不足，本发明具有如下优势1、本发明的采集终端主要是起到通讯桥梁的作用，采集终端的减少不影响整体方案的性能，因此，本发明降低了设备成本和运行成本，提高整个系统的性价比。00212、本发明的通讯链路的建立灵活可变，一旦某故障指示器与采集终端通讯失败，该故障指示器可以通过附近的其它故障指示器作为中继传递数据至其他采集终端，由此提高了系统组网的可靠性及通信的有效性。00223、本发明的采集终端定时与其管辖的各故障指示器通信，并将结果上报至主站，采集终端自身也定时与主站通信，主站通过这些数据就能判断所有设备是否处于正常工作状态，由此可快速高效的找到组网系统内故障设备所在的分。
18、支和故障位置，大大缩减了查找故障的时间。00234、本发明通过主站综合分析故障指示器与采集终端的档案数据和日常运行数据，自动设置和优化组网链路,主站监测到线路设备增减或更换会自动触发重新组网，新增加的故障指示器附近即使无采集终端，也能通过相邻故障指示器作为中继实现通讯。这样能减少设备维护工作量，使得安装和维护更加简便。附图说明0024图1是本发明的微功率无线组网链路示意图。0025图2是本发明的系统与设备通讯示意图。具体实施方式0026现有的微功率无线通讯距离在空旷条件下能够达到1000米，通常通讯距离越近通讯信号就越好。基于此，本发明提出了一种基于该微功率无线通讯设备的自组网方法。0027本。
19、发明包括带微功率通讯的故障指示器、带微功率通讯的采集终端和主站。按照下面的步骤，本发明可进行自动组网。0028步骤一，在无任何运行数据的初始情况下，主站通过设备档案信息中的故障指示器和采集终端的GPS坐标计算出彼此之间的理论距离，将该理论距离加上由对应设备档案数据计算出的修正值得到实际距离，然后参考实际距离分析出设备之间通讯信号强弱，再将达到通讯条件的通讯路径按照信号强弱下发给微功率通讯设备进行通讯路径组网。0029这些设备间的实际距离不但跟GPS坐标有关系还与海拔高度等有关系，修正值为人为调整海拔高度差异的因素产生的距离。若两个所述微功率无线设备间的海拔差额为H，二者间的理论距离为L，由勾股。
20、定理，二者之间的修正值为。0030步骤二，采集终端和故障指示器通过微功率无线方式与自身收到的所述通讯路径上的设备通信，建立通信链路；通信链路是以采集终端为中心、向外以通讯距离为半径的辐说明书CN104135733A4/6页7射方式建立。采集终端只保存下级通讯设备地址列表，故障指示器保存上级通讯设备地址列表和下级通讯设备地址列表，并且该通信设备地址列表是按照通讯情况优劣来排列，通讯状况最优的排在最前，其通讯状况最差的排在最后。0031采集终端以自身为中心、以所述通讯距离为半径划分有效通讯范围，在该范围内与微功率无线设备通信；采集终端按照相对自身距离由近及远的顺序，依次保存能够建立微功率无线通信的。
21、下级通讯设备地址列表。0032分别以所述采集终端的下级通讯设备列表中的故障指示器为中心、以所述通讯距离为半径划分多个有效通讯范围，分别在自身的有效通讯范围内与微功率无线设备通信；采集终端的下级通讯设备列表中的故障指示器按照相对自身距离由近及远的顺序，依次将已经存在通信链路的设备保存到上级通讯设备地址列表，并依次将还不存在通信链路的设备保存到下级通讯设备地址列表；以此类推，再分别以所述故障指示器的下级通讯设备列表中的故障指示器为中心、以所述通讯距离为半径划分多个有效通讯范围，按照同样的方法，依次保存上级通讯设备地址列表和下级通讯设备地址列表；直到组网链路中的所有设备不存在未建立通信链路的下级通讯。
