基于泛在电力物联网的电力运维平台设计与实现

基于泛在电力物联网的电力运维平台设计与实现

胡 ,帅

国网沁县供电公司 山西 沁县 046400

摘要：电力企业的设备运行维护是电力企业生产经营的关键环节。由于当前电力设备数量增加，系统复杂，种类繁多，涉及的供应商众多等特殊情况，为了保证电力设备的稳定运行，对系统的应用和管理显得十分重要，因此提出以电力运营为主要内容的平台。

关键词：物联网；电力

1 电力运维平台硬件设计

依据可靠、创新、实用和联机扩展等原则，分别从硬件、数据库、软件三个方面实现了电力运行平台的优化设计。与泛在电力物联网结构相结合，可确定如图1所示的电力运维硬件平台的基本设计结构。

图1 电力运维硬件框图 

从图中可以看出，电力物联网传感器是最基本的信息获取模块。该系统包括数字式温度传感器、电能计量传感器和继电器。从实用性和经济性两方面考虑，单片机采用S3C2240A单片机作为网关处理器，实现了数据处理和转换。并与网关微处理器S3C2240A连接，协调控制芯片CC2530可以完成数据和指令的传送。

1.1 电力物联通信网络

图2 系统网络拓扑图

电网设备运行维护管理过程中，需要将电网线路信息、检修维护设备位置信息以及维护信息实时保存到后台数据库中，以便更好地提高数据的安全性，将需要通过防火墙系统后台数据库服务器和来自外部网络的Web服务器，全部访问用户或通过网络进行数据后，对用户进行相关的身份验证和授权功能操作。如图2所示，电力运维系统的网络拓扑结构设计。

1.2 USB转串口通信电路

为了方便CC2530控制器内核和网关芯片S3C2440A的软件编译、调试和下载，需要将控制芯片与计算机串行接口连接起来。很少有便携式计算机可以配备串行端口，因此需要将USB接口转换为串行端口。在实际设计中选用PL2303LX芯片来完成转换。为了给芯片提供时钟，需要一个12米时钟振荡器电路，该电路输出TTL电平并使CC2530控制器直接连接以完成数据传输。该芯片内置控制器、振荡器、收发器，实现USB与RS232之间的信号转换，无需其他元器件，器件集成度低。PL2303LX信号传输是双向的，PC机可以将USB数据信息信号通过PL2303LX芯片转换成RS232串行接口模式信息再发送出去，反之亦然，外部的RS232模式信息通过PL2303LX芯片自动转换成USB信息流，供PC机使用。

2 电力运维平台数据库设计

根据电力运维平台中各实体之间的关系，设计E-R图，其中平台的E-R图主要包括电站台账信息实体、线路台账信息实体、电力负荷信息实体、巡检卡信息实体、巡检记录信息实体、巡检任务信息实体、巡检统计信息实体和用户信息实体等。在该ER图中用实际用户代替的系统用户信息实体，包括维修统计人员、任务负责人和巡检员等。对于系统数据库操作，巡查员主要对巡查员的巡查表信息实体进行登记，对电站台账信息和线路台账信息进行查询，并接受巡查员安排的巡查任务。主要负责信息实体的巡检和操作。巡检任务信息实体与电力负荷信息实体、巡检卡片信息实体和检修统计信息实体有一定的相关性。大修统计员对大修统计实体进行统计操作。图5显示了具体的系统E-R图设计结果。

图3 数据库实体-关系图 

表1 电网负荷信息表

基于图3所示的实体关系，可得到相应数据库的设计结构。其中以电力负荷信息表为例，该信息表主要用于对电网进行负荷预测，所涉及的电网负荷信息包括：负荷编号，线路编号，电站编号，地区负荷，工业负荷，用户负荷，负荷预测类型，负荷预测结果，预测方法等。表1显示了特定数据库表设计的结果。

同理可以得出电力运维平台中用户信息、巡视记录信息、检修任务信息以及检修统计信息等对应的数据库表，并按照数据库表之间的逻辑结构将其存储在对应的存储位置上。

3 电力运维平台软件功能设计

电力设备运维管理系统的主要功能模块包括：设备信息维护、人员信息管理、设备信息及人员信息查询、设备信息日常管理、设备信息统计分析，利用无处不在的电力物联网及相关硬件设备，实现了电力线路和设备的实时数据采集，并在此基础上实现了电网的运行管理功能。

3.1 构建泛在电力物联网智能感知采集模型

t时刻电力系统采集器S采集所得数据为W，经编码器C的编码函数Tx(X)得到信道L1的输入信号X1，在信道传输概率转移矩阵传输后得到输出X2。泛在电力物联网环境下从采集器到集中器的信道长度为L1，在时间i上的信道描述：

