何文中 李棟楠 衡壯壯 喬銘銘 蘭倩

摘? 要：在新時代下，傳統(tǒng)變電站已經(jīng)不能滿足時代發(fā)展的要求了，智能變電站才是當(dāng)前我國電力市場的發(fā)展趨勢，其中的運維內(nèi)容和功能都能滿足我國電力發(fā)展的要求。由于智能變電站中的硬件和軟件比較多，為了保證其合理性，要對手持式智能變電站圖形化校驗儀進行研制，主要應(yīng)用先進的運維調(diào)試設(shè)備對其進行研制，加強SV和GOOSE發(fā)送和接收監(jiān)測等多種技術(shù)在其中的有效應(yīng)用，實現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試，保證智能變電站的安全運行。

關(guān)鍵詞：手持式? 智能變電站? 圖形化校驗儀? 研制

中圖分類號：TP391.4 ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（c）-0029-03

Development of Portable Intelligent Substation Graphic Calibrator

HE Wenzhong? LI Dongnan? HENG Zhuangzhuang? QIAO Mingming? LAN Qian

（State Grid Puyang Power Supply Company， Puyang， Henan Province， 457000 China）

Abstract： In the new era， the traditional substation can no longer meet the requirements of the development of the times. Intelligent substation is the current development trend of China's power market， and its operation and maintenance content and functions can meet the requirements of China's power development. Due to the more hardware and software in the intelligent substation， in order to ensure its rationality， it is necessary to develop the handheld intelligent substation graphic calibrator， mainly using advanced operation and maintenance debugging equipment to develop it， and strengthen the effective application of SV and goose sending and receiving monitoring and other technologies， so as to realize on-site debugging and ensure the safe operation of intelligent substation.

Key Words： Hand held; Intelligent substation; Graphic calibrator; Development

由于手持式智能變電站圖形化校驗儀具有現(xiàn)場適應(yīng)能力強等多種優(yōu)勢，可以對智能變電站的實際運維情況，或者是其中的設(shè)備進行調(diào)試，所以相關(guān)的技術(shù)人員對這種設(shè)備進行了研究，豐富了其中的功能。此外，這種校驗儀還具有小巧和攜帶方便等優(yōu)勢?；诖耍疚膶κ殖质街悄茏冸娬緢D形化校驗儀的設(shè)計方式進行了研究，希望可以為智能變電站的安全運行提供保障。

1? 手持式智能變電站圖形化校驗儀研制的重要性

這種儀器是智能變電站中的主要設(shè)備，它屬于數(shù)字電能表校驗儀。技術(shù)人員在對該校驗儀的組成部分和作用原理進行分析的時候，主要采用含有光纖通信接口作為其中的主控部分，手持式智能變電站圖形化校驗儀在實際工作中的有效應(yīng)用，能夠通過PC/104總線和雙端口RAM，對同儀器的A/D模塊與D/A模塊有效連接，主要目的是發(fā)揮校驗儀的模擬量信號采集等多種功能。同時，這種儀器的數(shù)字分量輸出功能還可以對電能脈沖中的信號和數(shù)據(jù)信息進行有效接收，然后通過FPGA芯片實現(xiàn)對信號和數(shù)據(jù)信息的發(fā)送，主要是為了增強校驗儀的抗干擾能力[1]。

在對其電能計量部分進行分析時，發(fā)現(xiàn)其中主要包括了對頻率和無功功率等重要內(nèi)容的測量。在對頻率進行測量的時候，要采用傅里葉變換理論等方式，實現(xiàn)對其中數(shù)據(jù)信息的有效計算，只有這樣才能提高儀器的測量精度，避免出現(xiàn)誤差。

同時，技術(shù)人員如果要對有功功率進行測量，要按照具體的要求采用頻率修正算法，主要是根據(jù)不同頻率范圍合理使用不同的修正系數(shù)，只有這樣才能夠讓測量的精度更加準(zhǔn)確。最后，在對無功功率進行測量的過程中，首先要將所接收的數(shù)據(jù)進行有關(guān)希爾伯特的變換，然后再結(jié)合頻率移相算法的方式，對其進行測，這樣才能實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)精度的有效校驗，加強手持式智能變電站圖形化校驗儀在實際過程中的有效應(yīng)用，從而為我國電力事業(yè)在社會的穩(wěn)定發(fā)展提供基礎(chǔ)。

