手持式智能變電站圖形化校驗儀研制

何文中 李棟楠 衡壯壯 喬銘銘 蘭倩

摘? 要：在新時代下，傳統(tǒng)變電站已經不能滿足時代發(fā)展的要求了，智能變電站才是當前我國電力市場的發(fā)展趨勢，其中的運維內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，主要應用先進的運維調試設備對其進行研制，加強SV和GOOSE發(fā)送和接收監(jiān)測等多種技術在其中的有效應用，實現(xiàn)現(xiàn)場調試，保證智能變電站的安全運行。

關鍵詞：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，或者是其中的設備進行調試，所以相關的技術人員對這種設備進行了研究，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。基于此，本文對手持式智能變電站圖形化校驗儀的設計方式進行了研究，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備，它屬于數字電能表校驗儀。技術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，這種儀器的數字分量輸出功能還可以對電能脈沖中的信號和數據信息進行有效接收，然后通過FPGA芯片實現(xiàn)對信號和數據信息的發(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)對其中數據信息的有效計算，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，主要是根據不同頻率范圍合理使用不同的修正系數，只有這樣才能夠讓測量的精度更加準確。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據進行有關希爾伯特的變換，然后再結合頻率移相算法的方式，對其進行測，這樣才能實現(xiàn)對相關數據精度的有效校驗，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。

2? 國外研究現(xiàn)狀

隨著計算機技術的發(fā)展，數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用，這種技術在各種智能設備校驗儀研制中的應用，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對數字技術對其進行采樣處理。在此基礎上，技術人員還可以應用太網技術，對手持式智能變電站圖形化校驗儀進行研制，主要作用是提高數據傳輸的速度，保障數字電能表校驗儀在智能變電站中應用的有效性。

國外對電力設備進行了研究，大部分供應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，其中的測試結果可以說電力設備廠家在改善設備技術的主要參考數據。

例如，ABB公司作為自動化技術領域中的主要廠商，為了保障各種電力設備應用的安全性和穩(wěn)定性，OMICRI礬公為手持式智能變電站圖形化校驗儀的創(chuàng)新和各種數據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，加強它在新產品鑒定中的有效實施，滿足相關技術標準和規(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]。

國外的一些電力設備公司還設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，其中的主要內容有斷路器和互感器等，整個系統(tǒng)的測試內容和方法都是比較復雜的，所以目前只有SIEMENS和ABB公司的全系列裝置能夠滿足標準體系的要求。其他的電力設備企業(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備，相關的技術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)本身就比較復雜，其中所涉及內容和方面也非常的廣泛，所以我國目前所應用的智能變電站技術設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，國內中的相關學者對lEC61850協(xié)議標準進行了完善，對智能變電站的整體應用水平進行了分析，與國外進行了對比，發(fā)現(xiàn)存在一定的差距，大多數的研究還停留在對IEC61850體系本身的認識層面，并沒有對此設備的有效應用。

部分實驗都集中在變電站層與間隔層設備之間，嚴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公司中的設備和電力儀器進行了分析和研究，發(fā)現(xiàn)雖然其中的電力設備都得到了更新，但是由于起步比較晚，數字電能表中的驗收標準并沒有得到完善。

如，星龍科技公司的數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。基于此，相關的學者要在智能變電站實際的運行的特點出發(fā)，結合數字電能表的研制標準，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，更是實現(xiàn)對網絡報文捕獲和分析的關鍵，在對其進行設計的時候，要合理設計報文接收的網絡接口，保證智能變電站智能電子設備網絡接口設計的有效性。在對其進行設計的時候，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，加強對數據信息的有效控制。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用的時候，還要注意相關的事項，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，在對其進行應用前，還要盡可能先設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，應先開機預熱約10min，從而保障該儀器應用的安全性[4]。

4.2 硬件結構

處理器是硬件結構中的主要設備，在對其進行研制的時候，采用了基于ARM920T內核的￥3C2400， 它的主頻在400MHz。其中的核心板還采用micr02440，內含2MBNOR—FLASH，主要作用是存放BIOS。250MBNANDFLASH和相關的應用程序也是硬件設備中的重要內容，設計人員要在其特點出發(fā)，對其進行合理化設計。64MBSDRAM是其中的隨機存儲器，在對其進行設計的時候，共設計了4個網卡，還設有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備，對發(fā)出的報文進行捕獲。同時，還要在其中設計一個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)的時候應用。

5? 軟件設計

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計時，主要采用基于ARM平臺的架構，技術人員還要選用Linux操作系統(tǒng)為是軟件設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，不需要授權就可以對其進行有效應用，其成本比較低，內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據進行保存，要結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包，它也是Unix/Linux平臺中的重要網絡數據包捕獲函數包，這數包在其中的有效應用，能夠為獨立用戶級別的網絡數據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)大多數網絡監(jiān)控軟件都在設計的時候，都會以這種數據包為基礎，主要目的是防止報文丟包[7]。同時，技術人員還要采用兩塊緩存多線程的方式，保證網絡數據包運行的有效性，加強對文件信息的保存，將已保存數據要在緩存中刪除，還要區(qū)分緩存的讀寫，避免相關軟件之間互相影響[8]。

6? 結語

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計，還對捕獲的報文進行了解碼。可以說手持式智能變電站圖形化校驗儀在其中的應用，能夠對網絡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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[3] 王天鍔，周勇，向陽，等.智能變電站手持式電壓測試儀的研究[J].大眾用電，2019，328（11）：21-23.

[4] 張令濤，趙林，張亮，等.智能電網調控中心變電站圖形數據即插即用技術[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2018，46（19）：74-80.

[5] 李劍，閆李濱，張燦勇，等.智能變電站二次系統(tǒng)傳動過程的高可視化[J].電子技術與軟件工程，2018， 123（1）：186-188.

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[8] 王智，楊茂濤，楊靜，等.數字化變電站合并單元自動誤差校驗技術及應用[J/OL].電測與儀表：1-6[2020-12-09].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20201125.1408.012.html.