郭子培，蔣再新，黃勝幫，唐彰蔚，周柏樂

（1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司欽州供電局，廣西欽州 535000；2.深圳市鼎信智慧科技有限公司，廣東深圳 518116）

邊緣計(jì)算是就近提供端口服務(wù)的應(yīng)用算法，在靠近數(shù)據(jù)源頭或信息輸入端的一側(cè)，常設(shè)置開放型網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，一方面，使得連接程序能夠更快傳輸數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生響應(yīng)，另一方面，也可更高滿足網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)于信息參量的傳輸與存儲(chǔ)需求[1]。對(duì)于區(qū)域性電網(wǎng)組織或輸電供應(yīng)平臺(tái)而言，邊緣計(jì)算法則必須在多個(gè)物理實(shí)體結(jié)構(gòu)的作用下，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息參量的按需分揀，且由于頂端云服務(wù)主機(jī)元件的存在，所有已成生的歷史信息都可被直接存儲(chǔ)于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫之中，不但避免了混亂信息互傳行為的出現(xiàn)，也可以從根本上解決網(wǎng)絡(luò)主機(jī)容納能力不足的問題[2-3]。

在輸電網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，由于電信號(hào)攻擊等外界干擾行為的存在，供應(yīng)電流極易在個(gè)別位置處出現(xiàn)過量泄露的情況，從而導(dǎo)致電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于傳輸電量的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力下降。為解決此問題，基于邊云協(xié)同的監(jiān)控系統(tǒng)通過3dsMax 軟件對(duì)電信號(hào)傳輸與反饋環(huán)境進(jìn)行建模，再借助Eclipse 工具，傳輸電量信號(hào)所處的實(shí)時(shí)傳輸位置，并依靠輸入信道，將這些信息參量反饋回核心電網(wǎng)主機(jī)元件之中[4]。然而此系統(tǒng)對(duì)于電流泄露行為的控制能力并不能完全達(dá)到實(shí)際應(yīng)用需求，導(dǎo)致系統(tǒng)主機(jī)在可視化監(jiān)控方面的適應(yīng)能力相對(duì)較弱。為避免上述情況的發(fā)生，引入邊緣計(jì)算法則，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種新型輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)。

1 輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 輸電監(jiān)控回路

輸電監(jiān)控回路以MAX811T 芯片、L-Bank 裝置作為核心搭建元件，能夠在電流輸入端與電流輸出端之間，通過電量傳輸行為變更的處理方式，控制供應(yīng)電流的實(shí)時(shí)輸出量，從而滿足電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于電量傳輸行為的可視化監(jiān)控需求。MAX811T 芯片同時(shí)監(jiān)管多個(gè)連接電阻，可在感知電流傳輸水平的同時(shí)，記錄電量信號(hào)的擊穿作用強(qiáng)度[5-6]。L-Bank 裝置則主要負(fù)責(zé)對(duì)傳輸電量進(jìn)行疏導(dǎo)與分流，可將未完全消耗的電流平均分配至已連接電阻元件之中，再借助復(fù)位器裝置，將這些電量信號(hào)整合成全新的傳輸形式，以供電網(wǎng)主機(jī)的選取與利用。具體回路連接結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 輸電監(jiān)控回路連接示意圖

輸電控制主機(jī)作為唯一與監(jiān)控回路相連的下級(jí)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確記錄電量信號(hào)的實(shí)時(shí)消耗情況，并可將記錄信息直接反饋給電網(wǎng)核心控制元件。

1.2 連接設(shè)置模塊

在輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)中，連接設(shè)置模塊可同時(shí)管控輸電量、電流信息、通道寬度、監(jiān)控原則等多項(xiàng)指標(biāo)參量，且可以在邊緣計(jì)算作用的支持下，規(guī)劃可視化監(jiān)控主機(jī)的實(shí)際執(zhí)行強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流泄露行為的有效管控[7]。輸電量、電流信息與通道寬度同屬于硬性規(guī)定指標(biāo)，可直接作用于核心輸電控制主機(jī)，對(duì)于連接設(shè)置模塊而言，上述物理指標(biāo)的數(shù)值水平越高，則表示監(jiān)控主機(jī)對(duì)于傳輸電流的管控作用能力越強(qiáng)，反之則越弱[8]。詳細(xì)的連接設(shè)置模塊功能結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 連接設(shè)置模塊的功能結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控原則設(shè)置結(jié)果屬于非硬性規(guī)定指標(biāo)，對(duì)于核心輸電控制主機(jī)的連接能力，只能起到一定的影響與約束作用。

