電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)設(shè)計

俞秋霞

摘 要：為解決傳統(tǒng)電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)存在的解析殘差大的問題，設(shè)計了一種新的電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)。硬件方面，設(shè)計電力信息采集系統(tǒng)的電源傳感電路以及顯示器;軟件方面，設(shè)置電力信息采集可信算法，讀取電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)，建立電力信息通信估算模型，實現(xiàn)電力信息通信規(guī)約解析，增加電力通信系統(tǒng)的實用性能。設(shè)計實例分析的結(jié)果表明，設(shè)計的解析系統(tǒng)解析殘差始終低于實驗對照組，系統(tǒng)解析精度較高。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);傳感器;通信規(guī)約

中圖分類號：TM76文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0020-03

Abstract： A new power information collection and Communication Protocol analysis system is designed to solve the problem of large residual error in the traditional power information collection and communication protocol analysis system. On the hardware side， the power sensor circuit and the display of the power information acquisition system are designed; on the software side， the power information acquisition trusted algorithm is set up， the power information communication protocol data is read， and the power information communication estimation model is established， the analysis of power information communication protocol is realized to increase the practical performance of power communication system. The analysis result of the design example shows that the analytic residual error of the designed analytic system is always lower than that of the experimental control group， and the analytic precision of the system is higher.

Keywords： power enterprise;effective signal;governance and monitoring;objective function;monitoring efficiency

電力信息采集與通信規(guī)約對保障大型電力設(shè)備的安全性與兼容性具有重要作用。當(dāng)前，國內(nèi)大型電力設(shè)備普遍存在通信安全問題和通信規(guī)約不統(tǒng)一的問題。由于不同種類電力設(shè)備同時存在多種通信規(guī)約，且對不同通信規(guī)約的解釋沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致電力設(shè)備的交互操作性差，維護成本較高[1]。因此，如何設(shè)計統(tǒng)一的電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)成為當(dāng)前的熱議話題。本次研究在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計更加穩(wěn)定的輸出電源傳感電路，設(shè)置電力信息采集可信算法，以保證電力信息運送的安全性，同時建立統(tǒng)一的通信規(guī)約估算模型，為電力信息采集與通信規(guī)約解析自動化應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括電源傳感電路和顯示器。

1.1 電源傳感電路的設(shè)計

電力信息采集系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、傳感器以及遠程診斷工具4大模塊構(gòu)成。為了滿足信息采集系統(tǒng)對安全性和穩(wěn)定性的需求，電力系統(tǒng)需具備擁有較高穩(wěn)定性能的恒壓供電設(shè)備。此次研究在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計了負責(zé)傳輸供電的傳感器，根據(jù)不同傳感器芯片不同的電壓需求，實現(xiàn)不同電壓不同的供電模式。電力信息采集系統(tǒng)電源傳感電路如圖1所示。

本次設(shè)計將4顆紐扣電池串聯(lián)后提供的12 V電壓作為基準(zhǔn)，經(jīng)過電路變換后獲得電力采集系統(tǒng)所需要的電壓值。當(dāng)目標(biāo)供電的電壓需求大于12 V時，需要使用升壓電力變換電壓后提供給目標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)目標(biāo)供電的電壓需求小于12 V時，為了將電壓提升至12 V，需要提高電源電壓，以實現(xiàn)穩(wěn)定供電[2]。當(dāng)輸入電壓值為3～5 V時，可以為目標(biāo)系統(tǒng)提供大小為150 mA的電流;當(dāng)輸入電壓值為5～8 V時，使用升壓芯片調(diào)節(jié)電流壓力值，持續(xù)穩(wěn)定地輸出大小為200 mA的電流。這樣可為電力信息采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)信息運放工作的穩(wěn)定性提供支持。

1.2 顯示器

在電力信息采集系統(tǒng)電源傳感電路的基礎(chǔ)上設(shè)計顯示器，型號為OMN-A6 X8597545，帶獨立看門狗和大容量存儲器，能夠顯示采集的電力信息通信數(shù)據(jù)，無須網(wǎng)絡(luò)即可完成信息采集等設(shè)備的運行參數(shù)調(diào)試，并實現(xiàn)集中管理。顯示器作為系統(tǒng)運行結(jié)果的展示界面，主要用于顯示電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)。通過串口通信直接獲得電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)，并通過RS232通信總線與下層控制主機相連。顯示器的硬件環(huán)境配置包括2 Mb/s的PC端各類型瀏覽器和移動端各類型瀏覽器，以及型號為TYR3583589的上位機，均為帶寬可支持瀏覽器。利用顯示器中的雙核多路可提高顯示速率，并以此完成系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計。

2 電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)軟件的設(shè)計

2.1 設(shè)置電力信息采集可信算法

設(shè)計的電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)軟件，通過約束電力信息的運送條件進行設(shè)計。但是，由于傳統(tǒng)算法存在安全性低、運送時間較長等問題，因此需設(shè)置更為通用的電力信息采集可信算法，對電力可信網(wǎng)絡(luò)的可信性進行層次劃分，以信息采集的安全性為前提條件，對電力系統(tǒng)規(guī)劃有限邊界。針對電力信息采集系統(tǒng)的封閉性和有限性特點，設(shè)置電力信息采集可信算法，描述為：