2? 國外研究現(xiàn)狀

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字處理芯片制造水平也得到了明顯提高，在智能變電站中得到了有效應(yīng)用，這種技術(shù)在各種智能設(shè)備校驗儀研制中的應(yīng)用，在提高制造水平的同時，還完善了制造方案。它可以輔以高性能的CPU對數(shù)字技術(shù)對其進行采樣處理。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還可以應(yīng)用太網(wǎng)技術(shù)，對手持式智能變電站圖形化校驗儀進行研制，主要作用是提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，保障?shù)字電能表校驗儀在智能變電站中應(yīng)用的有效性。

國外對電力設(shè)備進行了研究，大部分供應(yīng)商將其中的研究重點放在了對手持式智能變電站圖形化校驗儀的研制上，其中的測試結(jié)果可以說電力設(shè)備廠家在改善設(shè)備技術(shù)的主要參考數(shù)據(jù)。

例如，ABB公司作為自動化技術(shù)領(lǐng)域中的主要廠商，為了保障各種電力設(shè)備應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性，OMICRI礬公為手持式智能變電站圖形化校驗儀的創(chuàng)新和各種數(shù)據(jù)的測試提供了診斷和解決的方案。尤其是在智能變電站測試中，為了保證這種測試過程的安全性，加強它在新產(chǎn)品鑒定中的有效實施，滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，只有這樣才可以實現(xiàn)對整個變電站系統(tǒng)的有效測試[2]。

國外的一些電力設(shè)備公司還設(shè)置了一些先進的實驗室，主要對智能變電站中的各個部分進行模擬，其中的主要內(nèi)容有斷路器和互感器等，整個系統(tǒng)的測試內(nèi)容和方法都是比較復(fù)雜的，所以目前只有SIEMENS和ABB公司的全系列裝置能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)體系的要求。其他的電力設(shè)備企業(yè)還沒有完整的測試系統(tǒng)，其中大部分的公司也只能做部分設(shè)備，相關(guān)的技術(shù)人員還需要對手持式智能變電站圖形化校驗儀進行深入研究。

3? 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

由于智能變電站體系中的各系統(tǒng)本身就比較復(fù)雜，其中所涉及內(nèi)容和方面也非常的廣泛，所以我國目前所應(yīng)用的智能變電站技術(shù)設(shè)計和測試手段并不能滿足智能變電站的實際要求。因此，在此背景下，國內(nèi)中的相關(guān)學(xué)者對lEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進行了完善，對智能變電站的整體應(yīng)用水平進行了分析，與國外進行了對比，發(fā)現(xiàn)存在一定的差距，大多數(shù)的研究還停留在對IEC61850體系本身的認識層面，并沒有對此設(shè)備的有效應(yīng)用。

部分實驗都集中在變電站層與間隔層設(shè)備之間，嚴(yán)重影響了對手持式智能變電站圖形化校驗儀某些特定功能的合理性。我國在理論方法上對廣東電網(wǎng)公司中的設(shè)備和電力儀器進行了分析和研究，發(fā)現(xiàn)雖然其中的電力設(shè)備都得到了更新，但是由于起步比較晚，數(shù)字電能表中的驗收標(biāo)準(zhǔn)并沒有得到完善。

如，星龍科技公司的數(shù)字電能表校驗儀還是在深圳市政府扶持下研制出來的，這說明國內(nèi)在對手持式智能變電站圖形化校驗儀研制的過程中還存在一定的不足?；诖?，相關(guān)的學(xué)者要在智能變電站實際的運行的特點出發(fā)，結(jié)合數(shù)字電能表的研制標(biāo)準(zhǔn)，不斷優(yōu)化手持式智能變電站圖形化校驗儀的功能。進而提高其運算能力，實現(xiàn)通信報文等過程。

4? 硬件設(shè)計

4.1 需求分析

可以說手持式智能變電站圖形化校驗儀是保證實現(xiàn)智能變電站中信息有效傳送的基礎(chǔ)，更是實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)報文捕獲和分析的關(guān)鍵，在對其進行設(shè)計的時候，要合理設(shè)計報文接收的網(wǎng)絡(luò)接口，保證智能變電站智能電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計的有效性。在對其進行設(shè)計的時候，要以為光纖接口和RJ一45電接口為主要方式，這樣做的目的是方便進行連接[3]。

同時，還要保障該測試分析儀有光接口，這樣設(shè)計的主要目的是提高儀器的實時性，避免出現(xiàn)漏包等問題，在此過程中還需要采用高速處理器，加強對數(shù)據(jù)信息的有效控制。LCD觸摸屏也是手持式智能變電站圖形化校驗儀中的主要設(shè)備，它能夠全面顯示報文中的信息，在此過程中還需要對其調(diào)試接口和USB接口進行提前優(yōu)化。

