數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

摘 要：隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其智能化水平對(duì)提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性具有重要意義。同時(shí)，配電網(wǎng)工程涉及數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，難以保證經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，本文提出數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)設(shè)計(jì)研究。本文從提升硬件和軟件設(shè)備兩方面對(duì)評(píng)估平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)，與文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]所述的評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試?？梢钥闯觯疚乃岬脑u(píng)估平臺(tái)對(duì)各經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果誤差以及整體經(jīng)濟(jì)效益與實(shí)際值的差異均小于另外兩個(gè)。因此，該評(píng)估平臺(tái)能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行提供支持。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)工程；智慧化評(píng)估；RK3588開(kāi)發(fā)板；AVT9152集成模塊；電能損失

中圖分類號(hào)：TP 39" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

當(dāng)工程進(jìn)行智慧化評(píng)估時(shí)，要兼顧多種因素，不僅涉及項(xiàng)目的技術(shù)層面，還包括安全、可行性等方面[1]。首先，技術(shù)指標(biāo)是核心，包括傳感器部署情況、信息系統(tǒng)運(yùn)行效果等。其次，安全指標(biāo)同樣重要，涉及網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全等方面[2]。再次，可行性指標(biāo)關(guān)注工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)與實(shí)用性，包括成本效益等。最后，環(huán)境指標(biāo)也是不可忽視的因素，包括能源消耗、碳排放等[3]。在平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究中，文獻(xiàn)[4]提出基于工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估系統(tǒng)，既能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)變化，又能針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)情況采取措施，保證工程項(xiàng)目順利進(jìn)行。但該系統(tǒng)的不足之處是可能對(duì)數(shù)據(jù)的精度和實(shí)時(shí)性要求較高，需要收集大量的資源數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[5]提出以FCE-SEW模型為基礎(chǔ)的評(píng)估系統(tǒng)，綜合考慮了技術(shù)、安全等多方面，提供了全面而客觀的評(píng)估結(jié)果。但該模型相對(duì)復(fù)雜，需要專業(yè)的知識(shí)和技能進(jìn)行操作和分析。結(jié)合上述的分析能看出，對(duì)工程進(jìn)行智慧化評(píng)估時(shí)要兼顧多個(gè)因素并注重實(shí)用價(jià)值[6]。

因此，本文以配電網(wǎng)工程為研究對(duì)象，提出數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，分析其應(yīng)用性能。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 核心板裝置設(shè)計(jì)

在配電網(wǎng)工程領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和需求的日益增長(zhǎng)，對(duì)平臺(tái)的性能要求也日益嚴(yán)苛。因?yàn)榕潆娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及設(shè)備眾多，同時(shí)其運(yùn)行環(huán)境和負(fù)載條件不斷變化，所以對(duì)其進(jìn)行評(píng)估時(shí)需要兼顧多方面因素包括但不限于電源質(zhì)量的穩(wěn)定性、供電可靠性以及設(shè)備的健康狀況等，而這些因素所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)往往復(fù)雜多樣[7]，因此，為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，保證評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇一個(gè)高性能的開(kāi)發(fā)板作為評(píng)估平臺(tái)的核心裝置至關(guān)重要。本文選擇DB3588V2 高性能開(kāi)發(fā)板作為系統(tǒng)的核心板裝置[8]，它采用瑞芯微旗艦芯片RK3588，這款芯片集成了強(qiáng)大的計(jì)算能力和豐富的功能接口，能夠滿足配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)的各種復(fù)雜的應(yīng)用需求，它還集成了6Tops NPU，當(dāng)處理與深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)任務(wù)時(shí)具有出色的性能，同時(shí)，它還配備了ARM Mali-G610 MP4四核GPU，能夠支持高質(zhì)量的圖形渲染和多媒體處理，為數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧評(píng)估平臺(tái)的可視化展示和監(jiān)控提供有力支持。此外，DB3588V2開(kāi)發(fā)板還支持多種操作系統(tǒng)，包括Android、Ubuntu、Debian、Buildroot、RTLinux等，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求選擇最適合的操作系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，為不同場(chǎng)景的配電網(wǎng)工程開(kāi)發(fā)各種定制化的評(píng)估平臺(tái)，滿足特定的業(yè)務(wù)需求。在實(shí)際運(yùn)行工程中，此開(kāi)發(fā)板能夠穩(wěn)定地運(yùn)行評(píng)估平臺(tái)，實(shí)時(shí)收集和分析配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)，它還能與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，使數(shù)據(jù)共享和交換，為配電網(wǎng)的協(xié)同管理和優(yōu)化提供可能性。DB3588V2能夠?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)提供硬件功能定制，滿足跨SOC平臺(tái)的配電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)移植以及BSP內(nèi)核裁剪及驅(qū)動(dòng)調(diào)試等，使其良好適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景。