式（1）中：[S]代表電力信息采集的最終結(jié)果;[Zin]表示擁有可信條件的輸入信息;[Zout]表示擁有可信條件的輸出信息。任意的電力采集信息經(jīng)過控制器解釋后形成信息，并利用式（1）中的可信算法進行后續(xù)的推斷。該算法具有一定的強制性和控制性，可有效安全地控制數(shù)據(jù)訪問和信息運送的權(quán)限，確保每一次狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都是可信推斷的，從而保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，構(gòu)造一個可信的電力信息采集環(huán)境。

2.2 讀取電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)

完成電力信息采集可信算法設(shè)置后，讀取電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)。利用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制電力信息數(shù)據(jù)的通信通道，將處理后的電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具體參數(shù)。設(shè)目標(biāo)函數(shù)為[σcd]，可得：

式（2）中：[E]為電力信息權(quán)重;[ε]為電力信息通信規(guī)約字符長度。為獲得更加精準(zhǔn)的電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)，還需剔除讀取的電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)具體參數(shù)中的誤差參數(shù)，進而得到電力信息通信規(guī)約的真實數(shù)據(jù)。設(shè)電力信息通信規(guī)約真實數(shù)據(jù)為[σ]，可得：

式（3）中：[σxb]為初始值誤差;[σss]為電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)類型描述誤差;[σwd]為數(shù)據(jù)解析過程中數(shù)據(jù)顯示誤差值。通過式（3）計算得出的結(jié)果，即讀取的電力信息通信規(guī)約真實數(shù)據(jù)。利用SVDE/SEFV指令讀取電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)，按照電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)狀態(tài)字節(jié)的表現(xiàn)方式描述電力信息通信規(guī)約，最終將讀取的電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)寫入端口數(shù)據(jù)。

2.3 建立電力信息通信規(guī)約估算模型

依據(jù)電力信息采集可行算法實現(xiàn)電力信息采集的安全性輸入，建立電力信息通信規(guī)約估算模型。鑒于電力通信系統(tǒng)存在變量大、電壓輸入不穩(wěn)定以及自動化系統(tǒng)程度低等問題，電力通信系統(tǒng)目前無法及時完成交互操作[3-4]。本次設(shè)計依據(jù)通信規(guī)約的基本條件，針對不同規(guī)約存在的問題，為達到電力通信規(guī)約自動解析的目的，建立符合電力信息采集條件的通信規(guī)約估算模型：

式（4）中：C代表控制字節(jié);Pv代表各通信鏈路數(shù)據(jù);S代表通信應(yīng)用層;P1、P2、P3以及P4分別代表4條通信鏈路。在有限帶速條件下，各通信鏈路層通過該算法將規(guī)約控制信息集合在統(tǒng)一的應(yīng)用層中，以保證所有電力通信信息的完整性和安全性。P1、P2、P3以及P4所代表的鏈路層數(shù)據(jù)由一系列明確的鏈路規(guī)約控制信息組成，可當(dāng)作鏈路用戶數(shù)據(jù)，應(yīng)用在服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳輸中。通過建立統(tǒng)一的電力信息通信規(guī)約，估算電力信息采集與運送過程中的一系列變化，能夠有效解決因規(guī)約不同而無法自動解析的電力設(shè)備問題，具有良好的實用性[5]。

2.4 實現(xiàn)電力信息通信規(guī)約解析

完成上述操作后，以CPtclModule為電力信息通信規(guī)約解析的類別配置腳本信息，以獲得電力信息通信規(guī)約解析結(jié)果。

設(shè)電力信息通信規(guī)約解析表達式為[Q]，則有：

式（5）中：[A]為電力信息通信規(guī)約解析信號權(quán)值;[φ]為電力信息通信規(guī)約解析報文結(jié)構(gòu);[EAσ]為電力信息通信規(guī)約解析類別系數(shù)。通過式（5）可實現(xiàn)電力信息通信規(guī)約解析的實時性。

3 實驗分析

3.1 實驗準(zhǔn)備

本次實例分析以某電網(wǎng)為例，硬件設(shè)施為型號TYR3583589的上位機。此次實驗環(huán)境設(shè)置的具體內(nèi)容及參數(shù)，如表1所示。

一方面，使用設(shè)計的解析系統(tǒng)解析電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)，通過MATALB軟件測得解析殘差，記為實驗組;另一方面，使用傳統(tǒng)解析系統(tǒng)解析電力信息通信規(guī)約數(shù)據(jù)，同樣通過MATALB軟件測得解析殘差，記為對照組。實驗內(nèi)容為測試兩種解析系統(tǒng)的解析殘差，解析殘差越低，證明該解析系統(tǒng)的解析精度越高。

3.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

實驗的具體結(jié)果如表2所示。從表2可知，設(shè)計的解析系統(tǒng)解析殘差始終低于對照組，具有一定的實用性。

4 結(jié)語

為解決傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計電力信息采集與通信規(guī)約解析系統(tǒng)，在傳統(tǒng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計電源傳感電路，并對顯示器進行選型。此外，軟件部分設(shè)置可信算法，建立估算模型，完成系統(tǒng)設(shè)計。后續(xù)將對其進行進一步的優(yōu)化設(shè)計，提高電力系統(tǒng)的通信效果。

參考文獻：

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