尤其是在儀器電源方面，對蓄電池續(xù)航能力提出了非常高的要求，要求其要在沒有外部電源下， 可以工作2h以上。此外，在對手持式智能變電站圖形化校驗儀進行應(yīng)用的時候，還要注意相關(guān)的事項，不可以在可燃性和蒸汽存在的環(huán)境中對此儀表進行使用，還不可以將任何兩個端子間施加到30V以上，要對電壓進行合理控制，避免損壞儀表。同時，在對其進行應(yīng)用前，還要盡可能先設(shè)置好儀表功能的狀態(tài)，然后再接入接線端子，在此過程中，為了保證使用的精度，還要在使用前，應(yīng)先開機預(yù)熱約10min，從而保障該儀器應(yīng)用的安全性[4]。

4.2 硬件結(jié)構(gòu)

處理器是硬件結(jié)構(gòu)中的主要設(shè)備，在對其進行研制的時候，采用了基于ARM920T內(nèi)核的￥3C2400， 它的主頻在400MHz。其中的核心板還采用micr02440，內(nèi)含2MBNOR—FLASH，主要作用是存放BIOS。250MBNANDFLASH和相關(guān)的應(yīng)用程序也是硬件設(shè)備中的重要內(nèi)容，設(shè)計人員要在其特點出發(fā)，對其進行合理化設(shè)計。64MBSDRAM是其中的隨機存儲器，在對其進行設(shè)計的時候，共設(shè)計了4個網(wǎng)卡，還設(shè)有2個sT光接口，功能作用是支持4路的捕包，方便連接智能電子設(shè)備，對發(fā)出的報文進行捕獲。同時，還要在其中設(shè)計一個SD的插槽，擴展其存儲空間，在對手持式智能變電站圖形化校驗儀研發(fā)的時候應(yīng)用。

5? 軟件設(shè)計

5.1 開發(fā)平臺

在對手持式智能變電站圖形化校驗儀的平臺進行設(shè)計時，主要采用基于ARM平臺的架構(gòu)，技術(shù)人員還要選用Linux操作系統(tǒng)為是軟件設(shè)計過程中的主要運行平臺。主要是因為Linux系統(tǒng)它是自由開放的源碼，不需要授權(quán)就可以對其進行有效應(yīng)用，其成本比較低，內(nèi)核也是非常方便剪裁的。同時，這種系統(tǒng)還不容易感染病毒和木馬，運行也是非常穩(wěn)定的[5]。

因此，技術(shù)人員在對平臺開發(fā)的時候，最好合理選用Linux系統(tǒng)，可以Eclipsed作為主要的開發(fā)工具。此外，還要合理采用交叉編譯器，對其中的程序進行編譯，主要將其編譯成可以在ARM平臺運行的系統(tǒng)，最后要將其設(shè)置為開機自動啟動的程序，從而保障平臺開發(fā)的合理性。

5.2 功能和總流程

智能變電站中的報文捕獲和保存是功能流程中的主要作用，為了可以對其中的數(shù)據(jù)進行保存，要結(jié)合報文解碼的實際情況，對總流程進行分析。如果在實際的分析中，發(fā)現(xiàn)其中的智能變電站通信出現(xiàn)了問題，如GOOSE報文以及SMV報文等出現(xiàn)異常時，要提供查詢功能，完善軟件總流程，可以通過導(dǎo)入和解析全站的SCD配置文件等方式，實現(xiàn)對軟件功能和總流程的設(shè)計[6]。

5.3 報文捕獲和保存

在此過程中，要合理選用libpcap作為報文捕獲中的底層函數(shù)包，它也是Unix/Linux平臺中的重要網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)包，這數(shù)包在其中的有效應(yīng)用，能夠為獨立用戶級別的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包提供更多的捕獲口。

在對手持式智能變電站圖形化校驗儀進行研制的過程中，會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件都在設(shè)計的時候，都會以這種數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)，主要目的是防止報文丟包[7]。同時，技術(shù)人員還要采用兩塊緩存多線程的方式，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包運行的有效性，加強對文件信息的保存，將已保存數(shù)據(jù)要在緩存中刪除，還要區(qū)分緩存的讀寫，避免相關(guān)軟件之間互相影響[8]。

6? 結(jié)語

綜上所述，為實現(xiàn)變電站中各系統(tǒng)的智能化，保證其中系統(tǒng)和設(shè)備的有效運行，對手持式智能變電站圖形化校驗儀進行了研制，在其中的硬件和軟件出發(fā)，對GOOSE和SMV報文計算方式進行了設(shè)計，還對捕獲的報文進行了解碼?？梢哉f手持式智能變電站圖形化校驗儀在其中的應(yīng)用，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)通信信息進行有效診斷，為智能變電站的穩(wěn)定運行提供保障。

參考文獻

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