電力移動(dòng)作業(yè)終端邏輯信息自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王登峰，陳銀江，張軍喜，李夫海，李學(xué)斌，侯永寧

（1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司，寧夏 銀川 750001；2.北京中電普華信息技術(shù)有限公司，北京 100000）

在電力作業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)終端負(fù)責(zé)將邏輯信息參量由核心主機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至下級(jí)電網(wǎng)設(shè)備之中，由于移動(dòng)作業(yè)體系的執(zhí)行具有較強(qiáng)的靈活性，所以在轉(zhuǎn)運(yùn)電網(wǎng)信息的過(guò)程中，不需電力主機(jī)、終端節(jié)點(diǎn)等應(yīng)用設(shè)備元件的配合[1]。在硬件方面，電力移動(dòng)作業(yè)終端包含輸入部件、中央處理器、輸出部件、存儲(chǔ)器元件等多個(gè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，可以按照電力網(wǎng)絡(luò)布局形式調(diào)節(jié)電量信號(hào)傳輸行為，從而使得網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)于電信號(hào)參量的敏感性感應(yīng)能力得到保障；軟件方面，電力移動(dòng)作業(yè)終端的連接則必須借助多種不同的開放性應(yīng)用平臺(tái)。由于終端體系內(nèi)電量信號(hào)的傳輸形式并不固定，所以整個(gè)電力作業(yè)網(wǎng)絡(luò)始終具有較強(qiáng)的應(yīng)用靈活性[2]。

對(duì)于電網(wǎng)主機(jī)而言，隨著電信號(hào)累積量的增大，主機(jī)元件的實(shí)時(shí)處理速率會(huì)呈現(xiàn)出明顯下降的變化趨勢(shì)，在此情況下，電網(wǎng)主機(jī)很難對(duì)數(shù)據(jù)信息參量的傳輸行為進(jìn)行約束，這也是導(dǎo)致電力作業(yè)跟蹤執(zhí)行指令可行性不斷下降的主要原因[3]。傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)框架的基礎(chǔ)上，借助交互運(yùn)行主機(jī)，記錄電力作業(yè)的實(shí)時(shí)執(zhí)行狀態(tài)，再根據(jù)電網(wǎng)邏輯信息的量化輸入與輸出配比關(guān)系，制定控制執(zhí)行指令[4]。然而該系統(tǒng)在提升電網(wǎng)邏輯信息處理速度方面的應(yīng)用能力有限，并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電力作業(yè)的及時(shí)跟蹤與處理。為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)新型的電力移動(dòng)作業(yè)終端邏輯信息自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)，并根據(jù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力。

1 自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 電力供應(yīng)電路

電力供應(yīng)電路是自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)中唯一的電量信號(hào)輸出裝置，可以接收電網(wǎng)高壓輸出端向外反饋的電力作業(yè)信息，并可以借助電阻元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸電信號(hào)的變壓處理，從而使其自身的電量水平能夠適應(yīng)多種不同的電力移動(dòng)作業(yè)環(huán)境[5]。電力供應(yīng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。完整的電力供應(yīng)電路至少應(yīng)包含兩個(gè)電容設(shè)備（如圖1 中的C1與C2）和兩個(gè)調(diào)壓結(jié)構(gòu)（如圖1 中的VT1 與VT2），在電阻R的作用下，電容設(shè)備、調(diào)壓結(jié)構(gòu)所能承載的電壓水平越高，整個(gè)電力供應(yīng)電路對(duì)于電力移動(dòng)作業(yè)終端的驅(qū)動(dòng)作用能力也就越強(qiáng)。

圖1 電力供應(yīng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在電力供應(yīng)電路中，MIC 設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)電力作業(yè)邏輯信息參量進(jìn)行整合處理，并可以按照電阻R的連接阻值水平，分配電網(wǎng)主機(jī)輸出的電量信號(hào)[6]。

1.2 作業(yè)終端平臺(tái)

電網(wǎng)作業(yè)終端平臺(tái)負(fù)責(zé)執(zhí)行電信號(hào)審核、邏輯信息參量分辨、電量信號(hào)數(shù)據(jù)采集三項(xiàng)處理任務(wù)，可以在Scapy 芯片、QT 框架、GDA 電信號(hào)處理器等多個(gè)應(yīng)用元件的支持下，制定與電力移動(dòng)作業(yè)終端相關(guān)的自適應(yīng)跟蹤執(zhí)行指令[7]。具體的電網(wǎng)作業(yè)終端平臺(tái)組成結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 作業(yè)終端平臺(tái)組成結(jié)構(gòu)

