配網(wǎng)自動(dòng)化終端智能檢測(cè)技術(shù)分析

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司懷安縣供電分公司 王宇萌

引言

隨著配網(wǎng)的規(guī)模化建設(shè)，與終端檢測(cè)相關(guān)的工作項(xiàng)目更加復(fù)雜，不僅檢測(cè)項(xiàng)目較多，同時(shí)每個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目待檢測(cè)的構(gòu)件結(jié)構(gòu)也更加精密[1]。常規(guī)的終端檢測(cè)項(xiàng)目包括外觀檢測(cè)、端口檢測(cè)、性能檢測(cè)，但由于電力資源的需求用戶較多，導(dǎo)致終端覆蓋范圍較廣，造成終端維護(hù)較大。

在經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)推進(jìn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景下，大量的阻感負(fù)載與配網(wǎng)對(duì)接，對(duì)接后配網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生較多的諧波，此種諧波會(huì)造成傳輸?shù)碾妷夯兓蜇?fù)載不均衡，最終造成前端供電質(zhì)量下降，對(duì)電力需求用戶與電網(wǎng)運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)獲取造成負(fù)面干預(yù)[2]。因此，有必要及時(shí)采取有效的措施，定期進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化終端的智能檢測(cè)，以此種方式，提高配網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可持續(xù)性。

趙帥虎等[3]利用GIS 技術(shù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過協(xié)同建模的方式完成配電網(wǎng)自動(dòng)化分布，以此提高電力設(shè)備綜合管理能力。但該方法在執(zhí)行過程中需定時(shí)提交版本同步建模數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)上傳過程中容易造成數(shù)據(jù)丟包。

何山[4]通過EPON 通信技術(shù)完成雙向通信模式，提高終端設(shè)備及配網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控和處理能力，確保配網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。但在實(shí)際配網(wǎng)運(yùn)行過程中，由于計(jì)算量較大、算法造成運(yùn)算冗余，容易產(chǎn)生延時(shí)情況。所以目前相關(guān)此方面的研究在市場(chǎng)內(nèi)仍略顯不足。

為提高終端智能檢測(cè)結(jié)果精度、降低檢測(cè)誤差，本文將結(jié)合早期研究成果，提出一種針對(duì)終端的智能檢測(cè)技術(shù)，開展配網(wǎng)自動(dòng)化終端智能檢測(cè)技術(shù)的設(shè)計(jì)研究。使用電壓互感裝置，進(jìn)行配網(wǎng)運(yùn)行中電壓數(shù)據(jù)的采集，獲取配網(wǎng)自動(dòng)化終端狀態(tài)量后，對(duì)接遠(yuǎn)程通信端口，提供給信號(hào)傳輸信道。引進(jìn)多調(diào)度協(xié)同操作程序，創(chuàng)建智能檢測(cè)執(zhí)行指令，將檢測(cè)的結(jié)果傳輸?shù)紾PRS 網(wǎng)絡(luò)作為支撐，使用短信收發(fā)的方式進(jìn)行信號(hào)的傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的智能檢測(cè)。通過有效地檢測(cè)，掌握配網(wǎng)在運(yùn)行中的故障、異常與不足，從而為終端需求用戶供應(yīng)更加高質(zhì)量的電力資源與供電服務(wù)。

1 配網(wǎng)自動(dòng)化終端智能檢測(cè)技術(shù)分析

配網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化終端智能檢測(cè)，有利于提高配網(wǎng)自動(dòng)化終端狀態(tài)量采集與遠(yuǎn)程通信效果。選擇電壓互感裝置，采集配網(wǎng)的前端能量和功率等有效值，根據(jù)數(shù)值的特征完成電壓信號(hào)的集中處理，實(shí)現(xiàn)不同類型電壓信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。

采用多調(diào)度協(xié)同操作程序，設(shè)定智能檢測(cè)執(zhí)行指令，按照操作指示完成配網(wǎng)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的自檢流程。通過智能化界面獲取人機(jī)交互的檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化終端的智能檢測(cè)。配網(wǎng)自動(dòng)化終端智能檢測(cè)技術(shù)，可優(yōu)化配網(wǎng)負(fù)荷結(jié)果，提高檢測(cè)執(zhí)行效率，增強(qiáng)終端維護(hù)和交互處理能力，確保配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1 配網(wǎng)自動(dòng)化終端狀態(tài)量采集與遠(yuǎn)程通信

