手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀研制

何文中 李棟楠 衡壯壯 喬銘銘 蘭倩

摘? 要：在新時(shí)代下，傳統(tǒng)變電站已經(jīng)不能滿足時(shí)代發(fā)展的要求了，智能變電站才是當(dāng)前我國電力市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，其中的運(yùn)維內(nèi)容和功能都能滿足我國電力發(fā)展的要求。由于智能變電站中的硬件和軟件比較多，為了保證其合理性，要對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀進(jìn)行研制，主要應(yīng)用先進(jìn)的運(yùn)維調(diào)試設(shè)備對(duì)其進(jìn)行研制，加強(qiáng)SV和GOOSE發(fā)送和接收監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)在其中的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，保證智能變電站的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：手持式? 智能變電站? 圖形化校驗(yàn)儀? 研制

中圖分類號(hào)：TP391.4 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）02（c）-0029-03

Development of Portable Intelligent Substation Graphic Calibrator

HE Wenzhong? LI Dongnan? HENG Zhuangzhuang? QIAO Mingming? LAN Qian

（State Grid Puyang Power Supply Company， Puyang， Henan Province， 457000 China）

Abstract： In the new era， the traditional substation can no longer meet the requirements of the development of the times. Intelligent substation is the current development trend of China's power market， and its operation and maintenance content and functions can meet the requirements of China's power development. Due to the more hardware and software in the intelligent substation， in order to ensure its rationality， it is necessary to develop the handheld intelligent substation graphic calibrator， mainly using advanced operation and maintenance debugging equipment to develop it， and strengthen the effective application of SV and goose sending and receiving monitoring and other technologies， so as to realize on-site debugging and ensure the safe operation of intelligent substation.

Key Words： Hand held; Intelligent substation; Graphic calibrator; Development

由于手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀具有現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)等多種優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)智能變電站的實(shí)際運(yùn)維情況，或者是其中的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，所以相關(guān)的技術(shù)人員對(duì)這種設(shè)備進(jìn)行了研究，豐富了其中的功能。此外，這種校驗(yàn)儀還具有小巧和攜帶方便等優(yōu)勢(shì)?；诖?，本文對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行了研究，希望可以為智能變電站的安全運(yùn)行提供保障。

1? 手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀研制的重要性

這種儀器是智能變電站中的主要設(shè)備，它屬于數(shù)字電能表校驗(yàn)儀。技術(shù)人員在對(duì)該校驗(yàn)儀的組成部分和作用原理進(jìn)行分析的時(shí)候，主要采用含有光纖通信接口作為其中的主控部分，手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀在實(shí)際工作中的有效應(yīng)用，能夠通過PC/104總線和雙端口RAM，對(duì)同儀器的A/D模塊與D/A模塊有效連接，主要目的是發(fā)揮校驗(yàn)儀的模擬量信號(hào)采集等多種功能。同時(shí)，這種儀器的數(shù)字分量輸出功能還可以對(duì)電能脈沖中的信號(hào)和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效接收，然后通過FPGA芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)和數(shù)據(jù)信息的發(fā)送，主要是為了增強(qiáng)校驗(yàn)儀的抗干擾能力[1]。

在對(duì)其電能計(jì)量部分進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中主要包括了對(duì)頻率和無功功率等重要內(nèi)容的測(cè)量。在對(duì)頻率進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，要采用傅里葉變換理論等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)其中數(shù)據(jù)信息的有效計(jì)算，只有這樣才能提高儀器的測(cè)量精度，避免出現(xiàn)誤差。

同時(shí)，技術(shù)人員如果要對(duì)有功功率進(jìn)行測(cè)量，要按照具體的要求采用頻率修正算法，主要是根據(jù)不同頻率范圍合理使用不同的修正系數(shù)，只有這樣才能夠讓測(cè)量的精度更加準(zhǔn)確。最后，在對(duì)無功功率進(jìn)行測(cè)量的過程中，首先要將所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)希爾伯特的變換，然后再結(jié)合頻率移相算法的方式，對(duì)其進(jìn)行測(cè)，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)精度的有效校驗(yàn)，加強(qiáng)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀在實(shí)際過程中的有效應(yīng)用，從而為我國電力事業(yè)在社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展提供基礎(chǔ)。

2? 國外研究現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字處理芯片制造水平也得到了明顯提高，在智能變電站中得到了有效應(yīng)用，這種技術(shù)在各種智能設(shè)備校驗(yàn)儀研制中的應(yīng)用，在提高制造水平的同時(shí)，還完善了制造方案。它可以輔以高性能的CPU對(duì)數(shù)字技術(shù)對(duì)其進(jìn)行采樣處理。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還可以應(yīng)用太網(wǎng)技術(shù)，對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀進(jìn)行研制，主要作用是提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，保障?shù)字電能表校驗(yàn)儀在智能變電站中應(yīng)用的有效性。

