林躍茂，鄒 超，張偉仁，胡仁焱

(長江電力三峽梯調通信中心成都調控部，四川 成都 610094)

0 引言

隨著我國水利技術的發(fā)展，梯級水電站相關工程的數量逐漸增加[1]。初始的水電站大數據服務平臺的功能主要是匯總數據、設備控制及指令下達[2]。雖然可以完成基礎性的輔助工作，但是一旦出現(xiàn)復雜的管控情況，便無法達到預期的處理效果，影響水電站的工作效率。

B/S架構具有靈活、多變的特點，在實際應用的過程中，可以確保數據處理的精準度[3]，能夠保證部分復雜指令解析的完整性與系統(tǒng)性，對梯級水電站日常工作的監(jiān)測、輔助效果更佳[4]。因此，基于B/S架構，構建梯級水電站大數據服務平臺，并對平臺性能展開測試，可以確保最終處理結果的可靠性與穩(wěn)定性，進一步實現(xiàn)梯級水電站的智慧化運行[5]。

1 平臺硬件設計

1.1 PCI Express連接器設計

針對平臺的應用途徑及需求標準，PCI Express連接器應設定對應的承接硬件，營造穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)境[6]。為了避免電路混電，設計人員可以先在平臺電路中安裝限制裝置，然后在電路中接入同步動態(tài)存儲器，即SDRAM。主控電源的側后方需要安裝一個單片機，數據采集精度為12位，內部的芯片與限制裝置相互關聯(lián)。

設定此時電路的電壓為12 V，電壓的單值輸出差為2.35 V。安裝電擦除數據存儲器，構建數據傳輸單向地址，電路處于被監(jiān)測狀態(tài)。在電路的核心位置、初始位置以及主控電源處分別安裝一個16位的數據定時器，同時，在后方連接多處理器，并布設一定數量的接口，形成關聯(lián)鏈路及通道，具體的鏈路指標參數如下表1所示。

表1 鏈路及通道指標參數設定

根據表1，可以完成對鏈路及通道指標參數的設定。與此同時，在上述基礎之上，接入I/O線，與兼容UART 串行口形成閉合小型控制電路，與后方的電源端口連接，才形成一個定向的控制電路，接入PCI Express連接器，與插入卡形成雙向接口，形成PCI Express連接通道。在上述標定的連接器位置二次接入連接裝置，擴大系統(tǒng)的接入路徑，為后續(xù)的硬件構建奠定基礎。

1.2 ADC核心電路設計

系統(tǒng)初始電路中布設一個電流轉換裝置，設定此時的電流為1 200 A，轉換頻率為16位，吞吐速率設定在50～75 kSPS即可。PCI Express連接器與主控電源之間安裝循環(huán)承接卡板。采樣率為100 kSPS，極限電壓值設定在10 V左右。在核心電路中接入一個小型的ADC抗混疊濾波控制電路，設定帶寬為15 kHz。在電路中接入雙極低失真的運放 AD8599信號驅動器，在合理的范圍之內，擴大系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，確保指令執(zhí)行的速率。設定驅動器的量程驅動范圍，與前端電路形成雙向控制的元件運行機制，在ADC前端裝置的輔助和支持之下，形成雙控的基準電壓源電路。接入FPGA模塊，將 SER/PAR引腳拉高，以ADC控制裝置為引導，從高位開始，調整硬件的執(zhí)行順序，完成平臺硬件的設計與搭接。

2 平臺軟件設計

2.1 B/S架構下集控互備服務指令設計

本文采用B/S架構來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平臺結構，實現(xiàn)更加精細化的分析處理。針對梯級水電站的日常工作需求，需要設定單元執(zhí)行周期，將相關的工作任務組成便捷讀取的文件，以txt的形式轉換為特殊格式的引用文件，在完成字符處理之后，生成對應的執(zhí)行基礎指令。以此為基礎，在軟件架構中，設定數據分片，將轉換后的水電站服務數據按照相關規(guī)則進行劃分，并計算出大數據服務的集控比，具體如公式(1)所示。

(1)

公式(1)中：U表示集控比，e表示轉換率，β表示響應時間，d表示單元服務頻率。通過上述計算，最終可以得出實際的集控比。根據得出的集控比，可以了解到平臺對梯級水電站的控制狀態(tài)。