1.2 集成裝置設(shè)計(jì)

為了對(duì)配電網(wǎng)工程進(jìn)行綜合評(píng)估，保證其穩(wěn)定運(yùn)行和高效管理，需要對(duì)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理。因此，本文將AVT9152集成模塊作為本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的集成裝置。具體來(lái)看，AVT9152集成模塊有LTE-M/NB-IoT調(diào)制解調(diào)器，它能夠幫助評(píng)估平臺(tái)與現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，縮短空間距離。無(wú)論是城市還是偏遠(yuǎn)地區(qū)，只要覆蓋了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)就能保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。此外，AVT9152還搭載了GPS的nRF9160低功耗系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP），它使平臺(tái)可以精準(zhǔn)定位配電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備或區(qū)域，這對(duì)快速響應(yīng)故障、優(yōu)化資源配置具有重要意義，同時(shí)，它的低功耗能特性也保證了模塊在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性，節(jié)約了維護(hù)成本。AVT9152還集成了nRF52840藍(lán)牙5.2/低功耗藍(lán)牙（Bluetooth LE）先進(jìn)多協(xié)議片上系統(tǒng)（SoC）。應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)可以使評(píng)估平臺(tái)在短距離無(wú)線通信方面展示出色的性能，它可以連接各種智能設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速交換和共享，節(jié)約時(shí)間成本。這對(duì)提高配電網(wǎng)工程的智能化水平、實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的協(xié)同工作具有重要意義。綜上所述， AVT9152集成模塊憑借其強(qiáng)大的功能和靈活的配置，在數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧評(píng)估平臺(tái)展示出巨大潛力。采用集成的多種通信技術(shù)，AVT9152能夠在不同類型的嵌入式應(yīng)用進(jìn)行信息追蹤，為評(píng)估平臺(tái)提供有力的數(shù)據(jù)支持。AVT9152集成模塊能夠有效處理大規(guī)模多元配電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)構(gòu)架設(shè)計(jì)

對(duì)數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)構(gòu)架的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，本文按照接入層、服務(wù)層以及展示層的3層結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行構(gòu)建，如圖1所示。

結(jié)合圖1的數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)構(gòu)架，首先，接入層是評(píng)估平臺(tái)與外部數(shù)據(jù)源進(jìn)行交互的橋梁。為了保證評(píng)估平臺(tái)的靈活性和可擴(kuò)展性，接入層設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)層通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯層隔離，并利用O-R映射實(shí)現(xiàn)代碼和數(shù)據(jù)庫(kù)松耦合，并借助O-R映射，對(duì)代碼和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行松耦合。同時(shí)由訪問(wèn)層連接服務(wù)層和數(shù)據(jù)源，以解綁數(shù)據(jù)庫(kù)與平臺(tái)功能，節(jié)約開(kāi)發(fā)和運(yùn)維成本，提高評(píng)估平臺(tái)的靈活性、可維護(hù)性以及開(kāi)發(fā)效率。其次，服務(wù)層是評(píng)估平臺(tái)和核心部分，主要負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)處理、算法計(jì)算、權(quán)限管理等功能。將服務(wù)層細(xì)分為能力服務(wù)層和應(yīng)用服務(wù)層兩部分。其中，能力服務(wù)層提供功能組件（例如數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等）、角色權(quán)限體系（用于用戶權(quán)限管理和訪問(wèn)控制）、模型算法引擎和開(kāi)放接口。應(yīng)用服務(wù)層基于能力服務(wù)層提供的組件和引擎，構(gòu)建具體點(diǎn)應(yīng)用功能，例如配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障預(yù)警、能效評(píng)估等。服務(wù)層采用大量基于組件封裝的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用功能開(kāi)發(fā)，這種分層結(jié)構(gòu)的各層次間的功能獨(dú)立且耦合度低。它將功能劃分為獨(dú)立的模塊，便于開(kāi)發(fā)和利用。通過(guò)角色權(quán)限體系保障平臺(tái)數(shù)據(jù)的安全性。最后，因?yàn)檎故緦邮窃u(píng)估平臺(tái)與用戶進(jìn)行交互的窗口，負(fù)責(zé)將服務(wù)層提供的數(shù)據(jù)和功能以直觀、友好的方式呈現(xiàn)給用戶。所以，本文主要利用展示層設(shè)計(jì)對(duì)各種功能模塊、數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一封裝，以統(tǒng)一界面交互方式，對(duì)事件和消息的處理、傳輸，把所有用戶有機(jī)地聯(lián)系在一起。為用戶提供直觀、友好的界面，節(jié)約學(xué)習(xí)成本。并且通過(guò)豐富的交互設(shè)計(jì)和視覺(jué)效果，提升了用戶的體驗(yàn)。

