基于串行通信技术的电网设备运行状态远程监测方法.pdf

Telecom Power Technology 41 Sep.10,2023,Vol.40 No.17 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期设计应用技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.17.013基于串行通信技术的电网设备运行状态远程监测方法何永超，薛肖雨（国网陕西省电力有限公司宝鸡供电公司，陕西 宝鸡 721000）摘要：在监测电网设备运行状态的过程中，由于数据远程传输阶段导致的失真问题，使得监测结果的可靠性较低，为此提出基于串行通信技术的电网设备运行状态远程监测方法。在构建电网设备运行状态数据传输机制时，引入串行通信技术，将基于 5G 技术开发的 AD7028V 作为传输载体，建立 AD7028V 与设备管理平台之间的连接关系，并将AD7028V 执行数据传输阶段的容量设置为 30mb，实现对电网设备运行状态数据的实时、安全传输。在电网设备运行状态数据的获取与监测阶段，采用灵活的采集适配器动态配属模式实现对采集过程数据收发方面的设计，以工作任务对应采集现场设备为导向，将其支持的采集手段进行描述后，调出成对的数据采集适配器执行具体的数据采集过程。在测试结果中，设计方法对于不同故障状态的监测结果不仅具有较高的稳定性，而且偏离度始终处于较低水平，表现出良好的可靠性。关键词：串行通信技术；远程监测；数据传输机制；动态配属；数据采集适配器Remote Monitoring Method of Power Grid Equipment Based on Serial Communication TechnologyHE Yongchao,XUE Xiaoyu(State Grid Shaanxi Electric Power Co.,Ltd.,Baoji Power Supply Company,Baoji 721000,China)Abstract:In the process of monitoring the operation status of power grid equipment,the reliability of the monitoring results is low due to the distortion of the remote data transmission stage.Therefore,the remote monitoring method of power grid equipment operation status based on serial communication technology is put forward.When building power grid equipment running state data transmission mechanism,introduced the serial communication technology,based on the 5G technology development of AD7028V as transmission carrier,established the connection relationship between AD7028V and equipment management platform,and the AD7028V data transmission phase capacity set to 30K,realize the power grid equipment running state data real-time,security transmission.In power grid equipment running state data acquisition monitoring stage,adopted the flexible acquisition adapter dynamic allocation mode to realize the collection process data sending and receiving design,work task corresponding to the acquisition equipment as the guidance,the support collection means for description,call out the pair of data acquisition adapter perform specific data collection process.In the test results,the design method not only has high stability for the monitoring results of different fault states,but also is always at a low level,showing good reliability.Keywords:serial communication technology;remote monitoring;data transmission mechanism;dynamic allocation;data acquisition adapter0 引 言设备运行状态监测技术无论是在监测方式上，还是在监测效果上，都取得了长足进步1,2。但值得注意的是，在实际的生产过程中，对于设备安全、稳定、满负荷运行性能的要求也表现出越来越高的趋势3。文献 4 以数字孪生技术为基础，设计了一种设备运行状态监测方法，该方法在一定程度上提高了监测结果的可靠性，但是在稳定性方面存在一定的优化空 间；文献 5 以物联网为基础，提出一种设备运行状态监测方法，该方法在监测效果方面表现出了较高的稳定性，但是精度相对偏低。基于上述问题，文章提出一种电网设备运行状态远程监测方法，并在其中引入新的串行通信技术。在对设计监测方法的应用效果进行分析时，设置对照组，测试所提监测方法的可靠性。1 电网设备运行状态远程监测的方法设计1.1 基于串行通信技术的数据传输机制构建文章在构建电网设备运行状态数据传输机制时，引入串行通信技术，将基于 5G 技术开发的 AD7028V作为传输载体。表 1 为 AD7028V 的通信参数配置。结合表 1 所示的信息可以看出，AD7028V 可以满足不同环境下电网设备运行状态数据的传输需求。首先建立 AD7028V 与设备管理平台之间的连接关系，以此实现对设备状态数据进行查看、配置、升级等远程运维操作。除此之外，考虑到不同电网设备所处的环境存在差异，对应的运行条件也不同，因此收稿日期：2023-07-17作者简介：何永超（1994），男，陕西咸阳人，本科，助理工程师，主要研究方向为不停电作业、配网运检；薛肖雨（1997），男，陕西西安人，本科，助理工程师，主要研究方向为配网运检、配网基建。