基于無線通信技術(shù)的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法

崔正峰，張相敏

（山東福大變壓器有限公司，山東 聊城 252000）

0 引 言

電力設(shè)備電源是為電力設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠、安全電源的設(shè)備。交流電源分為單相與三相兩種類型。直流電源能夠轉(zhuǎn)換電流，提供穩(wěn)定輸出電壓與波紋系數(shù)。針對電力設(shè)備環(huán)境問題，研究人員設(shè)計多種監(jiān)控方法。其中，基于IEC 61850 通信規(guī)約的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法和基于WinCC 的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法的應(yīng)用較為廣泛[1-2]。基于IEC 61850 通信規(guī)約的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法，利用IEC 61850通信協(xié)議標準，全面、靈活、可靠地完成電源環(huán)境監(jiān)控活動。基于WinCC 的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法，將負離子源中性束注入電源監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對電源環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)控，再結(jié)合Modbus 通信協(xié)議完成監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。以上2 種方法均存在監(jiān)控死角，無法獲取全部的電源環(huán)境參數(shù)[3]。因此，文章結(jié)合無線通信技術(shù)的優(yōu)勢，設(shè)計電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法。

1 電力設(shè)備電源環(huán)境的無線通信監(jiān)控方法設(shè)計

1.1 建立電力設(shè)備電源環(huán)境數(shù)據(jù)采集輪巡機制

數(shù)學(xué)采集是電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控的關(guān)鍵與重點，監(jiān)控對象與類型不同，通信接口也不同[4]。文章建立電力設(shè)備電源環(huán)境數(shù)據(jù)采集輪巡機制，依次監(jiān)控室內(nèi)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集輪巡機制如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集輪巡機制

圖1 中，將多個監(jiān)控線程聯(lián)系起來，獲得監(jiān)控線程的巡檢數(shù)據(jù)。同時，各線程相互獨立，不受其他線程影響[5]。設(shè)定5 s 完成一次輪巡，同時啟動監(jiān)控數(shù)據(jù)采集程序。采用Select Case Equip Ment 語句，并Equip Ment 定義輪巡機制的指針[6]。每運行一次數(shù)據(jù)采集任務(wù)，Equip Ment指針+1，當Equip Ment指針+5時，再從第一個監(jiān)控模塊循環(huán)開始。

1.2 基于無線通信技術(shù)監(jiān)控電力設(shè)備電源環(huán)境參數(shù)

5PPM 基準源是一種高精度、低噪聲的電壓或電流源，它的輸出值相對于一個理想值的偏離不超過±5×10-6/℃，因此采用該基準源確保電源電壓參考值的穩(wěn)定性。解決時間漂移問題、電池壓降問題后，對比監(jiān)控到的電壓值與參考值大小，二者差異越小，單體電壓參數(shù)監(jiān)控越準確。通過無線通信技術(shù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。假設(shè)無線通信網(wǎng)絡(luò)區(qū)域為S，區(qū)域內(nèi)的傳輸節(jié)點分布情況為

式中：P為節(jié)點分布概率；Sn為無線通信網(wǎng)絡(luò)區(qū)域S中存在n個傳輸節(jié)點；γn為n個節(jié)點的分布密度；n!為不重疊通信區(qū)域的節(jié)點數(shù)量。傳輸節(jié)點互相獨立，則

式中：S1、Sk、Si分別為無線通信網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的第1、k、i個單體電壓、充放電電流、溫度等電源參數(shù)的傳輸節(jié)點；n1、nk、ni分別為正在進行電源參數(shù)傳輸?shù)墓?jié)點。ni與nj之間連通概率為

給定示性函數(shù)，表達式為

1.3 生成電力設(shè)備電源環(huán)境遠程監(jiān)控邏輯

無線通信技術(shù)將電源環(huán)境參數(shù)上報至監(jiān)控中心，使監(jiān)控指令與數(shù)據(jù)傳遞結(jié)果保持一致，并在遠程監(jiān)控終端查看電源環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)耐暾耘c實時性。遠程監(jiān)控邏輯如圖2 所示。