1.3 監(jiān)控信息查詢模塊

監(jiān)控信息查詢模塊的執(zhí)行功能主要?jiǎng)澐譃槿缦氯悾?/p>

1）對(duì)于已存儲(chǔ)的電流供應(yīng)信息，查詢模塊可根據(jù)邊緣計(jì)算法則，對(duì)當(dāng)前情況下的主體監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行定義，從而滿足核心電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于傳輸電量信號(hào)的可視化管控需求。

2）對(duì)于未存儲(chǔ)的電流供應(yīng)信息，查詢模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)這些數(shù)據(jù)參量進(jìn)行封裝處理，并可將這些物理信息反饋回連接設(shè)置模塊，以供核心輸電主機(jī)的繼續(xù)調(diào)取與利用[9]。

3）由于輸電通道的實(shí)時(shí)容納能力具有較強(qiáng)的不確定性，所以監(jiān)控信息查詢模塊中指令文件的輸出行為并不能保持絕對(duì)穩(wěn)定的存在狀態(tài)。

2 輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 Unity 3D引擎

Unity 3D 引擎是具有三維渲染能力的圖像復(fù)原軟件，可對(duì)監(jiān)控主機(jī)所捕獲的輸電信號(hào)進(jìn)行二次加工與處理，并可根據(jù)邊緣計(jì)算原則，將個(gè)別節(jié)點(diǎn)參量放置在準(zhǔn)確的監(jiān)控位置之中[10-11]。在輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)中，Unity 3D 引擎始終保持多平臺(tái)共通的連接形式，可同時(shí)與連接設(shè)置模塊、監(jiān)控信息查詢模塊保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸關(guān)系，且在整個(gè)監(jiān)控過程中，引擎元件對(duì)于輸電信號(hào)的處理必須遵循邊緣計(jì)算原則。

設(shè)s表示基于邊緣計(jì)算原則的輸電節(jié)點(diǎn)編碼條件，xs表示編碼節(jié)點(diǎn)s的橫坐標(biāo)，ys表示編碼節(jié)點(diǎn)s的縱坐標(biāo)，x0表示初始監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y0表示初始監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的縱坐標(biāo)。聯(lián)立上述物理量，可將Unity 3D 引擎連接原則表示為：

式中，g表示基于邊緣計(jì)算原則的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)橫坐標(biāo)協(xié)調(diào)系數(shù)，j表示基于邊緣計(jì)算原則的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)縱坐標(biāo)協(xié)調(diào)系數(shù)。在邊緣計(jì)算原則作用強(qiáng)度保持不變的情況下，g、j的取值結(jié)果也始終保持不變。

2.2 數(shù)據(jù)流采集

數(shù)據(jù)流是指輸電通道監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸，在可視化監(jiān)控系統(tǒng)中，只有保障數(shù)據(jù)流采集結(jié)果的唯一性，才能有限避免供應(yīng)電流出現(xiàn)過量泄露的表現(xiàn)行為[12]。在不考慮其他干擾條件下，數(shù)據(jù)流采集結(jié)果會(huì)受到輸電信號(hào)單位傳輸量、電量監(jiān)控指征兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響[13]。輸電信號(hào)的單位傳輸量可表示為ΔK，在邊緣計(jì)算原則的支持下，可認(rèn)為該項(xiàng)物理指標(biāo)的取值量越大，最終所得的數(shù)據(jù)流采集結(jié)果也就越接近其物理最小值。電量監(jiān)控指征由最大值dmax、最小值dmin兩部分組成，一般來說，極值指標(biāo)之間的物理差值越大，數(shù)據(jù)流采集結(jié)果也就越接近其物理最大值。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將數(shù)據(jù)流采集結(jié)果表示為：

式中，e表示邊緣計(jì)算系數(shù)的初始取值結(jié)果，ω表示可視化監(jiān)控系數(shù)，f表示特定的輸電信號(hào)取值特征。在考慮邊緣計(jì)算法則的影響下，輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須以數(shù)據(jù)流采集結(jié)果作為核心參考條件[14]。

2.3 邊緣信息過濾

邊緣信息過濾是輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵執(zhí)行環(huán)節(jié)，可根據(jù)邊緣計(jì)算原則，對(duì)已存儲(chǔ)的輸電信號(hào)參量進(jìn)行篩選，并從中剔除非必要的數(shù)據(jù)信息，從而大幅緩解系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機(jī)所面臨的信息存儲(chǔ)壓力[15-16]。