Scapy 芯片、QT 框架作為一個(gè)完整的單元型附屬模塊，在電網(wǎng)作業(yè)終端平臺(tái)中，負(fù)責(zé)對(duì)電信號(hào)參量進(jìn)行審核處理[8]；電量信息數(shù)據(jù)庫(kù)、GDA 電信號(hào)處理器則負(fù)責(zé)辨別電網(wǎng)邏輯信息參量，能夠?yàn)殡娏σ苿?dòng)作業(yè)終端提供大量的可參考信息；IEC 芯片負(fù)責(zé)采集電量信號(hào)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)待處理邏輯信息參量的傳輸形式判斷自適應(yīng)跟蹤執(zhí)行指令的可行性價(jià)值。

1.3 邏輯信息處理模塊

在電力移動(dòng)作業(yè)終端邏輯信息自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)中，邏輯信息處理模塊所屬的連接等級(jí)相對(duì)較低，可以在接收電網(wǎng)作業(yè)終端平臺(tái)輸出的電信號(hào)參量的同時(shí)，更改已存儲(chǔ)邏輯信息文件的排列形式，從而使得系統(tǒng)執(zhí)行主機(jī)能夠?qū)@些信息參量進(jìn)行及時(shí)調(diào)取與處理[9-10]。

邏輯信息處理模塊的具體執(zhí)行能力如下：

1）更改邏輯信息在電力移動(dòng)作業(yè)終端的存儲(chǔ)形式，避免待處理電量信號(hào)對(duì)已處理信息參量造成覆蓋性影響；

2）閉合電力移動(dòng)作業(yè)終端的外部負(fù)載接口，避免待處理邏輯信息參量出現(xiàn)外泄；

3）建立電力移動(dòng)作業(yè)終端與系統(tǒng)跟蹤處理主機(jī)之間的邏輯連接關(guān)系，為電網(wǎng)信息參量提供穩(wěn)定的傳輸環(huán)境。

2 自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)部署

由于電網(wǎng)邏輯信息的儲(chǔ)量水平極大，所以電力移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量級(jí)水平也必須相對(duì)較大[11-12]。式（1）為移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)定義表達(dá)式：

其中，a1,a2,…,an表示n個(gè)不同的電力移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)定義參量，χ1,χ2,…,χn表示不同的電網(wǎng)信號(hào)標(biāo)記系數(shù)，ΔD表示電力邏輯信息的單位累積量，s1,s2,…,sn表示不同的電力作用指標(biāo)，k1,k2,…,kn表示不同的移動(dòng)行為向量。

在式（1）的基礎(chǔ)上，設(shè)f表示電力移動(dòng)作業(yè)終端節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)系數(shù)，g1、g2表示兩個(gè)不相等的部署參量。電力移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)部署表達(dá)式為：

為使電網(wǎng)自適應(yīng)跟蹤執(zhí)行指令更符合實(shí)際應(yīng)用需求，在求解移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)部署表達(dá)式時(shí)，要求n個(gè)電力移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)定義參量的取值結(jié)果不能完全相等。

2.2 跟蹤指令執(zhí)行流程

在已知電力移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)部署條件的情況下，系統(tǒng)主機(jī)可以根據(jù)電網(wǎng)邏輯信息分離結(jié)果，對(duì)待執(zhí)行指令文件進(jìn)行提取，并可以遵循自適應(yīng)判別原則，衡量當(dāng)前所運(yùn)行指令是否滿足跟蹤處理電信號(hào)參量的實(shí)際應(yīng)用需求[13-14]。完整的跟蹤指令執(zhí)行流程如圖3 所示。

圖3 跟蹤指令執(zhí)行流程

對(duì)于電力移動(dòng)作業(yè)終端邏輯信息的處理，要求系統(tǒng)主機(jī)所制定的跟蹤執(zhí)行指令文件必須滿足自適應(yīng)調(diào)試系數(shù)的求解表達(dá)式。

2.3 自適應(yīng)調(diào)試系數(shù)