22、设备，组网完成。0033下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。0034如图1所示，因为主站档案记录了设备的GPS坐标数据，所以能够在平面坐标系中描绘出设备的安装位置。图1中，采集终端用矩形表示，故障指示器用小圆圈表示，微功率无线通讯范围用大圆圈表示。设置当前系统使用的通讯距离为1000米，默认每个故障指示器的距离修正值为0，如果某故障指示器修正距离不为0，则它实际通讯距离为1000加上修正值。0035实施例一图1所示范围内各微功率无线设备自组网。0036首先根据GPS坐标在坐标系中描绘出各个设备的位置，然后以采集终端0为中心、以通讯距离为半径绘制一个通讯范围圆；按照相对圆心距离近远，。
23、采集终端0依次保存当前设备潜在的下级通讯设备，采集终端0的下级通讯设备列表1为故障指示器A，故障指示器B。0037然后按照相对圆心距离由近及远循环下级通讯设备列表1，分别以当前故障指示器A、故障指示器B为中心，以通讯距离为半径绘制一个通讯范围圆，将圆内已经存在链路的设备按照相对圆心距离由近及远依次保存为潜在上级通讯设备，将圆内还不存在链路的设备按照相对圆心距离近远依次保存为潜在下级通讯设备。故障指示器A的上级通讯设备列表2为采集终端0，故障指示器B；其下级通讯设备列表3为故障指示器I。故障指示器B的上级通讯设备列表4为采集终端0，故障指示器A；其下级通讯设备列表5为故障指示器C，故障指示器G。。
24、0038按照相对圆心距离由近及远循环下级通讯设备列表3和下级通讯设备列表5，分别以当前故障指示器G、故障指示器C为中心，以通讯距离为半径绘制一个通讯范围圆，将圆内已经存在链路的设备按照相对圆心距离由近及远依次保存为潜在上级通讯设备，将圆内还不存在链路的设备按照相对圆心距离近远依次保存为潜在下级通讯设备。故障指示器G的上级通讯设备列表6为故障指示器B，故障指示器C；其下级通讯设备列表7为故障指示器H。故障指示器C的上级通讯设备列表8为故障指示器B，故障指示器G；其下级通说明书CN104135733A5/6页8讯设备列表9为故障指示器D。0039按照相对圆心距离由近及远循环下级通讯设备列表9，以当。
25、前故障指示器D为中心，以通讯距离为半径绘制一个通讯范围圆，将圆内已经存在链路的设备按照相对圆心距离由近及远依次保存为潜在上级通讯设备，将圆内还不存在链路的设备按照相对圆心距离近远依次保存为潜在下级通讯设备。故障指示器D的上级通讯设备列表10为故障指示器C；其下级通讯设备列表11为故障指示器E。0040按照相对1圆心距离由近及远循环下级通讯设备列表11，以当前故障指示器E为中心，以通讯距离为半径绘制一个通讯范围圆，将圆内已经存在链路的设备按照相对圆心距离由近及远依次保存为潜在上级通讯设备，将圆内还不存在链路的设备按照相对圆心距离近远依次保存为潜在下级通讯设备。故障指示器E的上级通讯设备列表12为。
26、故障指示器D；其下级通讯设备列表13为故障指示器F。0041至此，如图1所示区域内的组网链路中所有设备都不存在新的下级设备，标志组网完成。由此得到的组网链路数据中最优组网链路如下链路一0BCDEF；链路二0BGH；链路三0AI。0042实施例二图1所示区域内有两设备间通讯不上。0043假设故障指示器B和故障指示器C之间因为突然增加了遮挡物导致二者之间的通讯不畅。此时，故障指示器C发现能通过微功率无线方式与故障指示器G通讯，则故障指示器C将需要通讯的数据通过微功率无线方式经由故障指示器G传至故障指示器B，再由故障指示器B传给采集终端0，最终由采集终端0通过GPRS方式上报给主站。与此同时，故障指。
