電力移動作業終端邏輯信息自適應跟蹤系統設計

王登峰，陳銀江，張軍喜，李夫海，李學斌，侯永寧

（1.國網寧夏電力有限公司，寧夏 銀川 750001；2.北京中電普華信息技術有限公司，北京 100000）

在電力作業網絡中，移動終端負責將邏輯信息參量由核心主機轉運至下級電網設備之中，由于移動作業體系的執行具有較強的靈活性，所以在轉運電網信息的過程中，不需電力主機、終端節點等應用設備元件的配合[1]。在硬件方面，電力移動作業終端包含輸入部件、中央處理器、輸出部件、存儲器元件等多個應用結構，可以按照電力網絡布局形式調節電量信號傳輸行為，從而使得網絡主機對于電信號參量的敏感性感應能力得到保障；軟件方面，電力移動作業終端的連接則必須借助多種不同的開放性應用平臺。由于終端體系內電量信號的傳輸形式并不固定，所以整個電力作業網絡始終具有較強的應用靈活性[2]。

對于電網主機而言，隨著電信號累積量的增大，主機元件的實時處理速率會呈現出明顯下降的變化趨勢，在此情況下，電網主機很難對數據信息參量的傳輸行為進行約束，這也是導致電力作業跟蹤執行指令可行性不斷下降的主要原因[3]。傳統分散控制系統在物聯網框架的基礎上，借助交互運行主機，記錄電力作業的實時執行狀態，再根據電網邏輯信息的量化輸入與輸出配比關系，制定控制執行指令[4]。然而該系統在提升電網邏輯信息處理速度方面的應用能力有限，并不能實現對電力作業的及時跟蹤與處理。為解決上述問題，設計新型的電力移動作業終端邏輯信息自適應跟蹤系統，并根據對比實驗結果，分析該系統的實際應用能力。

1 自適應跟蹤系統硬件設計

1.1 電力供應電路

電力供應電路是自適應跟蹤系統中唯一的電量信號輸出裝置，可以接收電網高壓輸出端向外反饋的電力作業信息，并可以借助電阻元件，實現對傳輸電信號的變壓處理，從而使其自身的電量水平能夠適應多種不同的電力移動作業環境[5]。電力供應電路結構簡圖如圖1 所示。完整的電力供應電路至少應包含兩個電容設備（如圖1 中的C1與C2）和兩個調壓結構（如圖1 中的VT1 與VT2），在電阻R的作用下，電容設備、調壓結構所能承載的電壓水平越高，整個電力供應電路對于電力移動作業終端的驅動作用能力也就越強。

圖1 電力供應電路結構簡圖

在電力供應電路中，MIC 設備負責對電力作業邏輯信息參量進行整合處理，并可以按照電阻R的連接阻值水平，分配電網主機輸出的電量信號[6]。

1.2 作業終端平臺

電網作業終端平臺負責執行電信號審核、邏輯信息參量分辨、電量信號數據采集三項處理任務，可以在Scapy 芯片、QT 框架、GDA 電信號處理器等多個應用元件的支持下，制定與電力移動作業終端相關的自適應跟蹤執行指令[7]。具體的電網作業終端平臺組成結構如圖2 所示。

圖2 作業終端平臺組成結構

Scapy 芯片、QT 框架作為一個完整的單元型附屬模塊，在電網作業終端平臺中，負責對電信號參量進行審核處理[8]；電量信息數據庫、GDA 電信號處理器則負責辨別電網邏輯信息參量，能夠為電力移動作業終端提供大量的可參考信息；IEC 芯片負責采集電量信號數據，可以根據待處理邏輯信息參量的傳輸形式判斷自適應跟蹤執行指令的可行性價值。

1.3 邏輯信息處理模塊

在電力移動作業終端邏輯信息自適應跟蹤系統中，邏輯信息處理模塊所屬的連接等級相對較低，可以在接收電網作業終端平臺輸出的電信號參量的同時，更改已存儲邏輯信息文件的排列形式，從而使得系統執行主機能夠對這些信息參量進行及時調取與處理[9-10]。

邏輯信息處理模塊的具體執行能力如下：

1）更改邏輯信息在電力移動作業終端的存儲形式，避免待處理電量信號對已處理信息參量造成覆蓋性影響；

2）閉合電力移動作業終端的外部負載接口，避免待處理邏輯信息參量出現外泄；

3）建立電力移動作業終端與系統跟蹤處理主機之間的邏輯連接關系，為電網信息參量提供穩定的傳輸環境。

2 自適應跟蹤系統軟件設計

2.1 移動作業節點部署

由于電網邏輯信息的儲量水平極大，所以電力移動作業節點的數量級水平也必須相對較大[11-12]。式（1）為移動作業節點定義表達式：

其中，a1,a2,…,an表示n個不同的電力移動作業節點定義參量，χ1,χ2,…,χn表示不同的電網信號標記系數，ΔD表示電力邏輯信息的單位累積量，s1,s2,…,sn表示不同的電力作用指標，k1,k2,…,kn表示不同的移動行為向量。