式(1)中输出信号Yi为输入信号与满足独立同分布序列且服从方差为N的噪声Zi之和。为达到终端计算服务的最近距离，假设所有终端都以临界容量传输信息，则泛在电力物联网数据感知模型下的信道综合容量描述将以最近距离来计算：

式(2)中参数Nj,Nf,Nz表示的是泛在电力物联网信息传输过程的平均噪声功率，Pj,Pf,Pz为信息传输的各阶段都满足平均功率约束，Bf,Bz为参数系数，而δ表示边缘算法下沉系数，这个系数是泛在电力物联网信息传输端到端距离计算节点信道长度与距离数据源信道长度之比。

3.2 电力数据综合处理

采用泛在电力物联网智能感知采集模型，实时采集站内各种设备产生的电流、电压、生产厂家、使用年限等各种数据，其中包括固有的、运行的数据，等等。根据电力系统的运行状况，可将采集到的数据大致分为设备固有数据、环境监测数据和运行数据三类。然后分别对不同类型的数据进行处理，主要是通过服务程序对数据采集层上传的数据进行计算、比较和分析。简单地说就是用计算机挖掘有用的信息。根据检测结果，将数据分为正常数据和异常数据，并通过判断域数值的方法进行修正。如果数据异常是由数据存储故障或存储器损坏引起的，可以通过变量联合匹配进行修正，修正后的数据可以与正常数据合并，从而对数据进行汇总。当资料汇总后，还需要对资料进行结构化处理，使资料能被计算机识别，并进行批量分析计算。充电站使用各种各样的设备，不同的设备需要遵循不同的通信协议，测量数据的单位和大小也不同。这就使得设备形成了各种类型的数据结构。要对存储数据进行更好的分析，就必须充分考虑测量单位、设备型号的差异性，合理整合各种数据。

在电力物联网智能感知采集模型的基础上，采用电力运行监测和电力维护两个方面的实时数据，对电力系统中的所有线路和设备进行实时管理，实现系统的电力运营管理功能。

3.3.1 电力设备信息管理

电力设备管理主要是对电力系统运行中的设备信息进行集中统一管理。

3.3.2 电网运行状态监测

以变电设备为例，电网的运行状态主要就是对各设备的运行状态进行实时监测，具体包括输电设备、用电设备、变电设备等，并以油中气体状态、放电状态和绕组变形状态三个方面进行监测。由于非脉冲式局部放电发展到脉冲式局部放电的过程也会使绝缘老化，但不会产生气体，所以此时不能采用中气分析法来判断故障，而变压器局部放电状态监测可以记录整个故障过程。电压、电流在变压器各侧直接影响到对变压器功率计算的准确性，所以利用物联网技术可以保证所测电压电流的准确性，按所测变压器功率计算其损耗变化值，具体判别表达式如公式(3):

式(3)中P1和P2分别表示从变压器一次侧流入和从二次侧流出的功率，β1、β2分别表示一次侧和二次侧的实际电流与额定电流的比值，△PL1和△PL2分别表示变压器一次侧和二次侧绕组在额定电流下的短路损耗值，ε按躲过变压器正常运行时的损耗值来确定，在实际运行中是可以调整的。

3.3.3 电力设备维护管理

电网设备维修任务管理是对巡视期间发现的问题设备进行维修管理。根据电网设备维修工作内容，可将维修任务管理功能模块划分为维修任务编制、任务分配、任务单接收、维修记录管理等子模块运行。由于电网运行中不同设备的维修方案不同，在编制维修任务时，需要根据不同的设备类型来区分维修任务信息。为此，在编制维修任务表时，需要填写维修任务名称、内容、维修设备编号、维修人员、维修时间等信息。通过该系统平台，将任务准备完成后发送到相关班组。当团队接到任务后，接受了任务，并根据维修设备的具体类型制定出维修计划。维修结束后，对维修记录进行登记，并提交审核。

4 结束语

泛在电力物联网是互联网向现实世界的延伸，其本质特征是泛在互联和开发共享。电力物联网应用有效地提升了电力运营平台的运营功能和运行性能，对电力系统管理具有积极意义。

参考文献

[1] 谢小瑜,周俊煌,张勇军.深度学习在泛在电力物联网中的应用与挑战[J].电力设备,2020(4):77-87.

[2] 江秀臣,刘亚东,傅晓飞,等.输配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势[J].高电压技术,2019,45(5):1345-1351.

[3] 李果,张福铮,张乾坤.基于云计算技术的电力运维统一管理平台设计[J].电子设计工程,2020,28(8):57-60,65.

[4] 孙保华,陈蕾,夏栋,等.基于大数据平台的配电网智能化运维管控平台设计及应用[J].电气,2018,40(6):85-88.