摘 要：現(xiàn)有變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)易受服務(wù)器邏輯運(yùn)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(jì)了一種全新的變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)。硬件部分設(shè)計(jì)了G620信息采集器和SRAM存儲(chǔ)芯片，軟件部分利用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建了運(yùn)檢一體化信息管理架構(gòu)，生成了變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理通信流程，從而實(shí)現(xiàn)了變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理。測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)平臺(tái)各個(gè)功能模塊運(yùn)行效果較好，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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

中圖分類號(hào)：TP29；TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）02-0-03

0 引 言

變電站是電力輸送的集結(jié)點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有重要影響[1]。在工業(yè)化背景下，我國(guó)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(yùn)行[3]。對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化進(jìn)行管理，可以將變電站設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)工作整合到一個(gè)管理框架下，及時(shí)處理設(shè)備的故障，降低設(shè)備的維護(hù)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(tái)的局限性較高，無法滿足該變電站的運(yùn)檢一體化要求。在該背景下，本文設(shè)計(jì)了一種全新的變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 G620信息采集器

在變電站設(shè)備運(yùn)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(yùn)維信息，并對(duì)信息進(jìn)行有效存儲(chǔ)與傳輸，提高平臺(tái)的綜合運(yùn)行性能[5]。因此，本文選取G620信息采集器作為平臺(tái)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(chǔ)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(yùn)維一體化信息管理平臺(tái)的運(yùn)行流暢性。

1.2 SRAM存儲(chǔ)芯片

為解決變電站設(shè)備運(yùn)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(yùn)檢一體化信息管理的效率，本文選取SRAM芯片作為核心存儲(chǔ)芯片，可高效訪問變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息，實(shí)現(xiàn)信息擴(kuò)展分析。SRAM存儲(chǔ)芯片主要通過IC完成前端設(shè)計(jì)，將netlist作為存儲(chǔ)終端，規(guī)劃RTL存儲(chǔ)代碼，因此其存儲(chǔ)邏輯良好，可以對(duì)待存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先驗(yàn)證，確保其滿足存儲(chǔ)的時(shí)間約束要求。除此之外，SRAM存儲(chǔ)芯片使用Encounter作為存儲(chǔ)數(shù)字后端設(shè)計(jì)工具，符合標(biāo)準(zhǔn)的單元布局，能進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析。在運(yùn)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(chǔ)激勵(lì)信號(hào)，進(jìn)一步降低存儲(chǔ)成本，提高運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)的綜合運(yùn)行性能[7]。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建運(yùn)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(yùn)檢參數(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸，實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(yùn)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(qǐng)求進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化反饋；業(yè)務(wù)邏輯層主要進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集，通過Windows Service進(jìn)行封裝處理，快速處理交互層請(qǐng)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(yùn)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(tái)的相關(guān)組件，保證了平臺(tái)的運(yùn)行可靠性[8]。

2.2 生成變電站設(shè)備運(yùn)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(tái)易受服務(wù)器邏輯運(yùn)算狀態(tài)影響，從而出現(xiàn)功能模塊運(yùn)行異常的問題，本文借助事件（Event）/委托（Delegate）機(jī)制，生成了變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理通信流程，并確定不同時(shí)刻下信息管理平臺(tái)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(jìn)行通信業(yè)務(wù)交換，因此，需要計(jì)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(jī)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?；诖?，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(dòng)通信狀態(tài)參數(shù)；F代表通信冗余參量。基于上述參數(shù)，生成的變電站設(shè)備運(yùn)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(shí)際管理過程中，可以對(duì)平臺(tái)內(nèi)部的事件進(jìn)行委托，根據(jù)委托關(guān)系獲取控制指令，及時(shí)對(duì)管理指令進(jìn)行更新。本文設(shè)計(jì)的一體化信息管理平臺(tái)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(tái)的信息管理與通信反饋效果[9]。

3 平臺(tái)測(cè)試

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

根據(jù)上述平臺(tái)測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)測(cè)試。此時(shí)，在上述環(huán)境中運(yùn)行本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)，得到的平臺(tái)測(cè)試結(jié)果見表1。

由表1可知，本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)在不同測(cè)試功能下的運(yùn)行狀態(tài)均較好，通過了平臺(tái)測(cè)試，由此證明了本文設(shè)計(jì)的變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)應(yīng)用性能良好，具有一定可靠性，應(yīng)用價(jià)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(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)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(yùn)行監(jiān)控、故障診斷、維修管理等功能模塊，能對(duì)變電站運(yùn)檢一體化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、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(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)的運(yùn)行流暢性較低，功能模塊運(yùn)行異常，因此，本文借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種全新的變電站設(shè)備運(yùn)檢一體化信息管理平臺(tái)。平臺(tái)測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的信息管理平臺(tái)性能良好，具有較高可靠性，可為實(shí)現(xiàn)變電站的智能化管理做出一定的貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：林雙雙（1993—），女，浙江溫州人，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作。

收稿日期：2024-01-26 修回日期：2024-03-06