基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺

摘 要：現(xiàn)有變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺易受服務(wù)器邏輯運算狀態(tài)影響，無法滿足應(yīng)用要求，為解決這一問題，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了一種全新的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺。硬件部分設(shè)計了G620信息采集器和SRAM存儲芯片，軟件部分利用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建了運檢一體化信息管理架構(gòu)，生成了變電站設(shè)備運檢一體化信息管理通信流程，從而實現(xiàn)了變電站設(shè)備運檢一體化信息管理。測試結(jié)果表明，設(shè)計平臺各個功能模塊運行效果較好，具有一定的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；變電站設(shè)備；運檢一體化；信息管理平臺；G620信息采集器；SRAM存儲芯片；信息管理架構(gòu)

中圖分類號：TP29；TM774 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）02-0-03

0 引 言

變電站是電力輸送的集結(jié)點，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有重要影響[1]。在工業(yè)化背景下，我國的變電站設(shè)備組成越來越復(fù)雜，包括各種各樣的變壓器、互感器、母線等，這些設(shè)備在電能轉(zhuǎn)換過程中均能發(fā)揮相關(guān)作用，提高了電力系統(tǒng)的供配電安全性[2]。研究表明，很多變電站的一次設(shè)備暴露在外，易受自然環(huán)境和人為操作影響，導(dǎo)致短路等故障，不利于電力系統(tǒng)的正常運行[3]。對變電站設(shè)備運檢一體化進行管理，可以將變電站設(shè)備的運行和維護工作整合到一個管理框架下，及時處理設(shè)備的故障，降低設(shè)備的維護成本[4]。受區(qū)域發(fā)展水平的限制，很多變電站的智能化信息管理平臺的局限性較高，無法滿足該變電站的運檢一體化要求。在該背景下，本文設(shè)計了一種全新的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺。

1 硬件設(shè)計

1.1 G620信息采集器

在變電站設(shè)備運檢一體化信息管理的過程中，需要不斷采集來自不同變電站設(shè)備的運維信息，并對信息進行有效存儲與傳輸，提高平臺的綜合運行性能[5]。因此，本文選取G620信息采集器作為平臺的信息采集硬件。G620信息采集器的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，該信息采集器將控制電路作為采集核心，利用RS 485通信信道執(zhí)行信息采集指令，完成上下行通信，將采集后的數(shù)據(jù)傳輸至主站中[6]。G620信息采集器使用Cortex-M3處理中心作為內(nèi)核，支持FLASH閃存，在存儲過程中，可以由10/100 Mb/s以太網(wǎng)通道與UART等串口連接，因此，其能大幅提高運維一體化信息管理平臺的運行流暢性。

1.2 SRAM存儲芯片

為解決變電站設(shè)備運維一體化信息管理過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)異常問題，提高運檢一體化信息管理的效率，本文選取SRAM芯片作為核心存儲芯片，可高效訪問變電站設(shè)備運檢一體化信息，實現(xiàn)信息擴展分析。SRAM存儲芯片主要通過IC完成前端設(shè)計，將netlist作為存儲終端，規(guī)劃RTL存儲代碼，因此其存儲邏輯良好，可以對待存儲的數(shù)據(jù)進行預(yù)先驗證，確保其滿足存儲的時間約束要求。除此之外，SRAM存儲芯片使用Encounter作為存儲數(shù)字后端設(shè)計工具，符合標(biāo)準(zhǔn)的單元布局，能進行靜態(tài)時序分析。在運檢一體化信息管理的過程中，其可以利用CMOS邏輯電路觸發(fā)存儲激勵信號，進一步降低存儲成本，提高運檢一體化信息管理平臺的綜合運行性能[7]。

2 軟件設(shè)計

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建運檢一體化信息管理架構(gòu)

利用部署的傳感器獲取變電站設(shè)備的運檢參數(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸，實現(xiàn)運檢信息的智能整合。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了運檢一體化信息管理架構(gòu)，具體如圖2所示。

由圖2可知，用戶交互層主要提供數(shù)據(jù)采集、信息控制、終端交互等操作服務(wù)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)請求進行數(shù)據(jù)可視化反饋；業(yè)務(wù)邏輯層主要進行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集，通過Windows Service進行封裝處理，快速處理交互層請求，套接Socket通信服務(wù)；數(shù)據(jù)層主要利用ADO組件的邏輯功能與數(shù)據(jù)庫建立連接，發(fā)送信息一體化管理指令，快速執(zhí)行信息管理任務(wù)。上述構(gòu)建的運檢一體化信息管理架構(gòu)能獲取準(zhǔn)確的服務(wù)信息，快速調(diào)用平臺的相關(guān)組件，保證了平臺的運行可靠性[8]。

