基于區(qū)塊鏈的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王卓瑜 陸 婷

(1、國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京 100761 2、華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇 宜興 214200)

現(xiàn)有的抽水蓄能機(jī)組在不斷更新下已經(jīng)逐漸完善，但受內(nèi)部水輪機(jī)限制，目前仍存在一定的安全問(wèn)題，傳統(tǒng)的電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)往往只注重靜態(tài)信息采集，對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行中的引水裝置和發(fā)電裝置都無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)化安全監(jiān)測(cè)，因此監(jiān)測(cè)效果較差，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理需求[1-3]。區(qū)塊鏈可以使用共享數(shù)據(jù)庫(kù)，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)存取調(diào)用，增加了數(shù)據(jù)的可靠性，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)管理，因此本文基于區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)了新的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而保證抽水蓄能電站的運(yùn)行安全[4-5]。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 單導(dǎo)葉控制調(diào)速器

單導(dǎo)葉控制調(diào)速器在設(shè)計(jì)時(shí)需要注重調(diào)節(jié)可靠性，因此，可以根據(jù)傳統(tǒng)調(diào)速器的組成對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在單導(dǎo)葉控制調(diào)速器內(nèi)部添加微機(jī)主控制器作為中央處理單元[8]，添加簡(jiǎn)易化信號(hào)采集算法，保證信號(hào)的運(yùn)算效果，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，單導(dǎo)葉控制調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。調(diào)速器內(nèi)部添加了隨動(dòng)模塊，主要用來(lái)限制電輸出信號(hào)波動(dòng)，還添加了執(zhí)行器，提高電信號(hào)轉(zhuǎn)換效率[6-7]。

圖1 單導(dǎo)葉控制調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

設(shè)計(jì)的調(diào)速器主要有兩種不同的控制方式，即全導(dǎo)葉控制和單導(dǎo)葉控制，兩種不同的控制方法使用的控制回路存在一定的差異。全導(dǎo)葉控制僅需要一個(gè)導(dǎo)葉控制回路，主要使用驅(qū)動(dòng)接力器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并帶動(dòng)導(dǎo)葉運(yùn)動(dòng)，因此這種控制方法能及時(shí)調(diào)整導(dǎo)葉的狀態(tài)，避免出現(xiàn)導(dǎo)葉斷裂故障，但受導(dǎo)葉開(kāi)關(guān)速度的影響，全導(dǎo)葉控制的控制靈活性較差[9]。

單導(dǎo)葉控制可以根據(jù)控制回路內(nèi)部的導(dǎo)葉狀態(tài)，調(diào)整液壓回路，實(shí)現(xiàn)單片導(dǎo)葉控制，因此，單導(dǎo)葉控制比全導(dǎo)葉控制靈活，相對(duì)精度也較高，且無(wú)須使用接力環(huán)，降低了維護(hù)難度，因此本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要使用單導(dǎo)葉進(jìn)行控制?？刂魄?，必須確定控制回路中元件的安全狀態(tài)，避免受元件影響出現(xiàn)控制故障，設(shè)計(jì)的調(diào)速器使用PLC 進(jìn)行編程，添加20 個(gè)液壓回路，保證液壓的供應(yīng)效果，還添加了配壓閥和接力器，提高調(diào)速器的控制速度，增加驅(qū)動(dòng)控制功率。

1.2 數(shù)據(jù)采集卡

抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)就是準(zhǔn)確采集電站中的數(shù)據(jù)信息及電量信號(hào)，并傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，提高電站監(jiān)測(cè)可靠性，因此需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集卡來(lái)保證數(shù)據(jù)的采集效果。根據(jù)設(shè)計(jì)的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)要求使用RS232、USB、PXI 對(duì)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行功能擴(kuò)展，保證采集卡的性能。

本文使用PGA202(1 10 100 1000)進(jìn)行信號(hào)增益處理。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡選型，結(jié)合數(shù)據(jù)儲(chǔ)存需求，本文選取PCI-1712L 型數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集，該數(shù)據(jù)采集卡的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)值較高，能實(shí)現(xiàn)32k 模數(shù)轉(zhuǎn)換。PCI-1712L 型數(shù)據(jù)采集卡使用多個(gè)單路進(jìn)行輸入，內(nèi)涵10MHZ 計(jì)數(shù)器，PCI-1712L 型數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

圖2 PCI-1712L 型數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)圖

數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部設(shè)置了多個(gè)掃描電路，可以實(shí)現(xiàn)高速掃描，除此之外，每個(gè)數(shù)據(jù)采集器都添加了A/D 轉(zhuǎn)換器，與82C54 兼容并聯(lián)。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存卡內(nèi)部還需要安裝啟動(dòng)程序，使用Windows2K/XP/9X 安裝Device Manager，選擇合適的PCI-1712L 并點(diǎn)擊光盤labview labview.exe 完成安裝，安裝的示例程序使用Active Daq 控件進(jìn)行指揮，板卡插入PCI 插槽后，再添加相關(guān)的ActiveDAQ.exe。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 采集抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)管理數(shù)據(jù)

為了保證抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的管理效果，可以設(shè)置抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)管理數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，首先需要計(jì)算該平臺(tái)監(jiān)視、測(cè)量、分析中使用的監(jiān)測(cè)管理指標(biāo)b、G，計(jì)算公式如式(1)、(2)所示。