國外對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行了研究，大部分供應(yīng)商將其中的研究重點(diǎn)放在了對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀的研制上，其中的測(cè)試結(jié)果可以說電力設(shè)備廠家在改善設(shè)備技術(shù)的主要參考數(shù)據(jù)。

例如，ABB公司作為自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中的主要廠商，為了保障各種電力設(shè)備應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性，OMICRI礬公為手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀的創(chuàng)新和各種數(shù)據(jù)的測(cè)試提供了診斷和解決的方案。尤其是在智能變電站測(cè)試中，為了保證這種測(cè)試過程的安全性，加強(qiáng)它在新產(chǎn)品鑒定中的有效實(shí)施，滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，只有這樣才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站系統(tǒng)的有效測(cè)試[2]。

國外的一些電力設(shè)備公司還設(shè)置了一些先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室，主要對(duì)智能變電站中的各個(gè)部分進(jìn)行模擬，其中的主要內(nèi)容有斷路器和互感器等，整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容和方法都是比較復(fù)雜的，所以目前只有SIEMENS和ABB公司的全系列裝置能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)體系的要求。其他的電力設(shè)備企業(yè)還沒有完整的測(cè)試系統(tǒng)，其中大部分的公司也只能做部分設(shè)備，相關(guān)的技術(shù)人員還需要對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀進(jìn)行深入研究。

3? 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

由于智能變電站體系中的各系統(tǒng)本身就比較復(fù)雜，其中所涉及內(nèi)容和方面也非常的廣泛，所以我國目前所應(yīng)用的智能變電站技術(shù)設(shè)計(jì)和測(cè)試手段并不能滿足智能變電站的實(shí)際要求。因此，在此背景下，國內(nèi)中的相關(guān)學(xué)者對(duì)lEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了完善，對(duì)智能變電站的整體應(yīng)用水平進(jìn)行了分析，與國外進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)存在一定的差距，大多數(shù)的研究還停留在對(duì)IEC61850體系本身的認(rèn)識(shí)層面，并沒有對(duì)此設(shè)備的有效應(yīng)用。

部分實(shí)驗(yàn)都集中在變電站層與間隔層設(shè)備之間，嚴(yán)重影響了對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀某些特定功能的合理性。我國在理論方法上對(duì)廣東電網(wǎng)公司中的設(shè)備和電力儀器進(jìn)行了分析和研究，發(fā)現(xiàn)雖然其中的電力設(shè)備都得到了更新，但是由于起步比較晚，數(shù)字電能表中的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)并沒有得到完善。

如，星龍科技公司的數(shù)字電能表校驗(yàn)儀還是在深圳市政府扶持下研制出來的，這說明國內(nèi)在對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀研制的過程中還存在一定的不足?；诖?，相關(guān)的學(xué)者要在智能變電站實(shí)際的運(yùn)行的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合數(shù)字電能表的研制標(biāo)準(zhǔn)，不斷優(yōu)化手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀的功能。進(jìn)而提高其運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)通信報(bào)文等過程。

4? 硬件設(shè)計(jì)

4.1 需求分析

可以說手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀是保證實(shí)現(xiàn)智能變電站中信息有效傳送的基礎(chǔ)，更是實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文捕獲和分析的關(guān)鍵，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要合理設(shè)計(jì)報(bào)文接收的網(wǎng)絡(luò)接口，保證智能變電站智能電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)的有效性。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要以為光纖接口和RJ一45電接口為主要方式，這樣做的目的是方便進(jìn)行連接[3]。

同時(shí)，還要保障該測(cè)試分析儀有光接口，這樣設(shè)計(jì)的主要目的是提高儀器的實(shí)時(shí)性，避免出現(xiàn)漏包等問題，在此過程中還需要采用高速處理器，加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效控制。LCD觸摸屏也是手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀中的主要設(shè)備，它能夠全面顯示報(bào)文中的信息，在此過程中還需要對(duì)其調(diào)試接口和USB接口進(jìn)行提前優(yōu)化。

尤其是在儀器電源方面，對(duì)蓄電池續(xù)航能力提出了非常高的要求，要求其要在沒有外部電源下， 可以工作2h以上。此外，在對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，還要注意相關(guān)的事項(xiàng)，不可以在可燃性和蒸汽存在的環(huán)境中對(duì)此儀表進(jìn)行使用，還不可以將任何兩個(gè)端子間施加到30V以上，要對(duì)電壓進(jìn)行合理控制，避免損壞儀表。同時(shí)，在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用前，還要盡可能先設(shè)置好儀表功能的狀態(tài)，然后再接入接線端子，在此過程中，為了保證使用的精度，還要在使用前，應(yīng)先開機(jī)預(yù)熱約10min，從而保障該儀器應(yīng)用的安全性[4]。