規(guī)定v、m表示兩個(gè)不同的輸電信號(hào)邊緣化分布系數(shù)，在可視化監(jiān)控系統(tǒng)的作用下，v≠m的不等式取值結(jié)果恒成立。c1、c2、…、cn表示n個(gè)不同的電量信號(hào)過濾權(quán)重值，一般來說，系數(shù)n的取值結(jié)果越大，與之對(duì)應(yīng)的過濾指標(biāo)權(quán)重等級(jí)也就越高。聯(lián)立式（2），可將基于邊緣計(jì)算原則的電量信息過濾表達(dá)式定義為：

式中，β表示電量信息的可視化判別系數(shù)，Hˉ表示輸電通道內(nèi)的電量信號(hào)傳輸均值。在邊緣計(jì)算原則的支持下，電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于傳輸信息參量的過濾能力越強(qiáng)，輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力也就越強(qiáng)。

3 實(shí)例分析

為驗(yàn)證基于邊緣計(jì)算的輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。選取一臺(tái)運(yùn)行能力相對(duì)穩(wěn)定的電力供應(yīng)主機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將其置于完整的輸電規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)中。單位時(shí)間內(nèi)的供應(yīng)電流泄露量能夠反映電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于輸電通道內(nèi)電量傳輸行為的可視化監(jiān)控能力，一般情況下，供應(yīng)電流的單位泄露量越少，則表示電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于輸電通道內(nèi)電量傳輸行為的可視化監(jiān)控能力越強(qiáng)，反之則越弱。

表1 記錄了單位時(shí)間內(nèi)供應(yīng)電流泄露量的理想化數(shù)值水平。

表1 電流泄露量的理想數(shù)值

分析表1可知，實(shí)驗(yàn)取15 min作為一個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)。在第一個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，供應(yīng)電流泄露量始終保持絕對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值存在狀態(tài)，且其均值水平相對(duì)較低；從第二個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)開始，供應(yīng)電流泄露量始終保持不斷上升的數(shù)值變化趨勢(shì)，且其單位上升幅度基本保持一致。全局最大值2.6 mA 與全局最小值0.8 mA相比，上升了1.8 mA。

圖3 反映了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組供應(yīng)電流泄漏量在前兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的數(shù)值變化情況。

分析圖3 所示曲線可知，在前兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組供應(yīng)電流泄漏量保持不斷上升的數(shù)值變化態(tài)勢(shì)，但其整體均值水平相對(duì)較低，全局最大值僅能達(dá)到1.09 mA，與理想最大值1.5 mA 相比，下降了0.41 mA；對(duì)照組供應(yīng)電流泄漏量雖然也保持不斷上升的數(shù)值變化態(tài)勢(shì)，但其整體均值水平相對(duì)較高，全局最大值達(dá)到了1.72 mA，與理想最大值1.5 mA 相比，上升了0.22 mA，更遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)組數(shù)值水平。

圖4 反映了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組供應(yīng)電流泄露量在前后個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的數(shù)值變化情況。

圖4 供應(yīng)電流泄漏量（后兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)）

分析圖4 所示曲線可知，在后兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組供應(yīng)電流泄漏量在一段時(shí)間的上升狀態(tài)后，開始逐漸趨于穩(wěn)定，其全局最大值僅能達(dá)到2.0 mA，與理想最大值2.6 mA 相比，下降了0.6 mA；對(duì)照組供應(yīng)電流泄漏量則呈現(xiàn)上升、下降交替出現(xiàn)的數(shù)值變化形式。其全局最大值達(dá)到了2.65 mA，與理想最大值2.6 mA 相比，上升了0.05 mA，更遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)組數(shù)值水平。

4 結(jié)束語

在邊緣計(jì)算原則的作用下，信息輸電通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)重新定義了輸電監(jiān)控回路的作用能力，又聯(lián)合連接設(shè)置模塊與監(jiān)控信息查詢模塊，設(shè)置了Unity 3D 引擎的布局形式。對(duì)于電信號(hào)數(shù)據(jù)流而言，由于邊緣計(jì)算原則的存在，個(gè)別信息參量能夠得到準(zhǔn)確過濾，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)供應(yīng)電流泄露行為的有效控制，也可以滿足電網(wǎng)主機(jī)對(duì)于輸電通道內(nèi)電量傳輸行為進(jìn)行可視化監(jiān)控的實(shí)際應(yīng)用需求。