27、示器C更新自己的上级通讯设备地址列表为故障指示器G，并主动将这一更新后的上级通讯设备地址列表经由新的微功率无线通讯路径通过该采集终端0上报给主站。0044由于故障指示器需要依赖采集终端将数据上报给主站，所以组网链路是以采集终端为中心的向外以通讯距离为半径的辐射方式形成的。采集终端作为第零级设备，采集终端通讯距离内的所有指示器作为不同支线的第一级指示器，如图1中故障指示器A和故障指示器B。第一级指示器的链路潜在上级指示器为第零级终端（如图1中的采集终端0）和满足通讯距离条件的其他支线的第一级指示器。满足第一级指示器的通讯距离条件且不为第一级指示器的其余指示器作为第二级指示器，如图1中故障指示器I。
28、、故障指示器C和故障指示器G。第二级指示器的链路潜在上级指示器为满足距离条件的第一级指示器，依次类推，最终形成多条网络链路。0045本发明的采集终端会定时主动与所述故障指示器通讯，检查其管辖的各故障指示器是否正常工作，并将该检查结果上报给主站。本发明将这样一个检查周期定义为故障指示器心跳周期。0046采集终端还定时主动与主站通讯，告知主站当前终端工作正常。本发明将这样一个通讯周期定义为终端心跳周期。0047故障指示器的通讯设备地址列表发生变化时，也会通过采集终端主动将该更新后的通讯设备地址列表上报给主站。0048主站根据设备心跳周期数据判断所有设备是否处于正常工作状态，并将超过所述说明书CN1。
29、04135733A6/6页9心跳周期的设备标记为通讯异常设备。0049通讯异常设备可能是自身损坏的设备，或者与通讯对象间有遮挡物的设备。0050针对组网过程中会出现的一些突发状况，本发明有如下处理（1）故障指示器按照通讯信号的强弱保存理论上能够建立通讯的故障指示器列表地址。当故障指示器与最优通讯故障指示器连接不成功时，将按照通讯信号强弱依次与其余故障指示器建立通讯并自动更新通讯列表直到成功建立连接。0051（2）正常运行后，当主站监测到线路中设备通讯异常或者当线路中有设备更换或者增减时，主站根据设备运行情况和档案数据变化，自动重新分析网络通讯情况，重新计算出设备彼此之间满足通讯距离条件的组网信。
30、息，再将组网信息中涉及到变更设备的数据下发至微功率无线设备，重新组网。0052如图2所示，本发明包括带微功率通讯的故障指示器、带微功率通讯的采集终端和主站。0053本发明的故障指示器内置了微功率无线模块。故障指示器彼此之间可以通过微功率无线方式相互通讯和传递数据，并且按照通讯信号强弱存放了趋近采集终端方向所有可能通讯的上级组网链路地址列表。故障指示器根据保存的上级组网链路数据进行通讯，如果发现目前最优链路通讯不成功则自动依次与其它上级组网链路建立通讯，并自动更新上级组网链路地址列表。0054本发明的采集终端内置了微功率无线模块和GPRS模块，它通过微功率无线通讯能够管理多条分支路径下多级故障指。
31、示器，通过GPRS方式与主站通讯。0055本发明的主站根据设备档案和运行反馈数据自动生成组网链路数据发起设备组网，其记录了所有设备的GPS坐标等档案数据，并能根据故障指示器心跳周期和终端心跳周期判断所有设备是否处于正常工作状态，一旦监测到线路中设备运行异常或者设备档案变化则自动触发重新组网。0056以10KV配电网为例对本发明作进一步的说明。005710KV配电网是整个电网中规模最大、涉及面积最广的部分，它靠近居民负荷密集点，负荷功率和距离一般都不大，通常10KV配网线路长度为几十公里。如图2所示，故障指示器安装在10KV配网线路上，采集终端安装在低压侧，主站安装在机房。0058组网成功后，故障指示器监测到线路故障信息后以微功率无线方式发送给采集终端，或者通过靠近采集终端的相邻故障指示器互相传递直到传至采集终端，采集终端将微功率无线方式接收到的数据通过GPRS方式上传给主站，主站将故障信息解析后生成应用数据，用户通过客户端访问主站。同样主站可以通过GPRS下发数据给采集终端，采集终端收到数据后通过微功率无线下发给故障指示器。说明书CN104135733A1/1页10图1图2说明书附图CN104135733A10。