2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期Sep.10,2023,Vol.40 No.17Telecom Power Technology 42 将 AD7028V 执行数据传输阶段的容量设置为 30 mb。通过这样的方式，最大限度地确保 AD7028V 的传输效率能够满足嵌入式实时远程监测中心的客观需求。在连接方式设置上，利用 AD7028V 的 1 路 RS-232和 1 路 RS-485 接口分别建立与监测目标及监测中心的连接，对应的传输环境通过 AD7028V 的 1 路以太网局域网（Local Area Network，LAN）/广域网（Wide Area Network，WAN）构建。1.2 电网设备运行状态的获取与监测采用灵活的采集适配器动态配属模式实现对采集过程数据收发方面的设计。以工作任务对应的采集现场设备为导向，将其支持的采集手段进行描述，可以表示为Vj,n(i)=Vj,n(i+1)Onn+Vj,n(i-1)Onn（1）式中：Vj,n(i)表示 i 设备运行状态采集任务对应支持的采集手段；Vj,n(i+1)和 Vj,n(i-1)分别表示与 i 设备相连电力设备运行状态采集任务对应支持的采集手段；表示数值增益系数，主要取决于设备运行状态的波动阈值和运行环境；On表示设备运行阶段的额定参数信息；n表示惯性系数，主要取决于电力设备的运行性能。此时的调取结果是以成对的形式存在的，包括相应的收、发处理。对于调出的数据采集适配器，启用 AD7028V 中的新线程对其进行加载，为后续的数据传输提供运行基准。在采集电力设备运行状态数据时，对于采集状态、采集任务以及采集执行的修改都是以数据收发中心为基础实现的，具体的数据采集过程如图 1 所示。采集指令1采集指令2发送队列接收队列AD7028V接口AD7028V接口待监测设备图 1 电网设备运行状态数据采集方式示意在图 1 所示的电网设备运行状态数据采集方式下，采集指令 1 和采集指令 2 的主要是对含采集要求的工作内容进行处理；发送队列的主要用于存放所有待发送并经过规范化整理的电网设备运行状态数据；AD7028V 作为统一数据收发中心，主要负责依次从发送队列中取出要发送的电网设备运行状态数据，并通过接口完成发送。此时，现场设备发来的数据被串口服务器转发到框架，借助 AD7028V 串口之间的排他管理，保证多个线程之间使用串行通信连接时不产生冲突。2 应用测试2.1 测试环境设置设置桥式可控整流装置的运行状态时，主要通过调节其具体运行参数实现的。不同状态下对应的运表 1 AD7028V 通信参数配置编号配置1支持 TCP Server 功能，可同时支持 5 个 TCP 连接2支持 ModBus RTU/TCP 协议转换3支持双数据中心备份传输及多数据中心同步传输（5 个数据中心）4支持多中心（1 5 个中心）5支持本地和远程在线升级，导入导出配置文件6支持电力 101、104 规约以及两者的协议互转7内嵌标准 TCP/UDP 协议，支持透明数据传输8支持登录安全认证9支持双数据中心备份传输及多数据中心同步传输10多指示灯，可指示多种系统状态11支持本地日志存储12支持 VPN 协议（PPTP、L2TP、IPSEC 和 GRE）13支持双 SIM 卡(可选）和国网硬件加密(可选）14支持 GPS/北斗双模定位(可选）和 GPS/BD 秒脉冲输出(可选）15支持电力 1.8G 专网/公专一体(可选）2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期 43 Telecom Power TechnologySep.10,2023,Vol.40 No.17 何永超，等基于串行通信技术的电网设备 运行状态远程监测方法行参数信息具体如表 2 所示。采用本文设计的电网设备运行状态远程监测方法、文献 4 提出的以数字孪生技术为基础的设备运行状态监测方法以及文献 5 提出的以物联网为基础的设备运行状态监测方法开展对比测试。通过对比不同方法的测试结果，对文章所设计方法的应用效果做出客观评价。表 2 桥式可控整流装置的运行状态设置状态编号负载端电压/kVU1U2U3正常0.750.00.45GZ0011.000.01.00GZ0020.860.00.85GZ0030.721.00.13GZ0040.450.00.49GZ0050.380.00.52GZ0060.970.0-0.39GZ0070.851.00.262.2 测试结果与分析主要将监测结果与实际运行状态之间的偏离度作为评价指标。监测结果与实际运行状态的偏离度越高，表明对应监测方法的应用效果越好；相反地，监测结果与实际运行状态的偏离度越低，表明对应监测方法的应用效果越差。其中，偏离度的计算方式可以表示为 i3u1i1iixu=（2）式中：表示监测结果与实际运行状态的偏离度参数；xui表示对桥式可控整流装置运行状态参数的监测结 果；ui表示桥式可控整流装置的实际运行状态参数。的值越小，表明监测结果与实际运行状态的差异越小，对应的偏离度越高。按照上述方式对 3 种不同方法的测试结果进行统计，得到的数据结果如表 3 所示。面对不同的故障状态，其表现出的监测效果也呈现出了不同的特点。其中，在数字孪生监测方法的测试结果中，对于不同故障状态的监测结果表现出了较为明显的波动性，在物联网监测方法的测试结果中，其监测结果在精度方面仍存在进一步优化的空间。相比之下，在本文的设计方法下，对于不同故障状态的监测结果不仅具有较高的稳定性，且偏离度始终处于较低水平。综合上述的测试结果可以得出结论，本文设计的基于串行通信技术的电网设备运行状态远程监测方法可以实现对电网设备运行状态的精准监测，对于实际的设备管理和设备维护工作而言具有良好的实际应用价值。表 3 不同方法的测试结果状态编号 数字孪生监测方法 物联网监测方法 文章设计监测方法正常0.120.160.09GZ0010.360.150.11GZ0020.440.190.09GZ0030.110.180.09GZ0040.190.170.12GZ0050.350.160.13GZ0060.170.160.06GZ0070.220.190.053 结 论提出基于串行通信技术的电力设备运行状态远程监测方法，利用串行通信技术代替传统的有线传输方式，在极大程度上提高数据的安全性和可靠性，不仅实现对不同故障状态的准确获取，同时表现出较高的稳定性，对于实际的电力设备运行状态分析和管理具有良好的应用价值。参考文献：1 范德和，李新海，周 恒，等.基于卷积神经网络的设备运行状态智能控制优化模型分析 J.粘接，2023，50（6）：179-182.2 马佩强，李 斌，白琴琴，等.地面自动气象观测设备运行状态信息检测技术研究与应用 J.中国高新科技，2023（8）：99-100.3 宋玮琼，王立永，宋 威，等.基于设备运行状态检测与能量回归同步评估的居民非介入式负荷辨识算法研究 J/OL.电测与仪表：1-102023-07-16.http：/ 张盈新，冯曜明，蓝 逸.基于数字孪生技术的 10kV 配网电力设备运行状态监测方法 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