圖2 遠程監(jiān)控邏輯示意

圖2 中，SOCKET 為鏈接維護。傳感器將電源環(huán)境參數(shù)上傳至監(jiān)控中心，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)交互。通過遠程監(jiān)控終端向監(jiān)控中心提供電源環(huán)境參數(shù)的參考值，能夠確定電源環(huán)境監(jiān)控的效果。在遠程監(jiān)控終端，能夠訪問安全機密的信息，并以圖形化、數(shù)據(jù)化等形式直觀地展示電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控參數(shù)，從而提高電源環(huán)境監(jiān)控的準確性。

2 實 驗

為驗證文章設(shè)計的基于無線通信技術(shù)的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法的效果，以文獻[1]基于IEC6 1850 通信規(guī)約的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法、文獻[2]基于WinCC 的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法為對照組，與文章設(shè)計方法進行比較。

2.1 實驗過程

電力設(shè)備正常運行時，供電電源為2 組充電機帶2 組蓄電池，電池容量400 Ah，電池節(jié)數(shù)為208 節(jié)，可以滿足本次實驗需求。本次實驗在電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控終端進行，在監(jiān)控邏輯中設(shè)定監(jiān)控啟動或停止，從而實現(xiàn)電力設(shè)備電源環(huán)境的遠程監(jiān)控。實驗結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 實驗結(jié)構(gòu)框

圖3 中，采集器1 ～n是環(huán)境數(shù)據(jù)采集輪巡機制的主要設(shè)備，用來采集電源環(huán)境參數(shù)。采用無線通信技術(shù)，將采集器采集的環(huán)境參數(shù)上傳到監(jiān)控中心，滿足電源環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)控需求。

2.2 實驗結(jié)果

文章隨機選取出一個電力設(shè)備交流電源，監(jiān)控其溫度、濕度等外部環(huán)境參數(shù)。文獻[1]基于IEC 61850 通信規(guī)約的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法的監(jiān)控數(shù)據(jù)、文獻[2]基于WinCC 的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法的監(jiān)控數(shù)據(jù)，與文章設(shè)計的基于無線通信技術(shù)的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法的監(jiān)控數(shù)據(jù)對比結(jié)果如表1 所示。

表1 實驗結(jié)果

由表1 可知，使用文獻[1]基于IE C61850 通信規(guī)約的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法，監(jiān)測電力設(shè)備電源環(huán)境參數(shù)，其他環(huán)境參數(shù)監(jiān)控值與實際值存在差異，無法確保電力設(shè)備電源的監(jiān)控效果；使用文獻[2]基于WinCC 的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法后，存在無法監(jiān)控的情況，監(jiān)控效果優(yōu)于文獻[1]方法，但該方法仍存在監(jiān)控死角，急需進一步優(yōu)化；使用文章設(shè)計的基于無線通信技術(shù)的電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法后，監(jiān)控參數(shù)與實際值無差異，符合實際值要求能夠有效地監(jiān)控。

3 結(jié) 論

電力設(shè)備電源環(huán)境是電力設(shè)備運行所需的外部環(huán)境與物理條件。通過監(jiān)控電源環(huán)境參數(shù)，能夠確定電力設(shè)備的運行狀態(tài)，從而避免設(shè)備故障。因此，文章利用無線通信技術(shù)，設(shè)計電力設(shè)備電源環(huán)境監(jiān)控方法。從采集輪巡機制、運行狀態(tài)監(jiān)控、監(jiān)控邏輯等方面，得到電力設(shè)備電源的單體電壓、溫度、充放電電流以及電阻等環(huán)境參數(shù)，及時預(yù)警電源存在的隱患，對于電力設(shè)備的穩(wěn)定運行具有重要作用。