為了確保智能檢測(cè)工作的有序?qū)嵤?，需要在相關(guān)研究前完善智能終端的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合前端需求，做好終端的狀態(tài)量采集工作。為了滿足此方面需求，本文使用LCTV3.0-HYG100型號(hào)的電壓互感裝置進(jìn)行配網(wǎng)運(yùn)行中電壓數(shù)據(jù)的采集，此裝置的額定輸入電壓為220.0V，對(duì)應(yīng)的額定運(yùn)行頻率為50.0Hz，有效額定輸出電壓為0.5V。其中用于計(jì)量狀態(tài)量的芯片為ATT857770C，此芯片集成了二階段數(shù)，可通過對(duì)前端能量、功率等有效值的獲取，進(jìn)行電壓信號(hào)的集中處理。

為了避免在信號(hào)處理過程中信息量的丟失，在預(yù)設(shè)的芯片上增設(shè)了一個(gè)可用于高精度識(shí)別信號(hào)的SPI 接口，此接口不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息量的獲取，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)前端與后端的實(shí)時(shí)通信，確保儀表參數(shù)在設(shè)備中的高效率傳遞[5]。在進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化終端運(yùn)行狀態(tài)流量獲取時(shí)，所有參數(shù)信息均可通過接口錄入，并通過差分計(jì)量的方式傳輸給多個(gè)信道(圖1)。

圖1 配網(wǎng)自動(dòng)化終端運(yùn)行狀態(tài)量獲取原理

完成前端對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化終端運(yùn)行狀態(tài)量的獲取后，將信號(hào)傳輸信道與SIM300通信裝置中的GPRS模塊進(jìn)行對(duì)接，GPRS 模塊可在配網(wǎng)用戶負(fù)荷分析和電壓信號(hào)的集中處理過程中提高算法的計(jì)算能力，提升電力資源需求用戶處理效能，同時(shí)也能有效減少配網(wǎng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的諧波，降低電壓畸變或負(fù)載，確保配網(wǎng)前端供電質(zhì)量。此通信裝置可實(shí)現(xiàn)在900.0MHz、1800.0MHz、1900.0MHz 三種頻率下運(yùn)行，可提供給信號(hào)傳輸?shù)男诺拦灿?0.0個(gè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，以此種方式提高數(shù)據(jù)傳輸計(jì)量的精度，降低電壓信號(hào)在累加傳輸中的誤差。

1.2 創(chuàng)建智能檢測(cè)執(zhí)行指令

在完成配網(wǎng)自動(dòng)化終端狀態(tài)量采集與遠(yuǎn)程通信后，需要使用終端設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)智能檢測(cè)指令，對(duì)不同類型信號(hào)的配網(wǎng)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行有效自檢，完成配網(wǎng)自動(dòng)化終端狀態(tài)量的輸出。為了滿足此方面需求，引進(jìn)多調(diào)度協(xié)同操作程序，對(duì)應(yīng)的程序指令表達(dá)方式為μC/OS-II，此指令在運(yùn)行中可最多管理64項(xiàng)任務(wù)，并在操作指令時(shí)提供前端信號(hào)存儲(chǔ)、管理等多種功能[6]。

創(chuàng)建指令的過程如下：使用前端控制器構(gòu)成完整的支撐環(huán)境，在硬件環(huán)境的支撐下，開發(fā)μC/OS-II 指令運(yùn)行程序→初始化處理程序內(nèi)容與程序攜帶的相關(guān)引腳→初始化處理前端配網(wǎng)運(yùn)行中的參數(shù)量→外圍設(shè)備參數(shù)信息初始化處理→配網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行自檢（包括存儲(chǔ)器、校驗(yàn)表、傳感器等）→創(chuàng)建一個(gè)智能化檢測(cè)指令→啟動(dòng)配網(wǎng)多個(gè)終端的協(xié)同檢測(cè)任務(wù)→啟動(dòng)GPS 遠(yuǎn)程通信→狀態(tài)量獲取→狀態(tài)量識(shí)別→狀態(tài)量檢測(cè)→輸出狀態(tài)量。