4.2 硬件結(jié)構(gòu)

處理器是硬件結(jié)構(gòu)中的主要設(shè)備，在對(duì)其進(jìn)行研制的時(shí)候，采用了基于ARM920T內(nèi)核的￥3C2400， 它的主頻在400MHz。其中的核心板還采用micr02440，內(nèi)含2MBNOR—FLASH，主要作用是存放BIOS。250MBNANDFLASH和相關(guān)的應(yīng)用程序也是硬件設(shè)備中的重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員要在其特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。64MBSDRAM是其中的隨機(jī)存儲(chǔ)器，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，共設(shè)計(jì)了4個(gè)網(wǎng)卡，還設(shè)有2個(gè)sT光接口，功能作用是支持4路的捕包，方便連接智能電子設(shè)備，對(duì)發(fā)出的報(bào)文進(jìn)行捕獲。同時(shí)，還要在其中設(shè)計(jì)一個(gè)SD的插槽，擴(kuò)展其存儲(chǔ)空間，在對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀研發(fā)的時(shí)候應(yīng)用。

5? 軟件設(shè)計(jì)

5.1 開發(fā)平臺(tái)

在對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀的平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用基于ARM平臺(tái)的架構(gòu)，技術(shù)人員還要選用Linux操作系統(tǒng)為是軟件設(shè)計(jì)過程中的主要運(yùn)行平臺(tái)。主要是因?yàn)長inux系統(tǒng)它是自由開放的源碼，不需要授權(quán)就可以對(duì)其進(jìn)行有效應(yīng)用，其成本比較低，內(nèi)核也是非常方便剪裁的。同時(shí)，這種系統(tǒng)還不容易感染病毒和木馬，運(yùn)行也是非常穩(wěn)定的[5]。

因此，技術(shù)人員在對(duì)平臺(tái)開發(fā)的時(shí)候，最好合理選用Linux系統(tǒng)，可以Eclipsed作為主要的開發(fā)工具。此外，還要合理采用交叉編譯器，對(duì)其中的程序進(jìn)行編譯，主要將其編譯成可以在ARM平臺(tái)運(yùn)行的系統(tǒng)，最后要將其設(shè)置為開機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)的程序，從而保障平臺(tái)開發(fā)的合理性。

5.2 功能和總流程

智能變電站中的報(bào)文捕獲和保存是功能流程中的主要作用，為了可以對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，要結(jié)合報(bào)文解碼的實(shí)際情況，對(duì)總流程進(jìn)行分析。如果在實(shí)際的分析中，發(fā)現(xiàn)其中的智能變電站通信出現(xiàn)了問題，如GOOSE報(bào)文以及SMV報(bào)文等出現(xiàn)異常時(shí)，要提供查詢功能，完善軟件總流程，可以通過導(dǎo)入和解析全站的SCD配置文件等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件功能和總流程的設(shè)計(jì)[6]。

5.3 報(bào)文捕獲和保存

在此過程中，要合理選用libpcap作為報(bào)文捕獲中的底層函數(shù)包，它也是Unix/Linux平臺(tái)中的重要網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)包，這數(shù)包在其中的有效應(yīng)用，能夠?yàn)楠?dú)立用戶級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包提供更多的捕獲口。

在對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀進(jìn)行研制的過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件都在設(shè)計(jì)的時(shí)候，都會(huì)以這種數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)，主要目的是防止報(bào)文丟包[7]。同時(shí)，技術(shù)人員還要采用兩塊緩存多線程的方式，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包運(yùn)行的有效性，加強(qiáng)對(duì)文件信息的保存，將已保存數(shù)據(jù)要在緩存中刪除，還要區(qū)分緩存的讀寫，避免相關(guān)軟件之間互相影響[8]。

6? 結(jié)語

綜上所述，為實(shí)現(xiàn)變電站中各系統(tǒng)的智能化，保證其中系統(tǒng)和設(shè)備的有效運(yùn)行，對(duì)手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀進(jìn)行了研制，在其中的硬件和軟件出發(fā)，對(duì)GOOSE和SMV報(bào)文計(jì)算方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，還對(duì)捕獲的報(bào)文進(jìn)行了解碼?？梢哉f手持式智能變電站圖形化校驗(yàn)儀在其中的應(yīng)用，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)通信信息進(jìn)行有效診斷，為智能變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

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