自適應(yīng)調(diào)試系數(shù)也叫自適應(yīng)感應(yīng)系數(shù)，在電力移動(dòng)作業(yè)終端中，該項(xiàng)指標(biāo)參量的取值能夠影響系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于電力邏輯信息的處理能力[15]。在制定跟蹤執(zhí)行指令的過(guò)程中，自適應(yīng)調(diào)試系數(shù)的取值結(jié)果越大，系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于電力邏輯信息的處理能力也就越強(qiáng)，此時(shí)起始跟蹤節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)跟蹤節(jié)點(diǎn)之間的物理距離也就越大，主機(jī)元件對(duì)于待處理邏輯信息參量的容納能力也就越強(qiáng)[16]。設(shè)e表示電力邏輯信息跟蹤處置參量的初始賦值，表示電網(wǎng)邏輯信息參量在單位時(shí)間內(nèi)的傳輸均值，λ表示自適應(yīng)判別參量，表示一個(gè)隨機(jī)選取的邏輯參量特征，γ表示初始調(diào)試權(quán)限，?表示電力移動(dòng)作業(yè)終端對(duì)于電網(wǎng)邏輯信息的容納系數(shù)。聯(lián)立上述物理量，可將自適應(yīng)調(diào)試系數(shù)求解表達(dá)式定義為：

按照已知的參量指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，對(duì)各級(jí)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試，從而完成電力移動(dòng)作業(yè)終端邏輯信息自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

通過(guò)人工調(diào)試的方式，確保電力移動(dòng)作業(yè)終端的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，如圖4 所示。分別利用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)處于穩(wěn)定狀態(tài)的電力移動(dòng)作業(yè)終端進(jìn)行控制，記錄在既定實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)（實(shí)驗(yàn)以60 min 作為既定實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)）相關(guān)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的數(shù)值變化情況，其中實(shí)驗(yàn)組采用新型電力移動(dòng)作業(yè)終端邏輯信息自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)，對(duì)照組采用傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的公平性，除所采用處理系統(tǒng)類型不同外，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組其他實(shí)驗(yàn)干擾條件始終保持一致。

圖4 電力移動(dòng)作業(yè)終端調(diào)試

表1所示為實(shí)驗(yàn)所選擇實(shí)驗(yàn)元件的名稱及型號(hào)。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備選型

實(shí)驗(yàn)分兩部分進(jìn)行，首先應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)主機(jī)進(jìn)行控制，記錄實(shí)驗(yàn)組變量數(shù)據(jù)；然后應(yīng)用對(duì)照組系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)主機(jī)進(jìn)行控制，記錄對(duì)照組變量數(shù)據(jù)；最后對(duì)比所得數(shù)據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。

3.2 數(shù)據(jù)分析與總結(jié)

在電力信息輸出總量不發(fā)生改變的情況下，電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于邏輯信息的處理速度可以用來(lái)描述主機(jī)元件對(duì)于電力作業(yè)跟蹤處理的及時(shí)性程度。一般情況下，電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于邏輯信息的處理速度越快，主機(jī)元件對(duì)于電力作業(yè)的跟蹤與處理也就越及時(shí)；反之，則表示跟蹤處理指令的滯后性較強(qiáng)。

表2、表3 反映了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組處理速度指標(biāo)的數(shù)值變化情況。

表2 邏輯信息處理速率（第一次實(shí)驗(yàn)數(shù)值記錄）

表3 邏輯信息處理速率（第二次實(shí)驗(yàn)數(shù)值記錄）

分析表2、3 可知，實(shí)驗(yàn)組處理速度指標(biāo)保持不斷增大的數(shù)值變化狀態(tài)，在第二次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間等于60 min 時(shí)，實(shí)驗(yàn)組處理速度指標(biāo)取得最大值8.96 Mb/s。對(duì)照組處理速度指標(biāo)則保持先穩(wěn)定、再持續(xù)增大的數(shù)值變化狀態(tài)，在第一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間等于60 min 時(shí)，對(duì)照組處理速度指標(biāo)取得最大值6.85 Mb/s，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，下降了2.11 Mb/s。

綜合上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的新型自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)能夠大幅促進(jìn)電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于邏輯信息的處理速度，在實(shí)現(xiàn)電力作業(yè)的及時(shí)跟蹤與處理方面具有較強(qiáng)的實(shí)用性能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

與分散控制系統(tǒng)相比，新型自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)在電力供應(yīng)電路的支持下，重新規(guī)劃作業(yè)終端平臺(tái)與邏輯信息處理模塊之間的連接關(guān)系，根據(jù)移動(dòng)作業(yè)節(jié)點(diǎn)部署原則，完善跟蹤指令執(zhí)行流程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自適應(yīng)調(diào)試系數(shù)的準(zhǔn)確推導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著這種新型跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用，電力主機(jī)對(duì)于電網(wǎng)邏輯信息的處理速度極值接近9.0 Mb/s，能夠促進(jìn)主機(jī)元件對(duì)于電力作業(yè)的及時(shí)跟蹤與處理，符合實(shí)際應(yīng)用需求。