一种适用于输电线路全程覆盖的通信组网及信息传输方法与流程

本发明涉及电力数据监测，具体为一种适用于输电线路全程覆盖的通信组网及信息传输方法。

背景技术：

1、输电线路是电力系统的命脉，对电网的安全、稳定运行和电能输送质量产生重要影响，加强对输电线路的运维管理工作非常必要。随着社会和经济发展对电力供应质量的要求日益提升，输电线路运维管理工作也在不断向信息化和智能化发展。近年来，越来越多的电力企业开展了输电线路远程在线监测的尝试，通过多种方式获取输电线路多维度信息，并将这些信息作为电网规划设计、科学调度、运行维护等工作的依据。例如：通过输电线路监测系统实时获取线路在各种工作模式如：发热、垂度变化等、各种气象条件下如：风激励振动、舞动、覆冰等的运行工况，或者各种突发事件如：地质灾害、事故、人为破坏等时线路沿线的现场状况；通过远程通信手段支撑无人机巡线操作；基建工程实施过程中通过摄像头对施工队伍进行远程管理等。为了支撑以上工作开展，必须先解决一个基础问题，即如何实现输电线路现场信息实时回传。可选的方案有两大类，一是使用电信运营商的公网，二是建立电力通信专网。

2、目前，最常见的解决方案是使用电信运营商的公网进行远程通信，例如使用运营商4g、5g网络完成信息传送。这种方式技术成熟，系统建设周期短、结构简单、建设投资小，但也存在一些难以克服的缺点，主要包括：

3、1、覆盖范围受限：公网主要部署在人口稠密地区，一般无法覆盖输电线路全程。特别是在输电走廊区域，此类问题更为突出，一些长距离线路的大量区段处于无公网信号区域。

4、2、可靠性偏低：公网本身的可靠性不能完全满足输电线路监测工作的要求，例如：在发生自然灾害时常出现通信中断或拥塞情况，无法为此类重要时段的输电线路运维工作提供有效通信支撑。

5、3、使用成本偏高：公网提供的是付费服务，如果对输电线路开展全覆盖、大规模、长周期监测，使用成本巨大。

6、4、网络管理困难：电力企业无法对公网直接进行管理，一旦监控系统需要进行改造或者出现故障，必须与公网运营商协调解决，处理问题的时间无法保证，对电力系统安全运行造成影响。

7、鉴于以上原因，采用建立电力通信专网的方案近年来逐渐受到更多重视。例如：为了解决公网覆盖范围受限的问题，部分电网企业采用“公网+专网相结合”的方式实现输电线路监测信息传输。主要方法为：在输电线路铁塔与公网基站之间建设电力专用通信网络，将偏远铁塔上的监测信息延伸到附近的公网基站，再通过公网传给后方监测中心工作人员。但是，由于输电线路是长链状结构，此类电力通信专网通常采用无线接力传输的工作方式，这种方法并未完全摆脱对公网的依赖，且随着接力转发跳数的增加，信息传输的延时、可靠性和数据传输带宽等指标会出现显著下降，因此难以实现对长距离线路的全程监测。根据截至目前可查询到的信息，实际工程中采用无线接力转发的最大跳数约为40跳，覆盖的输电线路长度约100公里。超出此范围，采这种通信组网方式将面临极大困难。

8、综上，建立能够完整覆盖输电线路走廊电力专用通信网成为一个较优的选择。其中的核心难点在于采用何种技术体制构建通信网络，实现信息高效、可靠传输。截至目前，行业内对此问题还没有一个完整、成熟的解决方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的通信网组无法实现完整覆盖输电线路走廊电力的问题，一种适用于输电线路全程覆盖的通信组网及信息传输方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种适用于输电线路全程覆盖的通信组网，包括设置在高压输电线路延线的若干的一类铁塔和若干的二类铁塔，所述一类铁塔和二类铁塔上均设置有无线通信设备，无线通信设备之间组成无线自组织网络；

4、所述二类铁塔上还设置有光通信设备，每个二类铁塔上的光通信设备和无线通信设备相互连接，各级二类铁塔上的光通信设备之间构成链状拓扑的光网络；

5、所述光通信设备包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、光开关矩阵、第一光传输模块、第二光传输模块、外部数据接口、数据处理单元、控制模块和电源模块；

6、所述第一接口与上游通信节点输入光纤连接；所述第二接口与上游通信节点输出光纤连接；所述第三接口与下游通信节点输出光纤连接；所述第四接口与下游通信节点输入光纤连接；

7、所述第一接口、第二接口、第三接口和第四接口均通过光开关矩阵连接；

8、所述第一光传输模块连接第二接口；

9、所述第二光传输模块连接第四接口；

10、所述第一光传输模块和第二光传输模块均与外部数据接口、数据处理单元和控制模块连接；

11、所述电源模块连接光开关矩阵、第一光传输模块、第二光传输模块、外部数据接口、数据处理单元和控制模块，用于为整个光通信设备提供电能。

12、优选地，所述二类铁塔设置有光缆接续盒。

13、优选地，所述光通信设备之间采用抗多点失效路径快速重构技术构成链状拓扑的光网。

14、优选地，相邻二类铁塔之间的距离为10～30km。

15、优选地，所述光通信设备之间通过opgw相互连接构成链状拓扑的光网络。

16、优选地，所述第一光传输模块和第二光传输模块为1000mbps的单模光模块。

17、进一步地，所述数据处理单元包括微处理器、存储器和信号处理电路；所述信号处理电路将采集的数据信息进行信号处理并存储在存储器内，微处理器对存储器内的数据信息进行分析判断并作出数据处理，将处理结果发送至控制模块。

