電力信息采集與通信規約解析系統設計

俞秋霞

摘 要：為解決傳統電力信息采集與通信規約解析系統存在的解析殘差大的問題，設計了一種新的電力信息采集與通信規約解析系統。硬件方面，設計電力信息采集系統的電源傳感電路以及顯示器;軟件方面，設置電力信息采集可信算法，讀取電力信息通信規約數據，建立電力信息通信估算模型，實現電力信息通信規約解析，增加電力通信系統的實用性能。設計實例分析的結果表明，設計的解析系統解析殘差始終低于實驗對照組，系統解析精度較高。

關鍵詞：電力系統;傳感器;通信規約

中圖分類號：TM76文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0020-03

Abstract： A new power information collection and Communication Protocol analysis system is designed to solve the problem of large residual error in the traditional power information collection and communication protocol analysis system. On the hardware side， the power sensor circuit and the display of the power information acquisition system are designed; on the software side， the power information acquisition trusted algorithm is set up， the power information communication protocol data is read， and the power information communication estimation model is established， the analysis of power information communication protocol is realized to increase the practical performance of power communication system. The analysis result of the design example shows that the analytic residual error of the designed analytic system is always lower than that of the experimental control group， and the analytic precision of the system is higher.

Keywords： power enterprise;effective signal;governance and monitoring;objective function;monitoring efficiency

電力信息采集與通信規約對保障大型電力設備的安全性與兼容性具有重要作用。當前，國內大型電力設備普遍存在通信安全問題和通信規約不統一的問題。由于不同種類電力設備同時存在多種通信規約，且對不同通信規約的解釋沒有形成統一標準，導致電力設備的交互操作性差，維護成本較高[1]。因此，如何設計統一的電力信息采集與通信規約解析系統成為當前的熱議話題。本次研究在傳統設計的基礎上設計更加穩定的輸出電源傳感電路，設置電力信息采集可信算法，以保證電力信息運送的安全性，同時建立統一的通信規約估算模型，為電力信息采集與通信規約解析自動化應用提供可靠的技術支持。

1 系統硬件設計

電力信息采集與通信規約解析系統的硬件設計包括電源傳感電路和顯示器。

1.1 電源傳感電路的設計

電力信息采集系統由控制器、執行器、傳感器以及遠程診斷工具4大模塊構成。為了滿足信息采集系統對安全性和穩定性的需求，電力系統需具備擁有較高穩定性能的恒壓供電設備。此次研究在傳統設計的基礎上設計了負責傳輸供電的傳感器，根據不同傳感器芯片不同的電壓需求，實現不同電壓不同的供電模式。電力信息采集系統電源傳感電路如圖1所示。

本次設計將4顆紐扣電池串聯后提供的12 V電壓作為基準，經過電路變換后獲得電力采集系統所需要的電壓值。當目標供電的電壓需求大于12 V時，需要使用升壓電力變換電壓后提供給目標系統。當目標供電的電壓需求小于12 V時，為了將電壓提升至12 V，需要提高電源電壓，以實現穩定供電[2]。當輸入電壓值為3～5 V時，可以為目標系統提供大小為150 mA的電流;當輸入電壓值為5～8 V時，使用升壓芯片調節電流壓力值，持續穩定地輸出大小為200 mA的電流。這樣可為電力信息采集系統和數據信息運放工作的穩定性提供支持。

1.2 顯示器

在電力信息采集系統電源傳感電路的基礎上設計顯示器，型號為OMN-A6 X8597545，帶獨立看門狗和大容量存儲器，能夠顯示采集的電力信息通信數據，無須網絡即可完成信息采集等設備的運行參數調試，并實現集中管理。顯示器作為系統運行結果的展示界面，主要用于顯示電力信息通信規約數據。通過串口通信直接獲得電力信息通信規約數據，并通過RS232通信總線與下層控制主機相連。顯示器的硬件環境配置包括2 Mb/s的PC端各類型瀏覽器和移動端各類型瀏覽器，以及型號為TYR3583589的上位機，均為帶寬可支持瀏覽器。利用顯示器中的雙核多路可提高顯示速率，并以此完成系統的硬件部分設計。

2 電力信息采集與通信規約解析系統軟件的設計

2.1 設置電力信息采集可信算法

設計的電力信息采集與通信規約解析系統軟件，通過約束電力信息的運送條件進行設計。但是，由于傳統算法存在安全性低、運送時間較長等問題，因此需設置更為通用的電力信息采集可信算法，對電力可信網絡的可信性進行層次劃分，以信息采集的安全性為前提條件，對電力系統規劃有限邊界。針對電力信息采集系統的封閉性和有限性特點，設置電力信息采集可信算法，描述為：

