[发明专利]一种电力开关柜在线监测系统及其监测方法

权利要求书

1.一种电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述系统包括开关柜、无线传感器节点、无线能量传输装置和监控中心；所述无线传感器节点安装于开关柜中易发热部位，所述无线能量传输装置安装于开关柜的仪表室或开关柜外部，所述无线能量传输装置通过GPRS或光纤与监控中心进行数据交互。

2.如权利要求1所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，在所述开关柜的发热位置安装无线传感器节点；所述无线传感器节点包括RF能量收集模块、传感器模块和微控制器模块；所述RF能量收集模块通过DC/DC升压电路为传感器模块和微控制器模块供电。

3.如权利要求2所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述RF能量收集模块包括阻抗匹配网络、超级电容、整流电路和DC/DC升压电路；所述阻抗匹配网络、整流电路和DC/DC升压电路依次连接；所述超级电容与DC/DC升压电路双向连接。

4.如权利要求3所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述RF能量收集模块利用天线接收无线能量传输装置发送的电磁波能量，并通过阻抗匹配网络和整流电路将其转换为低压直流电源；所述DC/DC升压电路将不低于20mV的直流电源升压至传感器模块和微控制器模块的工作电压；所述天线为弹簧天线或PCB印制天线；

当RF能量收集模块输出电压达到预设值的93%时，向微控制器模块输出PGOOD信号，同时对超级电容进行充电；当收集的射频能量无法维持DC/DC升压电路正常工作时，超级电容开始放电，并通过DC/DC升压电路为传感器模块与微控制器模块供电。

5.如权利要求2所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述传感器模块包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于将开关柜中发热无线传感器节点的温度信号转换为温度模拟电压信号；所述湿度传感器用于将环境湿度信号转换为湿度模拟电压信号，所述温度模拟电压信号和湿度模拟电压信号传输至微控制器模块。

6.如权利要求2所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述微控制器模块包括依次连接的无线收发器、CPU和模数转换器ADC；

所述微控制器模块定时启动模数转换器ADC将温度模拟电压信号和湿度模拟电压信号转换为数字信号，并通过无线收发器将数字信号发送给无线能量传输装置。

7.如权利要求1所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述无线能量传输装置包括微处理器、无线收发器、无线发射电路、功率放大器、GPRS模块/光纤以太网接口、LCD显示屏和平板天线；

所述无线收发器、GPRS模块/光纤以太网接口和LCD显示屏分别与微处理器连接；所述无线收发器通过功率放大器连接无线发射电路和平板天线；

所述微处理器用于为无线传感器节点提供射频能量并采集实时温、湿度数据；本地显示及告警；配置无线传感器节点的参数；接收并执行监控中心的命令，上传监测数据。

8.如权利要求1所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述无线能量传输装置由仪表室或开关柜外部提供的交流电源或蓄电池供电；

所述无线能量传输装置发射的信号频段为2.4GHz，与无线传感器节点采用IEEE802.15.4协议进行通信，并通过密钥进行认证。

9.如权利要求1所述的电力开关柜在线监测系统，其特征在于，所述监控中心由变电站主站构成。

10.一种电力开关柜在线监测系统的监测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

（1）无线能量传输装置上电并初始化后，向开关柜中的无线传感器节点发送射频能量，并等待其复位应答信号；

（2）所述无线传感器节点利用RF能量收集模块将电磁波能量转换为电能，并为传感器模块和微控制器模块供电；

（3）所述无线传感器节点上电后，向无线能量传输装置发送复位应答信号，同时提供无线传感器节点的ID号；

（4）无线能量传输装置接收到无线传感器节点发送的数据后，利用LCD显示屏进行本地显示，并将数据上传到监控中心，同时提供报警功能。

11.如权利要求10所述的监测方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在DC/DC升压电路输出端与负载之间设置延时开关电路，用于防止微控制器模块启动后由于工作电流的增大将供电电压拉低。

12.如权利要求10所述的监测方法，其特征在于，所述步骤（3）中，无线传感器节点的工作状态包括：轮询状态、发送状态、接收状态和休眠状态；

当无线传感器节点上电后，初始化程序设置轮询、发送、接收三种状态的工作周期，并利用微控制器模块内部的定时器来轮流调度、切换工作状态；当无线传感器节点闲置时进入休眠状态，并允许定制器中断唤醒器件；

在轮询状态，微控制器模块定时采集并处理发热无线传感器节点温度信号和环境湿度信号，每次持续时间为0-1000微秒；

在发送状态，无线传感器节点定时将采集的数据加密后上传到无线能量传输装置，每次持续时间为0-10毫秒；

在接收状态，无线传感器节点采用定时监听方式接收数据包，每次持续时间为0-10毫秒。