18、进一步地，所述外部数据接口包括以太网接口、wifi接口、rs-485和rs-422接口中的一种或多种。

19、进一步地，所述电源模块包括太阳能阵列、电源控制器和蓄电池，所述太阳能阵列接收太阳光并将光能转换为电能储存至蓄电池；所述电源控制器与太阳能阵列和蓄电池连接，用于控制太阳能阵列对蓄电池的充电，以及蓄电池对负载的供电。

20、本发明还提供一种利用上述通信组网进行监测信息传输的方法，包括：

21、将监测信息收集并通过各级一类铁塔上的无线通信设备进行接力转发；

22、将无线通信设备接力转发后的监测信息由二类铁塔无线通信设备转至对应的光通信设备上；

23、在光通信设备独立组网条件下分三种模式：

24、模式一，当本节点的光通信设备为转发模式时：则在本节点的第一接口与第二接口建立链接，将第三接口与第四接口建立链接；

25、当本节点接收信号时，经过本节点的第一光传输模块进行光电变换后，提供给数据处理单元进行处理；

26、本节点发送信号时，由本节点的数据处理单元将数据提供给第二光传输模块进行光电转换后，将光信号发送至下游节点上的光通信设备，直至将信号转发至监测中心；

27、模式二，当本节点的光通信设备为旁路模式时，本节点的光通信设备故障失效：则在本节点的第一接口与第四接口之间建立连接，使得上游线路光纤上传来的光信号直接发送至下游节点上的光通信设备进行接力转发，直至将信号转发至监测中心；

28、模式三，当本节点的光通信设备为终端模式时：本节点的光通信设备自身是数据发起的源头，则在第一接口与第二接口之间建立联系，在第三接口与第四接口之间建立连接，将本节点的光通信设备产生的数据以及外部数据接口接收到的数据传送给本节点的数据处理单元进行数据处理，将数据发送到上游节点或下游节点进行接力转发，直至将信号转发至监测中心；

29、当连接光通信设备的光缆故障时，本节点光通信设备的工作模式改变为迂回模式：

30、则将光缆故障上游的光通信设备输出的信号传送至与光缆故障上游的光通信设备对应连接的无线通信设备，使无线通信设备将信号进行接力转发至光缆故障下游的光通信设备进行信号转发，直至将信号转发至监测中心。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、本发明一种适用于输电线路全程覆盖的通信组网，包括设置在高压输电线路延线的若干的一类铁塔和若干的二类铁塔，以及设置在各级铁塔上的无线通信设备和光通信设备，无线通信设备之间组成无线自组织网络，光通信设备之间构成链状拓扑的光网络；通过光通讯设备结构的设置，实现了无线加光纤平面自组织网络的架构，实现上、下游通信节点的信息传递、数据处理及工作模式的自动调节，该结构可有效对抗链状拓扑的多点故障威胁，具有很强的健壮性且组网方式灵活，运维管理可控，长期使用成本低，显著减少数据接力转发次数和总传输延时，可靠性高，故障率低，可提供面向用户的各种应用服务，实现对高压输电线路电线走廊区域的全覆盖，不依赖公网传输，安全性、可靠性和稳定化性更好，同时，一类铁塔和二类铁塔完全可以依赖于现有电力通信系统建设的铁塔，无需增设新的铁塔，通信系统改造成本低，部署方便，运维管理可控，运行成本低，且高耸的铁塔以及几乎无遮挡的视线传播环境，为无线传输提供绝佳条件，保留无线传输的灵活部署优势的同时，发挥光设备长距离传输的优势，易于实现，技术风险低，为实现输电线路全程覆盖提供方向，是通信技术领域先进性技术。

33、所述二类铁塔设置有光缆接续盒，便于实现对光通信设备。

34、所述光通信设备之间采用抗多点失效路径快速重构技术构成链状拓扑的光网，采用该技术可实现当某个光节点即光通信设备故障时，相邻的光节点可以获知该节点的故障状态，在发送信息时可越过故障节点，将信息直接发送到两跳或更多跳之外的其他光节点，以防止部分节点故障导致整个系统失效。

35、相邻二类铁塔之间的距离为10～30km，可更好地保证无线通信设备的稳定性和高效性，在最优输送范围内将监测信息接送至光通信设备。

36、光通信设备之间通过光纤复合架空地线相互连接构成链状拓扑的光网络，有效利用输电线路特有的opgw光缆资源，充分发挥无线设备灵活部署以及光设备长距离传输的优势，显著减少数据接力转发次数和总传输延时，有利于实现对输电线路全程覆盖。

37、所述第一光传输模块和第二光传输模块为1000mbps的单模光模块，光传输模块的技术发展成熟，已经在信息网络设备中大量使用，可以轻松实现百公里级的长距离传输，且发送光功率极低，运行成本低，适合应用在长距离输电线路监测场景。

38、所述数据处理单元包括微处理器、存储器和信号处理电路，实现了将采集的数据信息进行信号处理并存储，数据信息的分析判断及处理，并根据处理结果做出相应的应对机制。

39、所述外部数据接口包括以太网接口和/或wifi接口，便于接入无线通信设备。

40、所述电源模块包括太阳能阵列、电源控制器和蓄电池，可实现对通信设备的持续性供电，稳定性好，且节能环保。

41、本发明还提供一种利用上述通信组网进行监测信息传输的方法，该方法通过将监测信息收集并通过各级一类铁塔上的无线通信设备进行接力转发；然后将无线通信设备接力转发后的监测信息由二类铁塔无线通信设备转至对应的光通信设备上；最后通过光通信设备将接收的监测信息接力输出至下游光通信设备，直至将监测信息传送至监测中心，该方法在不依赖公网的前提下，充分发挥无线通信的灵活性和光通信的长距离稳定传输的优势，便于运维管理，组网方式灵活，运维成本低。