式（1）中：[S]代表電力信息采集的最終結果;[Zin]表示擁有可信條件的輸入信息;[Zout]表示擁有可信條件的輸出信息。任意的電力采集信息經過控制器解釋后形成信息，并利用式（1）中的可信算法進行后續的推斷。該算法具有一定的強制性和控制性，可有效安全地控制數據訪問和信息運送的權限，確保每一次狀態的轉換都是可信推斷的，從而保障系統安全穩定運行，構造一個可信的電力信息采集環境。

2.2 讀取電力信息通信規約數據

完成電力信息采集可信算法設置后，讀取電力信息通信規約數據。利用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制電力信息數據的通信通道，將處理后的電力信息通信規約數據轉化為具體參數。設目標函數為[σcd]，可得：

式（2）中：[E]為電力信息權重;[ε]為電力信息通信規約字符長度。為獲得更加精準的電力信息通信規約數據，還需剔除讀取的電力信息通信規約數據具體參數中的誤差參數，進而得到電力信息通信規約的真實數據。設電力信息通信規約真實數據為[σ]，可得：

式（3）中：[σxb]為初始值誤差;[σss]為電力信息通信規約數據類型描述誤差;[σwd]為數據解析過程中數據顯示誤差值。通過式（3）計算得出的結果，即讀取的電力信息通信規約真實數據。利用SVDE/SEFV指令讀取電力信息通信規約數據，按照電力信息通信規約數據狀態字節的表現方式描述電力信息通信規約，最終將讀取的電力信息通信規約數據寫入端口數據。

2.3 建立電力信息通信規約估算模型

依據電力信息采集可行算法實現電力信息采集的安全性輸入，建立電力信息通信規約估算模型。鑒于電力通信系統存在變量大、電壓輸入不穩定以及自動化系統程度低等問題，電力通信系統目前無法及時完成交互操作[3-4]。本次設計依據通信規約的基本條件，針對不同規約存在的問題，為達到電力通信規約自動解析的目的，建立符合電力信息采集條件的通信規約估算模型：

式（4）中：C代表控制字節;Pv代表各通信鏈路數據;S代表通信應用層;P1、P2、P3以及P4分別代表4條通信鏈路。在有限帶速條件下，各通信鏈路層通過該算法將規約控制信息集合在統一的應用層中，以保證所有電力通信信息的完整性和安全性。P1、P2、P3以及P4所代表的鏈路層數據由一系列明確的鏈路規約控制信息組成，可當作鏈路用戶數據，應用在服務數據單元的傳輸中。通過建立統一的電力信息通信規約，估算電力信息采集與運送過程中的一系列變化，能夠有效解決因規約不同而無法自動解析的電力設備問題，具有良好的實用性[5]。

2.4 實現電力信息通信規約解析

完成上述操作后，以CPtclModule為電力信息通信規約解析的類別配置腳本信息，以獲得電力信息通信規約解析結果。

設電力信息通信規約解析表達式為[Q]，則有：

式（5）中：[A]為電力信息通信規約解析信號權值;[φ]為電力信息通信規約解析報文結構;[EAσ]為電力信息通信規約解析類別系數。通過式（5）可實現電力信息通信規約解析的實時性。

3 實驗分析

3.1 實驗準備

本次實例分析以某電網為例，硬件設施為型號TYR3583589的上位機。此次實驗環境設置的具體內容及參數，如表1所示。

一方面，使用設計的解析系統解析電力信息通信規約數據，通過MATALB軟件測得解析殘差，記為實驗組;另一方面，使用傳統解析系統解析電力信息通信規約數據，同樣通過MATALB軟件測得解析殘差，記為對照組。實驗內容為測試兩種解析系統的解析殘差，解析殘差越低，證明該解析系統的解析精度越高。

3.2 實驗結果分析與結論

實驗的具體結果如表2所示。從表2可知，設計的解析系統解析殘差始終低于對照組，具有一定的實用性。

4 結語

為解決傳統系統存在的問題，設計電力信息采集與通信規約解析系統，在傳統系統的基礎上設計電源傳感電路，并對顯示器進行選型。此外，軟件部分設置可信算法，建立估算模型，完成系統設計。后續將對其進行進一步的優化設計，提高電力系統的通信效果。

參考文獻：

[1]蔡星浦，王琦，黃建業，等.電力系統網絡攻擊信息物理雙層協同緊急控制方法[J].全球能源互聯網，2020（6）：560-568.

[2]梁洪浩，伍少成，王波，等.電力系統的計量終端檢修與遠程聯調智能化應用設計與實現[J].微型電腦應用，2020（7）：130-132.

[3]谷凱凱，胡文山，趙坤，等.基于移動網絡的手持式電力數據采集分析裝置的設計與實現[J].電力系統保護與控制，2018（8）：110-116.

[4]王繼業，沈亮，王林信，等.基于北斗的同期線損用電信息采集系統設計與實現[J].電信科學，2019（3）：113-121.

[5]梁曉兵，劉書勇，李濤永，等.面向對象的用電信息系統安全通信協議設計[J].電測與儀表，2019（4）：86-93.