基于串行通信技術的電網設備運行狀態遠程監測方法

何永超，薛肖雨

（國網陜西省電力有限公司寶雞供電公司，陜西 寶雞 721000）

0 引 言

設備運行狀態監測技術無論是在監測方式上，還是在監測效果上，都取得了長足進步[1,2]。但值得注意的是，在實際的生產過程中，對于設備安全、穩定、滿負荷運行性能的要求也表現出越來越高的趨勢[3]。文獻[4]以數字孿生技術為基礎，設計了一種設備運行狀態監測方法，該方法在一定程度上提高了監測結果的可靠性，但是在穩定性方面存在一定的優化空間；文獻[5]以物聯網為基礎，提出一種設備運行狀態監測方法，該方法在監測效果方面表現出了較高的穩定性，但是精度相對偏低。

基于上述問題，文章提出一種電網設備運行狀態遠程監測方法，并在其中引入新的串行通信技術。在對設計監測方法的應用效果進行分析時，設置對照組，測試所提監測方法的可靠性。

1 電網設備運行狀態遠程監測的方法設計

1.1 基于串行通信技術的數據傳輸機制構建

文章在構建電網設備運行狀態數據傳輸機制時，引入串行通信技術，將基于5G 技術開發的AD7028V作為傳輸載體。表1 為AD7028V 的通信參數配置。

表1 AD7028V 通信參數配置

結合表1 所示的信息可以看出，AD7028V 可以滿足不同環境下電網設備運行狀態數據的傳輸需求。

首先建立AD7028V 與設備管理平臺之間的連接關系，以此實現對設備狀態數據進行查看、配置、升級等遠程運維操作。除此之外，考慮到不同電網設備所處的環境存在差異，對應的運行條件也不同，因此將AD7028V 執行數據傳輸階段的容量設置為30 mb。通過這樣的方式，最大限度地確保AD7028V 的傳輸效率能夠滿足嵌入式實時遠程監測中心的客觀需求。在連接方式設置上，利用AD7028V 的1 路RS-232和1 路RS-485 接口分別建立與監測目標及監測中心的連接，對應的傳輸環境通過AD7028V 的1 路以太網局域網（Local Area Network，LAN）/廣域網（Wide Area Network，WAN）構建。

1.2 電網設備運行狀態的獲取與監測

采用靈活的采集適配器動態配屬模式實現對采集過程數據收發方面的設計。以工作任務對應的采集現場設備為導向，將其支持的采集手段進行描述，可以表示為

式中：Vj,n(i)表示i設備運行狀態采集任務對應支持的采集手段；Vj,n(i+1)和Vj,n(i-1)分別表示與i設備相連電力設備運行狀態采集任務對應支持的采集手段；η表示數值增益系數，主要取決于設備運行狀態的波動閾值和運行環境；On表示設備運行階段的額定參數信息；δn表示慣性系數，主要取決于電力設備的運行性能。

此時的調取結果是以成對的形式存在的，包括相應的收、發處理。對于調出的數據采集適配器，啟用AD7028V 中的新線程對其進行加載，為后續的數據傳輸提供運行基準。在采集電力設備運行狀態數據時，對于采集狀態、采集任務以及采集執行的修改都是以數據收發中心為基礎實現的，具體的數據采集過程如圖1 所示。

圖1 電網設備運行狀態數據采集方式示意

在圖1 所示的電網設備運行狀態數據采集方式下，采集指令1 和采集指令2 的主要是對含采集要求的工作內容進行處理；發送隊列的主要用于存放所有待發送并經過規范化整理的電網設備運行狀態數據；AD7028V 作為統一數據收發中心，主要負責依次從發送隊列中取出要發送的電網設備運行狀態數據，并通過接口完成發送。此時，現場設備發來的數據被串口服務器轉發到框架，借助AD7028V 串口之間的排他管理，保證多個線程之間使用串行通信連接時不產生沖突。

2 應用測試

2.1 測試環境設置

設置橋式可控整流裝置的運行狀態時，主要通過調節其具體運行參數實現的。不同狀態下對應的運行參數信息具體如表2 所示。

表2 橋式可控整流裝置的運行狀態設置

采用本文設計的電網設備運行狀態遠程監測方法、文獻[4]提出的以數字孿生技術為基礎的設備運行狀態監測方法以及文獻[5]提出的以物聯網為基礎的設備運行狀態監測方法開展對比測試。通過對比不同方法的測試結果，對文章所設計方法的應用效果做出客觀評價。

2.2 測試結果與分析

主要將監測結果與實際運行狀態之間的偏離度作為評價指標。監測結果與實際運行狀態的偏離度越高，表明對應監測方法的應用效果越好；相反地，監測結果與實際運行狀態的偏離度越低，表明對應監測方法的應用效果越差。其中，偏離度的計算方式可以表示為

式中：λ表示監測結果與實際運行狀態的偏離度參數；xui表示對橋式可控整流裝置運行狀態參數的監測結果；ui表示橋式可控整流裝置的實際運行狀態參數。λ的值越小，表明監測結果與實際運行狀態的差異越小，對應的偏離度越高。

按照上述方式對3 種不同方法的測試結果進行統計，得到的數據結果如表3 所示。

表3 不同方法的測試結果

面對不同的故障狀態，其表現出的監測效果也呈現出了不同的特點。其中，在數字孿生監測方法的測試結果中，對于不同故障狀態的監測結果表現出了較為明顯的波動性，在物聯網監測方法的測試結果中，其監測結果在精度方面仍存在進一步優化的空間。相比之下，在本文的設計方法下，對于不同故障狀態的監測結果不僅具有較高的穩定性，且偏離度始終處于較低水平。綜合上述的測試結果可以得出結論，本文設計的基于串行通信技術的電網設備運行狀態遠程監測方法可以實現對電網設備運行狀態的精準監測，對于實際的設備管理和設備維護工作而言具有良好的實際應用價值。

3 結 論

提出基于串行通信技術的電力設備運行狀態遠程監測方法，利用串行通信技術代替傳統的有線傳輸方式，在極大程度上提高數據的安全性和可靠性，不僅實現對不同故障狀態的準確獲取，同時表現出較高的穩定性，對于實際的電力設備運行狀態分析和管理具有良好的應用價值。