2.2 基于配電網(wǎng)工程參數(shù)集成分析的智慧化評(píng)估

本文主要是通過(guò)集成分析相關(guān)參數(shù)對(duì)配電網(wǎng)工程進(jìn)行評(píng)估。

電能損耗成本控制直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及能源使用效率。本文主要采用實(shí)施前同期綜合線損率為基準(zhǔn)的方法對(duì)其進(jìn)行分析，它可以量化評(píng)估電能損耗成本控制措施的經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)制定更加科學(xué)、合理的能源管理策略。計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

Fs=（k-k'）·q·f " " " " " " " （1）

式中：Fs為配電網(wǎng)工程在電能損耗成本控制方面的經(jīng)濟(jì)效益；k為工程實(shí)施前同期綜合線損率參數(shù)，它是在沒(méi)有采取任何電能損耗成本控制措施前，同一時(shí)期內(nèi)的綜合線損率，用于比較后續(xù)措施實(shí)施后的效果；k'為評(píng)價(jià)期工程的綜合線損率參數(shù)，它表示在采取了電能損耗成本控制措施滯后，評(píng)價(jià)期內(nèi)的綜合線損率，這個(gè)參數(shù)是評(píng)估措施效果的關(guān)鍵；q為售電量參數(shù)，它是計(jì)算電能損耗成本控制經(jīng)濟(jì)效益的重要參數(shù)之一；f為對(duì)應(yīng)的售電單價(jià)，它反映了電能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也是計(jì)算電能損耗成本控制經(jīng)濟(jì)效益的重要參數(shù)。

電能損失是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)，它直接影響企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本和供電質(zhì)量。本文主要以實(shí)施前同期停電損失為基準(zhǔn)，對(duì)電能損失成本控制方面的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，計(jì)算過(guò)程如公式（2）所示。

Fh=（Δp·Δt）·q'·f " " " " " " " （2）

式中：Fh為配電網(wǎng)工程在電能損失成本控制方面的經(jīng)濟(jì)效益；Δp為工程實(shí)施前后同期綜合停電率參數(shù)的差值；Δt為工程實(shí)施前后的綜合停電時(shí)長(zhǎng)參數(shù)差值；q'為通過(guò)電量。

Δp差值的絕對(duì)值越大，說(shuō)明工程在降低停電頻率方面取得的效果越明顯，Δt差值的絕對(duì)值越大，說(shuō)明工程在縮短停電時(shí)間方面取得的效果越顯著，q'越大，說(shuō)明電網(wǎng)的供電能力越強(qiáng)，同時(shí)降低停電損失和電能損失所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也越顯著。

本文以實(shí)施前同期萬(wàn)元資產(chǎn)運(yùn)維成本為基礎(chǔ)，對(duì)運(yùn)維成本控制方面的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，計(jì)算過(guò)程如公式（3）所示。

