專利名稱：一種引流線舞動監測裝置和方法
技術領域：
發明關于電力系統中引流線舞動的監測技術，特別是關于引流線舞動的在線監測技術，具體是一種引流線舞動在線監測裝置及方法。
背景技術：
20世紀50年代以來，隨著輸電線路的發展、超高壓線路的廣泛興建，舞動事故日益頻繁。如2008年I月至2月，我國南方地區發生了罕見的大面積、長時間冰凍自然災害。我國中南部地區電網因冰災停運電力線路達36740條；因災停運變電站共2018座；110千伏至500千伏線路因災倒塔共8381基。其中，因導線發生舞動而導致變電設備損害，是這次電網受災嚴重的一個重要原因。導線舞動會使相鄰懸垂串產生劇烈擺動，兩端導線張力發生顯著變化，引起差頻荷載導致金具損壞、導線斷股、相間短路、桿塔傾斜或倒塌等嚴重事故。因此，對舞動的研究越來越受到人們的重視。 隨著信息技術的迅速發展，架空電力線路正逐漸采用無線監測系統實現對輸電線路運行狀態的監測。中國發明專利申請，公開號為CN101470013A的發明專利公開了一種對輸電線路舞動的監測方法，根據接收到的線路舞動加速度計算舞動參數，并生成舞動軌跡。但是，由于傳感器種類單一，僅用加速度信息對時間二次積分無法得到精確的舞動參數，而且監測對象針對整個輸電線路。作為輸電線路中的關鍵部分——引流線，因其自身弧垂大、拉伸力小等特點，相對于架空輸電線路更容易發生舞動。本發明首次使用加速度計和陀螺儀實時監測引流線三維舞動加速度和三維舞動角速度，通過無線傳輸和相關計算后，在遠程監控中心計算機實時顯示引流線舞動速度、舞動幅度和舞動頻率等參數，并動態再現引流線在三維空間中的舞動軌跡。

發明內容
針對目前引流線舞動監測裝置及方法的不足，本發明提供一種引流線舞動在線監測裝置及方法，以定量監測引流線舞動幅度、舞動速度和舞動頻率等參數，并動態再現引流線在三維空間中的舞動軌跡。本發明的目的之一是提供一種引流線舞動在線監測裝置，包括舞動在線監測前端、Zigbee通信模塊、通信控制主機、GPRS通信模塊、遠程監控中心及電源模塊等。其中舞動在線監測前端包括控制器單元、加速度計和陀螺儀，控制器單元用于采集并處理傳感器監測數據，加速度計用于監測引流線舞動監測點的三維舞動加速度，陀螺儀用于監測引流線舞動監測點的三維舞動角速度；Zigbee通信模塊用于舞動在線監測前端與通信控制主機之間雙向數據無線傳輸；GPRS通信模塊用于遠程監控中心和通信控制主機之間雙向數據無線傳輸；通信控制主機接收周圍各監測點的舞動監測數據，并進行現場數據存儲，同時根據遠程監控中心下發的控制指令，通過GPRS通信模塊將所需監測點的監測數據上傳至遠程監控中心；遠程監控中心用于接收舞動監測數據，進行分析計算后，實時顯示引流線舞動幅度、舞動速度和舞動頻率等參數，并動態再現引流線三維空間中的舞動軌跡；電源模塊采用太陽能取電方式，用于提供舞動在線監測前端、Zigbee通信模塊、通信控制主機和GPRS通信模塊工作所需電能。本發明的目的之二是提供一種引流線舞動在線監測方法，舞動在線監測前端在線監測到的引流線舞動參數，首先通過Zigbee通信模塊傳輸至通信控制主機，通信控制主機將數據存儲后，根據接收到的遠程監控中心指令將所需數據通過GPRS通信模塊傳輸至遠程監控中心，遠程監控中心使用所述方法對接收到的數據進行分析、計算，從而實時顯示引流線舞動幅度、舞動速度和舞動頻率等參數，并動態再現引流線三維空間中的舞動軌跡。所敘述的方法包括舞動起停時刻的確定、漂移誤差修正和參數分析計算三個步驟。其舞動起停時刻的確定過程如下根據大量數據采樣、分析獲取最小角速度向量ωιιι η = (ωχ,ηι η Wy,min Wz,min) ° 設定角速度向量閾值為 K = 1. 05 ω —,如果 CO i < K,且至少持續兩個采樣周期，則認為i時刻為前一舞動停止時刻，當> K時，則認為j時刻為當前舞動起始時刻，每監測出一次舞動起停時刻，計為一次舞動，每相鄰兩次舞動時間間隔計為舞動周期，其倒數為舞動頻率。其漂移誤差修正的過程如下選用ZUPT算法對漂移誤差進行修正，即每次舞動起始時刻，如果V不為零，則強制置為零，將因傳感器信號漂移等原因引起的誤差限制在單次采樣周期內，不會隨著積分的進行被連續放大。其參數分析計算的過程如下首先建立基坐標系和舞動坐標系，其中，基坐標系以大地作為參考，舞動坐標系以引流線上的傳感器測量軸作為參考。通過加速度計測得舞動坐標系中的三維加速度值，再根據旋轉變換矩陣計算得到基坐標系中的舞動加速度ay，az，計算式為
