论文题目：无线传感网络研究及其在电力设备状态监测中的应用
摘要：近年来,我国智能电网发展迅速,电力系统的安全稳定运行关系到国民经济的健康发展和人民的稳定生活。随着状态监测技术的发展,电力设备的状态监测类型和先进的监测方法也越来越多,在智能电网发展现阶段,如何在变电站环节建立智能变电站信息监控,实现变电站设备管理和运行状态的全面监控引起了广泛关注。为解决现有电力设备状态监测系统存在的问题,本文利用红外热成像技术,现代通信技术及信息处理技术,设计并完成了变电站电力设备状态在线监测系统。该系统实现了对变电站设备状态及操作环境的实时监控,为变电站运行维护提供了辅助支持,提高了智能变电站的运行管理水平。主要研究内容如下:第一,基于变电站主要电力设备的在线监测项目分析,为实现对电力设备温度状态、变电站烟雾及温湿度环境的实时监测,设计了变电站电力设备状态监测系统,通过阐述分析验证系统的可行性及先进性。第二,针对传统电力设备温度状态监测方式存在的技术难题,选用在线式红外热成像仪实时采集所监测电力设备的温度数据,利用无线传输方式将实时温度信息发送到监控后台,围绕前端数据采集系统、传输网络、后台数据处理及显示模块,设计红外热成像在线监测系统。第三,通过对各图像处理算法的优缺点分析,选用中值滤波法降噪、基于灰度拉伸增强图像对比度及基于Canny算子实现图像边缘检测。利用Matlab编程设计了电力设备红外图像处理界面,实现红外热图像显示、红外图像灰度转换、红外图像处理及温度的读取功能,以此掌握设备的运行状态。最后,针对红外在线监测系统在封闭式电力设备监测方面存在的困难,综合对比各无线通信技术的优缺点,选用LoRa无线通信技术实现电力设备局部放电及变电站烟雾、温湿度状态的实时监测。围绕传感器采集模块、LoRa无线通信模块、微处理器模块以及电源模块的硬件电路,设计基于LoRa的在线监测系统,继而通过多节点之间的通信组网实验,验证了设计的合理及可行性。
关键词：状态监测;红外热成像;图像处理;LoRa无线通信;通信组网
学科专业：电气工程（专业学位）
摘要
abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 电力设备红外测温原理
1.3 无线通信技术的发展及应用
1.4 国内外研究现状
1.4.1 无线传感网络研究现状
1.4.2 变电站电力设备状态监测技术研究现状
1.4.3 电力设备在线状态监测
1.5 研究内容
2 变电站电力设备在线状态监测
2.1 变电站主要电力设备状态监测
2.1.1 变压器的在线监测
2.1.2 高压开关设备的在线监测
2.1.3 氧化锌避雷器的在线监测
2.1.4 电容型设备的在线监测
2.1.5 变电站环境的在线监测
2.2 变电站电力设备状态监测系统设计
2.2.1 系统功能需求
2.2.2 系统主要特征
2.2.3 系统框架设计
2.3 本章小结
3 红外热成像在线监测
3.1 红外测温的基本理论
3.1.1 红外辐射规律
3.1.2 红外诊断方法
3.2 红外热像仪
3.2.1 红外热像仪的功能特点
3.2.2 红外热像仪的组成
3.2.3 红外热像仪的选择
3.3 红外热成像监测系统的结构
3.3.1 系统的总体架构
3.3.2 系统的硬件组成
3.4 红外热图像处理与诊断
3.4.1 红外在线监测系统软件功能
3.4.2 红外图像灰度转换
3.4.3 红外图像噪声滤除
3.4.4 红外图像对比度增强
3.4.5 红外图像的边缘检测
3.4.6 红外图像的温度值显示
3.5 本章小结
4 基于LoRa的电力设备在线监测
4.1 LoRa无线通信技术
4.1.1 LoRa技术概述
4.1.2 LoRa数据包格式
4.1.3 Lo Ra WAN网络架构
4.2 无线监测系统整体方案设计
4.3 终端节点硬件设计
4.3.1 终端节点总体硬件结构
4.3.2 传感器采集模块
4.3.3 微处理器模块
4.3.4 LoRa无线通信模块
4.3.5 电源模块
4.4 网关节点硬件设计
4.4.1 网关节点总体硬件结构
4.4.2 微处理器模块
4.4.3 LoRa无线收发模块
4.4.4 电源模块
4.5 系统软件设计
4.5.1 终端节点软件设计
4.5.2 网关节点软件设计
4.6 实验测试
4.6.1 实验硬件设计
4.6.2 实验软件设计
4.6.3 实验结果及讨论
4.7 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