Fj=（Fb-Fa）=ΔT·Δc " " " " " " " （3）

式中：Fj為工程在運(yùn)維成本控制方面的經(jīng)濟(jì)效益；Fb和Fa分別為實(shí)施前后同期萬(wàn)元資產(chǎn)運(yùn)維成本；ΔT為實(shí)施前后的故障次數(shù)差值，它是評(píng)估工程在減少故障、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性方面效果的重要指標(biāo)。一個(gè)正的差值說(shuō)明故障次數(shù)有所減少，對(duì)提高運(yùn)維效率和降低成本具有積極意義；Δc為實(shí)施前后故障處理的單位成本差值，它反映了工程實(shí)施在提高故障處理效率、降低處理成本方面的效果。若差值為負(fù)，則說(shuō)明故障處理的成本有所降低，這對(duì)提高整體運(yùn)維經(jīng)濟(jì)效益是有利的。

按照上述方式，集成分析配電網(wǎng)工程參數(shù)，對(duì)工程作出評(píng)估。

3 測(cè)試與分析

3.1 測(cè)試環(huán)境

當(dāng)分析本文設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)的運(yùn)行性能時(shí)，以某實(shí)際的配電網(wǎng)工程數(shù)字化信息為基礎(chǔ)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。其中，參與測(cè)試的對(duì)照組分別為文獻(xiàn)[4]提出以工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為基礎(chǔ)的評(píng)估系統(tǒng)，文獻(xiàn)[5]提出以FCE-SEW模型為基礎(chǔ)的工程項(xiàng)目評(píng)估系統(tǒng)。

具體的測(cè)試配電網(wǎng)工程為某城市智能配電網(wǎng)升級(jí)項(xiàng)目，涉及該城市核心區(qū)域的配電網(wǎng)改造和升級(jí)，包括高壓變電站的二次降壓設(shè)備改造、中低壓配電網(wǎng)的線路新建與改造、配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)等。項(xiàng)目總投資額為1億元，預(yù)計(jì)建設(shè)周期為1年。對(duì)項(xiàng)目的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參數(shù)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)如下。1）停電損失：對(duì)應(yīng)平均每次停電損失約為10萬(wàn)元/次，年停電次數(shù)約170次。2）電能損耗：原電能損耗率約為8%，年用電量約5.0億kWh，對(duì)應(yīng)的電費(fèi)單價(jià)為平均0.6元/kWh。3）運(yùn)維成本：原運(yùn)維成本約1000萬(wàn)元/年。

在上述基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，對(duì)測(cè)試配電網(wǎng)工程的年度經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。

3.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果以1年為周期，分別從電能損失成本減少量、電能損耗成本減少量以及運(yùn)維成本減少量角度出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行綜合分析，并與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)信息如圖2所示。

結(jié)合圖2的測(cè)試結(jié)果可以看出，在3個(gè)不同的評(píng)估系統(tǒng)平臺(tái)下，采用本文設(shè)計(jì)平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)效益情況的輸出結(jié)果與實(shí)際值的擬合度最高。其中，在文獻(xiàn)[4]提出以工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為基礎(chǔ)的評(píng)估系統(tǒng)下，整體經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估結(jié)果與實(shí)際值的誤差為26.99萬(wàn)元，但是單個(gè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果最大誤差達(dá)到了26.84萬(wàn)元。在文獻(xiàn)[5]提出以FCE-SEW模型為基礎(chǔ)的工程項(xiàng)目評(píng)估系統(tǒng)下，雖然單個(gè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果誤差穩(wěn)定在23.0萬(wàn)元內(nèi)，但是整體誤差達(dá)到了54.86萬(wàn)元。相比之下，采用本文設(shè)計(jì)評(píng)估平臺(tái)，不僅對(duì)單個(gè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果誤差穩(wěn)定在10.0萬(wàn)元內(nèi)，且整體經(jīng)濟(jì)效益與實(shí)際值的差異也僅為17.48萬(wàn)元。綜合上述測(cè)試結(jié)果可以得出結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)能夠?qū)こ探?jīng)濟(jì)效益進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目工程智慧化評(píng)估平臺(tái)建設(shè)不僅有助于提高工程項(xiàng)目的安全性和效率，也可以通過(guò)優(yōu)化資源配置和提高工作效率，對(duì)成本進(jìn)行有效控制。本文提出數(shù)字化配電網(wǎng)工程智慧化評(píng)估平臺(tái)設(shè)計(jì)研究，對(duì)工程整體狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，能夠準(zhǔn)確反饋工程的實(shí)際情況。通過(guò)本文的研究，以期能為實(shí)際的配電網(wǎng)工程管理提供有價(jià)值的參考。

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