基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)集成設(shè)計

謝露艷

（上海核工程研究設(shè)計院有限公司，上海 200233）

0 引言

結(jié)合電網(wǎng)的輸出電能指標進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計，建立電網(wǎng)的數(shù)字化信息管理模型，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和輸出質(zhì)量，提取電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的GIS大數(shù)據(jù)信息特征量，采用GIS智能信息調(diào)度方法進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的集成設(shè)計和信息智能化調(diào)度，根據(jù)GIS信息的挖掘結(jié)果進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)集成設(shè)計，相關(guān)的移交系統(tǒng)集成設(shè)計方法研究受到人們的極大關(guān)注[1]。

傳統(tǒng)方法中，對電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的設(shè)計主要通過采用電網(wǎng)線性規(guī)劃算法，根據(jù)電網(wǎng)節(jié)點的輸出信息特征量進行智能集成信息管理和調(diào)度，結(jié)合GIS大數(shù)據(jù)信息融合方法，實現(xiàn)電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)設(shè)計，肖思明提出基于虛擬現(xiàn)實交互的電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交方法，建立電網(wǎng)運行風(fēng)險管理的灰色模型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，但該系統(tǒng)的設(shè)計集成性不好。曾祥龍?zhí)岢鲆环N基于非線性統(tǒng)計信息分析的電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)集成設(shè)計方法，構(gòu)建電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的關(guān)聯(lián)因子，實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)集成設(shè)計，但該方法的計算開銷較大，關(guān)聯(lián)度不高。針對上述問題，本文提出基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)集成設(shè)計方法，構(gòu)建電網(wǎng)工程數(shù)字化信息采樣模型，采用GIS地理信息參數(shù)進行電網(wǎng)工程數(shù)字化信息融合和特征挖掘，根據(jù)電能質(zhì)量評估標準進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的健康指數(shù)評價體系設(shè)計，以等級劃分標準為依據(jù)進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的GIS信息調(diào)度優(yōu)化。在總線控制協(xié)議下進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的分散控制設(shè)計，基于ADSP21160處理器進行系統(tǒng)集成電路設(shè)計。最后進行實驗分析，展示了本文方法在提高電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交集成控制方面的優(yōu)越性能。

1 電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交總體設(shè)計

為了實現(xiàn)電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)集成設(shè)計，首先進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)建，基于GIS技術(shù)進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的自動編譯軟件開發(fā)設(shè)計，采用DSP和邏輯PLC進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的總線模塊設(shè)計和GIS地理信息處理，構(gòu)建基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的底層硬件結(jié)構(gòu)，采用AD電路進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的原始信息采集[2]，采集電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)GIS信息主要有配電網(wǎng)的健康指數(shù)信息、輸出功率增益信息、電能損耗信息以及負載開銷信息等?；贕IS技術(shù)進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的邏輯判斷和模糊識別，在執(zhí)行機構(gòu)中進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交控制指令輸入性測試，建立電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的信息采集模塊和嵌入式控制模塊，在控制執(zhí)行終端實現(xiàn)電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的高精度信息采樣和邏輯控制，根據(jù)上述設(shè)計原理，構(gòu)建電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)圖1的總體設(shè)計構(gòu)架，采用程序加載和交叉編譯方法進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的程序交叉編譯設(shè)計，將控制質(zhì)量加載到應(yīng)用程序中，實現(xiàn)電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的時鐘采樣和有源晶振控制[3]，采用ISA/EISA/Micro Channel擴充總線加載電網(wǎng)工程數(shù)字化指令，依據(jù)離散分布控制精準識別與編譯電網(wǎng)工程，核心處理器為邏輯ADSP-BF537，可以提高系統(tǒng)整體控制性。

2 GIS信息處理算法設(shè)計

2.1 電網(wǎng)工程數(shù)字化信息采樣模型

結(jié)合大數(shù)據(jù)融合法實現(xiàn)電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的GIS信息調(diào)度，采用DC/DC模塊進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息融合和大數(shù)據(jù)為挖掘，對采集的數(shù)據(jù)輸入到電網(wǎng)集成移交系統(tǒng)中實現(xiàn)信號放大和濾波，采用頻率分量特征分解方法進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息采樣，得到設(shè)計的電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息采集模型如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息采集模型

根據(jù)圖2的信息采集模型，從大數(shù)據(jù)挖掘的角度分析電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的統(tǒng)計特征量，得到在嵌入式環(huán)境下電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的特征分解模型描述為：