按照上述方式進(jìn)行智能檢測(cè)執(zhí)行指令的創(chuàng)建，在此過程中應(yīng)注意的是，創(chuàng)建檢測(cè)指令中的主程序在運(yùn)行中可達(dá)成的功能或完成的操作，僅僅是實(shí)現(xiàn)多個(gè)變量的實(shí)時(shí)處理操作。要想確保指令在運(yùn)行中可達(dá)到既定的效果，還需在完成上述相關(guān)處理后啟動(dòng)程序內(nèi)核，將配網(wǎng)的主動(dòng)控制權(quán)交由操作端，以此種方式提高指令執(zhí)行的檢測(cè)效率。

創(chuàng)建智能檢測(cè)執(zhí)行指令可在配網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行自檢過程中提高檢測(cè)效率，降低運(yùn)行模式的識(shí)別時(shí)間和成本投入，有利于后續(xù)的人機(jī)交互檢測(cè)結(jié)果的傳輸，極大程度提高了遠(yuǎn)程有效傳輸?shù)陌踩院陀行浴?/p>

1.3 基于人機(jī)交互的檢測(cè)結(jié)果傳輸

智能檢測(cè)執(zhí)行指令有利于提高配網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行自檢交互性，能夠提高人機(jī)交互的檢測(cè)結(jié)果傳輸效果，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)檢測(cè)功能的延伸。為了實(shí)現(xiàn)將檢測(cè)結(jié)果高效率地傳輸?shù)角岸耍蛊錆M足配網(wǎng)智能化的檢測(cè)需求，可在智能檢測(cè)執(zhí)行指令的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)基于智能化界面的人機(jī)交互功能，進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果的產(chǎn)生。

人機(jī)交互的檢測(cè)結(jié)果傳輸以GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為支撐，使用短信收發(fā)的方式進(jìn)行信號(hào)的移動(dòng)。在此過程中，需要先進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果中攜帶信息的識(shí)別，倘若識(shí)別到待傳輸?shù)男畔榧兾谋拘畔ⅲ蓪⑷藱C(jī)交互界面與信號(hào)傳輸中的TEXT 端口進(jìn)行對(duì)接，盡管此端口用于傳輸信號(hào)的方式較為單一，但在傳輸中編碼的程序較為簡(jiǎn)單，可直接按照7.0/8.0/USC2.0等比特編碼方式進(jìn)行編程，編程后的程序具有較強(qiáng)的信息攜帶能力。

除上述提出的內(nèi)容，在檢測(cè)結(jié)果中攜帶信息的識(shí)別中，倘若識(shí)別到待傳輸?shù)男畔榉俏谋拘畔ⅲ枰獙⒔换ソ缑媾c常規(guī)傳輸端口進(jìn)行對(duì)接。完成對(duì)接后，操作界面點(diǎn)擊執(zhí)行指令，設(shè)定“AT+CNMI=2.0,2.0”，設(shè)置傳輸?shù)亩绦藕螅蛇M(jìn)行信號(hào)的直接傳輸。

當(dāng)信息通過中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)時(shí)，采集模塊將進(jìn)行信息的查詢，并在前端發(fā)出回復(fù)信息，當(dāng)終端接收指令與前端發(fā)送指令保持一致時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程有效傳輸。采集模塊能夠通過調(diào)整信號(hào)傳輸方式，強(qiáng)化檢測(cè)結(jié)果中的信息識(shí)別能力，提高信號(hào)移動(dòng)速率，同時(shí)還能夠降低配網(wǎng)信息數(shù)據(jù)丟包，保證檢測(cè)結(jié)果的完整性和一致性。以人機(jī)交互的方式完成對(duì)檢測(cè)結(jié)果的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化終端的智能檢測(cè)。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