權利要求
1.一種引流線舞動在線監測裝置，其特征在于，所述的在線監測裝置包括舞動在線監測前端、Zigbee通信模塊、通信控制主機、GPRS通信模塊、遠程監控中心及電源模塊等， 所述的舞動在線監測前端，用于對引流線的三維舞動加速度和三維舞動角速度進行實時在線監測； 所述的Zigbee通信模塊，用于舞動在線監測前端和通信控制主機之間數據的雙向無線傳輸； 所述的通信控制主機，用于接收周圍各監測點的舞動監測數據，并進行現場數據存儲，同時根據遠程監控中心下發的控制指令，通過GPRS通信模塊將所需監測點的監測數據上傳至遠程監控中心； 所述的GPRS通信模塊，用于通信控制主機和遠程監控中心之間數據的雙向無線傳輸； 所述的遠程監控中心，用于接收舞動監測數據，進行分析計算后，實時顯示引流線舞動幅度、舞動速度和舞動頻率等參數，并動態再現引流線三維空間中的舞動軌跡； 所述的電源模塊選用太陽能取電方式，用于提供舞動在線監測前端、Zigbee通信模塊、通信控制主機和GPRS通信模塊工作所需電能。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的舞動在線監測前端包括控制器單元、加速度計和陀螺儀， 所述的控制器單元用于采集并處理各傳感器監測數據； 所述的加速度計用于對引流線舞動監測點的三維舞動加速度進行監測； 所述的陀螺儀用于對引流線舞動監測點的三維舞動角速度進行監測。
3.一種引流線舞動在線監測方法，其特征在于，所述的方法包括舞動起停時刻的確定、漂移誤差修正和參數分析計算三個步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，采用最小角速度向量法確定舞動起停時亥IJ，根據大量數據采樣、分析獲取最小角速度向《min= (ωχ,ω η, coy,min，ωζ,_)，設定角速度向量閾值為K= I. 05 Comin，如果CoiS K，且至少持續兩個采樣周期，則認為i時刻為前一舞動停止時刻，當> K時，則認為j時刻為當前舞動起始時刻，每監測出一次舞動起停時刻，計為一次舞動，每相鄰兩次舞動時間間隔計為舞動周期，其倒數為舞動頻率。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，選用ZUPT算法對漂移誤差進行修正，即每次舞動起始時刻，如果V不為零，則強制置為零，將因傳感器信號漂移等原因引起的誤差限制在單次采樣周期內，不會隨著積分的進行被連續放大。
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的參數分析計算如下 首先建立基坐標系和舞動坐標系，其中，基坐標系以大地作為參考，舞動坐標系以引流線上的傳感器測量軸作為參考，通過加速度計測得舞動坐標系中的加速度值，再根據旋轉變換矩陣計算得到基坐標系中的舞動加速度ax，ay，az，計算式為
全文摘要
本發明提供一種引流線舞動在線監測裝置和方法，所敘述的方法包括舞動在線監測前端對引流線最大弧垂點處的三維舞動加速度和三維舞動角速度進行實時在線監測；監測得到的數據通過Zigbee通信模塊傳輸至通信控制主機；通信控制主機接收各監測點的舞動監測數據，進行現場數據存儲，同時根據遠程監控中心下發的控制指令，通過GPRS通信模塊將所需監測點的監測數據上傳至遠程監控中心，遠程監控中心根據接收到的數據，分析計算后，實時顯示引流線舞動幅度、舞動速度和舞動頻率等參數，并動態再現引流線在三維空間中的舞動軌跡。
文檔編號G01D21/02GK102928012SQ201210365790
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者劉存根, 魯守銀, 王濤, 高煥兵, 隋首鋼, 黃曉萍 申請人:山東建筑大學