設定多層級的大數據服務功能模塊，利用B/S架構中的制備程序，將所獲取的數值及信息分別劃定在對應的平臺執(zhí)行層級之中，以特定的目標作為引導，形成集控互備服務指令。

2.2 分布式B/S服務數據庫設計

在平臺中安裝組態(tài)軟件IFIX4.5，在主控區(qū)域中關聯(lián)一個數據監(jiān)測導入程序，設定數值、信息的格式為單向傳輸，并形成Excel文件。在初始數據庫與傳輸通信道之間設立一個過程數據庫，將過程數據庫中的文件逐一發(fā)送到平臺控制單元。采用分布式結構，調整數據庫的執(zhí)行方式，設計分布式B/S服務數據庫的標定邏輯，具體如圖1所示。

圖1 分布式B/S服務數據庫的標定邏輯結構

在上述的平臺環(huán)境之下，將設計的B/S架構下集控互備服務指令以及功能梯級水電站服務模塊同時設定在數據庫之中，進一步細化平臺的執(zhí)行能力，提升服務效果，為智能化梯級水電站的建設奠定基礎。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試主要對B/S架構的梯級水電站大數據服務平臺的實際應用效果進行分析與研究?？紤]到最終測試結果的穩(wěn)定性與可靠性，本文選擇H梯級水電站作為測試的主要對象，同時，在相同的環(huán)境之下，針對水電站中不同的大數據服務項目，測定所設計平臺的實際應用效果，并對最終得出的結果展開分析。

3.1 測試準備

設定平臺的通道電壓范圍為3～5 V，ADC核心電路的電壓為5.5 V，USB接口芯片與PCI Express連接器搭接，以、串聯(lián)的形式關聯(lián)電源。使用示波器進行耦合處理，同時檢查電源芯片是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。對測定平臺進行通道信號調試、ADC 采集調試以及FPGA緩沖測定。針對H梯級水電站的置信需求及標準，在B/S架構下設定數據服務程序，并明確單個執(zhí)行指令的響應時間，一般需要控制在0.2～0.5 s。設定服務指令的基礎指標參數，具體如表2所示。

表2 指令指標數值調整設定

根據表2，可以完成對指令指標數值調整的設定與分析。與此同時，調整指令對H水電站的數據服務模式，營造穩(wěn)定的測試環(huán)境。核定測試的設備及平臺是否處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，并確保不存在影響最終測試結果的外部因素，核定無誤后，開始系統(tǒng)測試。

3.2 測試過程及結果分析

將所測定的水電站數據服務區(qū)域劃分為4個模塊，每一個模塊均為專業(yè)性的服務項目。準備300個服務任務測定系統(tǒng)，并在梯級水電站中布設一定數量的監(jiān)測節(jié)點。每一個監(jiān)測節(jié)點均為獨立的，且在實際應用的過程中，需要實現(xiàn)定向的關聯(lián)，以此來獲取對應的數據信息。在上述基礎之上，需要先計算出系統(tǒng)的單元處理差值，具體如下公式(2)所示：

(2)

公式(2)中：Y表示單元處理差值，θ1表示執(zhí)行比，a表示監(jiān)測節(jié)點數量，u表示核心執(zhí)行距離，θ2表示執(zhí)行誤差。通過上述計算，最終可以得出實際的單元處理差值。結合系統(tǒng)對項目的處理誤差，測定在相同的環(huán)境之下，同時處理不同數量的任務時，系統(tǒng)的服務響應時間，得出測試結果之后，進行進一步分析與驗證，具體如表3所示。

表3 測試結果比照分析

根據表3，可以完成對測試結果的分析與研究。與初始水電站服務平臺測試組相對比，本文所設計的B/S架構水電站服務平臺測試組最終測定出來的服務響應時間相對較短，表明平臺對水電站日常任務的執(zhí)行以及數據的匯總處理效果更佳，具有實際的應用價值。

4 結語

本文以B/S架構作為平臺的執(zhí)行基礎，結合梯級水電站日常的項目，設定標定的服務模塊，對數據及信息劃分得更加精細化、完整化，有利于營造更加多元化的平臺環(huán)境，進一步實現(xiàn)水電站的智能化創(chuàng)新，提升服務效果。