結(jié)合本文上述論述內(nèi)容完成對(duì)檢測(cè)技術(shù)的理論設(shè)計(jì)后，為了驗(yàn)證該技術(shù)在真實(shí)配網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中的應(yīng)用效果，選擇以某地區(qū)電力企業(yè)為例，將本文提出的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到該配網(wǎng)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)其終端設(shè)備的智能檢測(cè)。已知該配網(wǎng)自動(dòng)化終端的運(yùn)行電流為5A/1A，運(yùn)行電壓為AC220V，選擇將本文檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)到的終端引腳電壓作為研究對(duì)象，對(duì)實(shí)際終端引腳電壓進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比實(shí)際電壓與本文檢測(cè)技術(shù)之間的差值，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)精度的驗(yàn)證。

終端引腳電壓的計(jì)算公式為：VBAT=1.256V(1+R1/R2)，式中，VBAT表示為配網(wǎng)自動(dòng)化終端實(shí)際電壓；1.256V 為配網(wǎng)自動(dòng)化終端單電壓供電量；R1和R2為終端實(shí)際低阻抗和高阻抗。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出該配網(wǎng)的終端實(shí)際電壓。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將某地區(qū)電力企業(yè)配網(wǎng)的終端實(shí)際電壓結(jié)果與本文檢測(cè)技術(shù)按照上述流程得出的電壓結(jié)果進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)過程中共完成對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化終端的五次檢測(cè)，分別記錄其相應(yīng)的單電壓供電量、低阻抗、高阻抗等參數(shù)，按照上述公式計(jì)算得出終端引腳電壓，并通過實(shí)際值與本文檢測(cè)結(jié)果得出的數(shù)值進(jìn)行相減，得到二者之間的差值，并將其對(duì)比結(jié)果記錄如表1。

表1 本文檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果記錄表

結(jié)合表1當(dāng)中五次檢測(cè)后得到的數(shù)據(jù)結(jié)果可看出，在進(jìn)行五次檢測(cè)過程中，利用本文檢測(cè)方法得到的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際值 之間差值均在±0.05V 范圍內(nèi)，并且在進(jìn)行第四次檢測(cè)時(shí)檢測(cè)結(jié)果差值為0。因此，通過上述實(shí)例進(jìn)一步證明，本文提出的檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用到真實(shí)配網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中，針對(duì)該環(huán)境內(nèi)的終端數(shù)字設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，得到的檢測(cè)結(jié)果精度更高，并且充分滿足配網(wǎng)運(yùn)行管理中心對(duì)檢測(cè)精度的需要。

由于本文提出的檢測(cè)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果傳輸時(shí)引入了人機(jī)交互模式，因此通過人機(jī)交互界面，管理人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備運(yùn)行電壓、電流、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，將本文提出的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到配網(wǎng)運(yùn)行管理當(dāng)中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)終端電壓的高精度檢測(cè)，同時(shí)還能夠結(jié)合得到的高精度檢測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并為各終端設(shè)備的運(yùn)行提供自動(dòng)跟蹤和補(bǔ)償服務(wù)，確保該地區(qū)配網(wǎng)整體的安全運(yùn)行。

綜上，本文從配網(wǎng)自動(dòng)化終端狀態(tài)量采集與遠(yuǎn)程通信、創(chuàng)建智能檢測(cè)執(zhí)行指令、基于人機(jī)交互的檢測(cè)結(jié)果傳輸三個(gè)方面，對(duì)智能檢測(cè)技術(shù)展開了設(shè)計(jì)。完成設(shè)計(jì)后，為了驗(yàn)證該技術(shù)在真實(shí)配網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中的應(yīng)用效果，選擇以某地區(qū)電力企業(yè)為例，將本文提出的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到該配網(wǎng)當(dāng)中。

經(jīng)過真實(shí)的檢驗(yàn)，證明本文提出的檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用到真實(shí)配網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中，針對(duì)該環(huán)境內(nèi)的終端設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)得到的檢測(cè)結(jié)果精度更高，并且充分滿足配網(wǎng)運(yùn)行管理中心對(duì)檢測(cè)精度的需要。