公式(1)、(2)中，H 代表監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)值，f 代表測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)值，V 代表分析標(biāo)準(zhǔn)值，使用上述監(jiān)測(cè)管理指標(biāo)可以進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，保證抽水蓄能電站數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，可以向該采集平臺(tái)內(nèi)部輸入相關(guān)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，首先，設(shè)置電站運(yùn)行過(guò)程中需要辨別的相關(guān)參數(shù)，包括電網(wǎng)頻率、功率等，其次設(shè)置特征參數(shù)，包括PID 參數(shù)，PI 參數(shù)等，最后設(shè)置數(shù)據(jù)采集方式，編寫(xiě)控制命令。

設(shè)計(jì)的抽水蓄能電站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)需要根據(jù)系統(tǒng)目前的運(yùn)行狀態(tài)和采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，因此在獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)可以從以下方面入手：首先就是從現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)中獲取，可以設(shè)置監(jiān)控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此選取的監(jiān)控機(jī)必須具有模塊化特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用NC2000，根據(jù)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集和提取。

2.2 基于區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理功能模塊

采集到相關(guān)的監(jiān)測(cè)管理數(shù)據(jù)后需要根據(jù)管理數(shù)據(jù)的類型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理區(qū)塊鏈，從而進(jìn)一步設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能模塊。可以將系統(tǒng)劃分成表示層、數(shù)據(jù)層、邏輯層以及服務(wù)器層，這幾種不同的層次，完成數(shù)據(jù)管理功能模塊的分層設(shè)計(jì)。

表示層可以進(jìn)行用戶訪問(wèn)，用戶進(jìn)入系統(tǒng)前可以根據(jù)機(jī)組判斷信息進(jìn)行訪問(wèn)，并結(jié)合Struts2 及JSP 進(jìn)行交互，因此表示層內(nèi)部主要使用JavaScript Htm 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)層可以使用邏輯計(jì)算進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，使用java 數(shù)據(jù)服務(wù)代碼進(jìn)行開(kāi)發(fā)，邏輯層是本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心組成部分，需要完成數(shù)據(jù)信息傳輸、業(yè)務(wù)執(zhí)行等重要工作，因此也使用java 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，服務(wù)層主要需要建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，完成抽水蓄能機(jī)組的控制優(yōu)化。

2.3 設(shè)計(jì)安全監(jiān)測(cè)管理數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的最后一步就是設(shè)計(jì)安全監(jiān)測(cè)管理數(shù)據(jù)庫(kù)。針對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要使用SQL SERVER 2010 R2 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)采集的電站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)需要具備并行查詢性能，避免降低數(shù)據(jù)庫(kù)的可靠度，為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存取調(diào)用的效率，增加數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索速度，設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)使用選擇存儲(chǔ)策略進(jìn)行儲(chǔ)存，增加儲(chǔ)存的智能性，使其能有效進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存管理，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要注意原始數(shù)據(jù)的處理時(shí)限，一旦存在時(shí)限過(guò)高時(shí)可以進(jìn)行參數(shù)分析處理，降低后續(xù)數(shù)據(jù)處理難度。確保該數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)量較豐富能滿足復(fù)雜的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理需求。

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了檢測(cè)本文設(shè)計(jì)的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效果，本文搭建了符合測(cè)試需求的測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行如下系統(tǒng)測(cè)試：

3.1 測(cè)試準(zhǔn)備

為了保證測(cè)試的可靠性，首先搭建了B/S 測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行測(cè)試規(guī)劃。受實(shí)際使用環(huán)境的限制，必須保證設(shè)計(jì)的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能在不同的瀏覽器端運(yùn)行，因此需要從幾方面對(duì)設(shè)計(jì)的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)測(cè)試需求及設(shè)計(jì)系統(tǒng)測(cè)試方案，測(cè)試的第一個(gè)模塊是功能測(cè)試，需要根據(jù)系統(tǒng)的使用特性，以及用戶需求進(jìn)行期望測(cè)試，保證測(cè)試與實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)相符。設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使用用戶需要使用網(wǎng)頁(yè)表單進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，因此在數(shù)據(jù)提交時(shí)需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化檢查，保證測(cè)試結(jié)果與實(shí)際相符。

本系統(tǒng)設(shè)置了黑盒測(cè)試和白盒測(cè)試，增加測(cè)試準(zhǔn)確性，首先添加了用戶測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 用戶測(cè)試數(shù)據(jù)

由表1 可知，此時(shí)添加的用戶測(cè)試數(shù)據(jù)分為不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)類別，數(shù)據(jù)值也存在一定的差異，根據(jù)該用戶測(cè)試數(shù)據(jù)可以進(jìn)行后續(xù)的系統(tǒng)測(cè)試。

3.2 測(cè)試結(jié)果與討論

在上述測(cè)試準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，分別使用本文設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄不同人數(shù)下兩個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 測(cè)試結(jié)果

由表2 可知，不同人數(shù)下本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較短，證明本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能良好，具有有效性。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，抽水蓄能電站對(duì)我國(guó)的電力發(fā)展有重要幫助，及時(shí)對(duì)抽水蓄能電站進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)對(duì)保證其可靠性有重要意義，因此本文基于區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)了新的抽水蓄能電站安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在不同人數(shù)下響應(yīng)時(shí)間始終較短，證明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能良好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)后續(xù)維護(hù)抽水蓄能電站的運(yùn)行安全有一定貢獻(xiàn)。