2.2 生成變電站設(shè)備運檢一體化信息管理通信流程

為解決常規(guī)的變電站設(shè)備一體化信息管理平臺易受服務(wù)器邏輯運算狀態(tài)影響，從而出現(xiàn)功能模塊運行異常的問題，本文借助事件（Event）/委托（Delegate）機制，生成了變電站設(shè)備運檢一體化信息管理通信流程，并確定不同時刻下信息管理平臺的業(yè)務(wù)邏輯層次分布關(guān)系。生成的概率密度函數(shù)f（x）如式（1）所示：

（1）

式中：λ代表信息管理業(yè)務(wù)分量；ex代表通信業(yè)務(wù)邏輯均值。在信息管理的過程中，需要進行通信業(yè)務(wù)交換，因此，需要計算不同分組中的通信業(yè)務(wù)總量PacketSize，如式（2）所示：

（2）

式中：P代表隨機通信業(yè)務(wù)分組變量；M代表允許的最大通信業(yè)務(wù)分組。基于此，確定了信息管理通信業(yè)務(wù)目標(biāo)轉(zhuǎn)移值PA，其如式（3）所示：

（3）

式中：Q代表有限通信狀態(tài)集合；Σ*代表添加到通信流程的狀態(tài)集合；Δ代表通信處理單元；S代表自動通信狀態(tài)參數(shù)；F代表通信冗余參量?；谏鲜鰠?shù)，生成的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理通信流程如圖3所示。

由圖3可知，上述通信流程符合Socket接收邏輯，能快速發(fā)送信息管理指令，并接收相關(guān)的反饋結(jié)果。在實際管理過程中，可以對平臺內(nèi)部的事件進行委托，根據(jù)委托關(guān)系獲取控制指令，及時對管理指令進行更新。本文設(shè)計的一體化信息管理平臺將事件、委托、服務(wù)作為事件委托功能類，執(zhí)行監(jiān)聽、回調(diào)通信操作，最大程度提高了一體化信息管理平臺的信息管理與通信反饋效果[9]。

3 平臺測試

為驗證設(shè)計平臺的實際運行性能，本文結(jié)合測試需求配置了基礎(chǔ)測試環(huán)境，測試平臺各項功能的運行狀態(tài)。本文選取HoloLens作為測試輔助軟件，配置了符合測試預(yù)期目標(biāo)的測試環(huán)境。測試硬件的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫主機均為HP Server S300 Windows Server，客戶端主機使用Windows 7作為操作系統(tǒng)。測試軟件數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2016，選擇NET Framework 4.5版。平臺測試選用HP LoadRunner作為基礎(chǔ)測試工具，由TCP/IP 以太網(wǎng)進行通信網(wǎng)絡(luò)支持。在測試前，根據(jù)待測試的業(yè)務(wù)功能進行測試模擬，調(diào)整測試軟硬件的測試參數(shù)，再利用HP LoadRunner及HoloLens進行并行數(shù)據(jù)采集，模擬SCADA通信狀態(tài)，對變電站設(shè)備進行運檢一體化調(diào)度。除此之外，在測試過程中，啟動事件/委托通信機制，正確讀取測試指令，完成測試控制交互[10]。本文模擬了若干個終端用戶信息管理環(huán)境，設(shè)置了1 000個并發(fā)量，調(diào)整了并發(fā)壓力時間，進行了迭代加壓（Win32 Application測試模式）。待上述步驟完成后，使用Eclipse處理測試連接接口，生成Hadoop測試集群，記錄平臺的運行狀態(tài)，得到有效的平臺測試結(jié)果。

根據(jù)上述平臺測試環(huán)境，進行變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺測試。此時，在上述環(huán)境中運行本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺，得到的平臺測試結(jié)果見表1。

由表1可知，本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺在不同測試功能下的運行狀態(tài)均較好，通過了平臺測試，由此證明了本文設(shè)計的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺應(yīng)用性能良好，具有一定可靠性，應(yīng)用價值較高。

4 結(jié) 語

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，越來越多的變電站開始采用智能化技術(shù)對設(shè)備進行運檢一體化管理，建立了各種規(guī)模的信息化管理系統(tǒng)。這些信息化管理系統(tǒng)通常包括設(shè)備管理、運行監(jiān)控、故障診斷、維修管理等功能模塊，能對變電站運檢一體化數(shù)據(jù)進行采集、存儲、分析。受變電站設(shè)備通信環(huán)境等條件限制，大多數(shù)常規(guī)的運檢一體化信息管理平臺的運行流暢性較低，功能模塊運行異常，因此，本文借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計了一種全新的變電站設(shè)備運檢一體化信息管理平臺。平臺測試結(jié)果表明，設(shè)計的信息管理平臺性能良好，具有較高可靠性，可為實現(xiàn)變電站的智能化管理做出一定的貢獻。

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作者簡介：林雙雙（1993—），女，浙江溫州人，碩士，工程師，研究方向為電網(wǎng)設(shè)備運行維護工作。

收稿日期：2024-01-26 修回日期：2024-03-06