在式（1）的基礎上，設f表示電力移動作業終端節點聯結系數，g1、g2表示兩個不相等的部署參量。電力移動作業節點部署表達式為：

為使電網自適應跟蹤執行指令更符合實際應用需求，在求解移動作業節點部署表達式時，要求n個電力移動作業節點定義參量的取值結果不能完全相等。

2.2 跟蹤指令執行流程

在已知電力移動作業節點部署條件的情況下，系統主機可以根據電網邏輯信息分離結果，對待執行指令文件進行提取，并可以遵循自適應判別原則，衡量當前所運行指令是否滿足跟蹤處理電信號參量的實際應用需求[13-14]。完整的跟蹤指令執行流程如圖3 所示。

圖3 跟蹤指令執行流程

對于電力移動作業終端邏輯信息的處理，要求系統主機所制定的跟蹤執行指令文件必須滿足自適應調試系數的求解表達式。

2.3 自適應調試系數

自適應調試系數也叫自適應感應系數，在電力移動作業終端中，該項指標參量的取值能夠影響系統主機對于電力邏輯信息的處理能力[15]。在制定跟蹤執行指令的過程中，自適應調試系數的取值結果越大，系統主機對于電力邏輯信息的處理能力也就越強，此時起始跟蹤節點與目標跟蹤節點之間的物理距離也就越大，主機元件對于待處理邏輯信息參量的容納能力也就越強[16]。設e表示電力邏輯信息跟蹤處置參量的初始賦值，表示電網邏輯信息參量在單位時間內的傳輸均值，λ表示自適應判別參量，表示一個隨機選取的邏輯參量特征，γ表示初始調試權限，?表示電力移動作業終端對于電網邏輯信息的容納系數。聯立上述物理量，可將自適應調試系數求解表達式定義為：

按照已知的參量指標計算結果，對各級硬件設備結構進行調試，從而完成電力移動作業終端邏輯信息自適應跟蹤系統的設計與應用。

3 實例分析

3.1 實驗準備

通過人工調試的方式，確保電力移動作業終端的運動穩定性，如圖4 所示。分別利用實驗組、對照組應用系統，對處于穩定狀態的電力移動作業終端進行控制，記錄在既定實驗時間內（實驗以60 min 作為既定實驗時長）相關實驗指標的數值變化情況，其中實驗組采用新型電力移動作業終端邏輯信息自適應跟蹤系統，對照組采用傳統分散控制系統。為保證實驗結果的公平性，除所采用處理系統類型不同外，實驗組、對照組其他實驗干擾條件始終保持一致。

圖4 電力移動作業終端調試

表1所示為實驗所選擇實驗元件的名稱及型號。

表1 實驗設備選型

實驗分兩部分進行，首先應用實驗組系統對實驗主機進行控制，記錄實驗組變量數據；然后應用對照組系統對實驗主機進行控制，記錄對照組變量數據；最后對比所得數據，總結實驗數據的變化規律。

3.2 數據分析與總結

在電力信息輸出總量不發生改變的情況下，電網主機對于邏輯信息的處理速度可以用來描述主機元件對于電力作業跟蹤處理的及時性程度。一般情況下，電網主機對于邏輯信息的處理速度越快，主機元件對于電力作業的跟蹤與處理也就越及時；反之，則表示跟蹤處理指令的滯后性較強。

表2、表3 反映了實驗組、對照組處理速度指標的數值變化情況。

表2 邏輯信息處理速率（第一次實驗數值記錄）

表3 邏輯信息處理速率（第二次實驗數值記錄）

分析表2、3 可知，實驗組處理速度指標保持不斷增大的數值變化狀態，在第二次實驗過程中，當實驗時間等于60 min 時，實驗組處理速度指標取得最大值8.96 Mb/s。對照組處理速度指標則保持先穩定、再持續增大的數值變化狀態，在第一次實驗過程中，當實驗時間等于60 min 時，對照組處理速度指標取得最大值6.85 Mb/s，與實驗組最大值相比，下降了2.11 Mb/s。

綜合上述實驗研究結果可知，設計的新型自適應跟蹤系統能夠大幅促進電網主機對于邏輯信息的處理速度，在實現電力作業的及時跟蹤與處理方面具有較強的實用性能力。

4 結束語

與分散控制系統相比，新型自適應跟蹤系統在電力供應電路的支持下，重新規劃作業終端平臺與邏輯信息處理模塊之間的連接關系，根據移動作業節點部署原則，完善跟蹤指令執行流程，從而實現對自適應調試系數的準確推導。實驗結果表明，隨著這種新型跟蹤系統的應用，電力主機對于電網邏輯信息的處理速度極值接近9.0 Mb/s，能夠促進主機元件對于電力作業的及時跟蹤與處理，符合實際應用需求。