2.2 電網(wǎng)工程數(shù)字化信息融合和特征挖掘

計算輸出健康指數(shù)并確定健康等級，提取嵌入式電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)規(guī)則信息，對電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息采用時頻分析方法進行特征擬合，得到嵌入式電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的階躍式傳輸函數(shù)為：

對電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息每個頻域的輸出特征量求得頻譜信息，表示為：

計算表征健康狀態(tài)的關(guān)鍵特征量，得到端電壓峰值x（t）的連續(xù)關(guān)聯(lián)特征分量為：

其中i=1，2，…，n，根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的電氣性能、理化性能、機械性能，在發(fā)電功率突變下進行嵌入式電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息調(diào)度，最小關(guān)鍵特征量集為：

在低信噪比條件下，計算配電設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵振蕩分量，電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的特征分辨參數(shù)為：

根據(jù)對電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的特征識別結(jié)果，使用嵌入式設(shè)計方法，進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的GIS信息融合調(diào)度。

2.3 健康指數(shù)評價體系設(shè)計

其中NI、NR和NS分別表示電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的控制器參數(shù)、設(shè)備特征量權(quán)重以及納容量[4]。依據(jù)灰色分析進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的灰色關(guān)聯(lián)特征量調(diào)度，為：

綜上分析，依據(jù)等級劃分標準，優(yōu)化調(diào)度電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計。

3 系統(tǒng)的硬件集成設(shè)計

在上述算法設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的集成設(shè)計，依據(jù)ARM系統(tǒng)，遠程傳輸與控制移交系統(tǒng)，依據(jù)JTAG調(diào)試接口轉(zhuǎn)換移交控制指令，通過高速數(shù)字信號處理器進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交自動控制程序處理，在總線控制協(xié)議下進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的分散控制設(shè)計，基于ADSP21160處理器進行系統(tǒng)集成電路設(shè)計，設(shè)計的系統(tǒng)分為信息輸入模塊、控制模塊、存儲以及輸出轉(zhuǎn)換模塊。采用PPI延時計數(shù)寄存器和VIX總線實現(xiàn)移交系統(tǒng)的信息采樣和輸入可控制，讀取0x00字節(jié)控制指令集，引導(dǎo)ROM配置電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的傳感器，得到信息輸入模塊設(shè)計電路如圖3所示。

圖3 信息輸入模塊

控制模塊是整個電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的核心[5]，采用ADSP-BF537BBC-5A實現(xiàn)集成總線設(shè)計，控制器理論依據(jù)為MAC層交互協(xié)議，得到控制模塊電路如圖4所示。

圖4 控制模塊電路設(shè)計

通過工業(yè)標準級的六線同步串口實現(xiàn)電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的PCI總線設(shè)計和信息存儲器模塊設(shè)計，采用LCDDMA、LPC3600進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計的安全配置，綜上分析，系統(tǒng)的集成設(shè)計如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)集成設(shè)計

4 實驗測試分析

對電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交系統(tǒng)的測試采用Matlab和Simulink嵌入式測試方法，對GIS信息的采樣頻率設(shè)定為200KHz，利用RTC（Real-time counter）作為內(nèi)部晶振進行電網(wǎng)工程數(shù)字化AD信息采樣，采樣周期為15，干擾強度為-12dB，基波分量為2.59，極化誤差設(shè)定為2.1%，根據(jù)上述仿真參量設(shè)定，測試電網(wǎng)工程的視極化率和電阻率，得到測試結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 視極化率測試

圖7 視電阻率測試

由圖6、圖7可以看出，本文方法信息管理的穩(wěn)定性較好，極化誤差較低，視電阻率的輸出穩(wěn)定程度較高，有效提高了電網(wǎng)輸出的指標質(zhì)量，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性較好。

5 結(jié)語

進行電網(wǎng)的信息化管理，結(jié)合電網(wǎng)的輸出電能指標進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計，建立電網(wǎng)的數(shù)字化信息管理模型，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和輸出質(zhì)量，本文采用GIS地理信息參數(shù)，融合挖掘數(shù)字化信息，根據(jù)電能質(zhì)量評估標準進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交的健康指數(shù)評價體系設(shè)計，采用灰色分析方法，進行電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計移交GIS信息的灰色關(guān)聯(lián)特征量調(diào)度。并實現(xiàn)了對系統(tǒng)的硬件集成設(shè)計，研究得知，設(shè)計系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，輸出電網(wǎng)參數(shù)指標的收斂性較好。