數字化配電網工程智慧化評估平臺設計研究

摘 要：隨著智能電網技術的快速發展，配電網作為電力系統的重要組成部分，其智能化水平對提高整個電力系統的運行效率和安全性具有重要意義。同時，配電網工程涉及數據較為復雜，難以保證經濟效益的評估結果的準確性，因此，本文提出數字化配電網工程智慧化評估平臺設計研究。本文從提升硬件和軟件設備兩方面對評估平臺進行升級，與文獻[4]和文獻[5]所述的評估系統進行對比測試?？梢钥闯觯疚乃岬脑u估平臺對各經濟效益指標的評估結果誤差以及整體經濟效益與實際值的差異均小于另外兩個。因此，該評估平臺能夠為配電網的規劃和運行提供支持。

關鍵詞：配電網工程；智慧化評估；RK3588開發板；AVT9152集成模塊；電能損失

中圖分類號：TP 39" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

當工程進行智慧化評估時，要兼顧多種因素，不僅涉及項目的技術層面，還包括安全、可行性等方面[1]。首先，技術指標是核心，包括傳感器部署情況、信息系統運行效果等。其次，安全指標同樣重要，涉及網絡和數據安全等方面[2]。再次，可行性指標關注工程項目的經濟與實用性，包括成本效益等。最后，環境指標也是不可忽視的因素，包括能源消耗、碳排放等[3]。在平臺系統的設計研究中，文獻[4]提出基于工程項目動態風險的評估系統，既能實時監測工程項目的風險變化，又能針對風險情況采取措施，保證工程項目順利進行。但該系統的不足之處是可能對數據的精度和實時性要求較高，需要收集大量的資源數據。文獻[5]提出以FCE-SEW模型為基礎的評估系統，綜合考慮了技術、安全等多方面，提供了全面而客觀的評估結果。但該模型相對復雜，需要專業的知識和技能進行操作和分析。結合上述的分析能看出，對工程進行智慧化評估時要兼顧多個因素并注重實用價值[6]。

因此，本文以配電網工程為研究對象，提出數字化配電網工程智慧化評估平臺設計研究，并進行對比測試，分析其應用性能。

1 硬件設計

1.1 核心板裝置設計

在配電網工程領域，隨著技術的不斷發展和需求的日益增長，對平臺的性能要求也日益嚴苛。因為配電網結構復雜，涉及設備眾多，同時其運行環境和負載條件不斷變化，所以對其進行評估時需要兼顧多方面因素包括但不限于電源質量的穩定性、供電可靠性以及設備的健康狀況等，而這些因素所對應的數據往往復雜多樣[7]，因此，為應對這些挑戰，保證評估結果的準確性，選擇一個高性能的開發板作為評估平臺的核心裝置至關重要。本文選擇DB3588V2 高性能開發板作為系統的核心板裝置[8]，它采用瑞芯微旗艦芯片RK3588，這款芯片集成了強大的計算能力和豐富的功能接口，能夠滿足配電網工程智慧化評估平臺的各種復雜的應用需求，它還集成了6Tops NPU，當處理與深度學習、機器學習相關任務時具有出色的性能，同時，它還配備了ARM Mali-G610 MP4四核GPU，能夠支持高質量的圖形渲染和多媒體處理，為數字化配電網工程智慧評估平臺的可視化展示和監控提供有力支持。此外，DB3588V2開發板還支持多種操作系統，包括Android、Ubuntu、Debian、Buildroot、RTLinux等，為不同的應用場景和需求選擇最適合的操作系統和軟件開發環境，為不同場景的配電網工程開發各種定制化的評估平臺，滿足特定的業務需求。在實際運行工程中，此開發板能夠穩定地運行評估平臺，實時收集和分析配電網的運行數據，同時，它還能與其他設備和系統進行無縫對接，使數據共享和交換，為配電網的協同管理和優化提供可能性。DB3588V2能夠為本文設計數字化配電網工程智慧化評估平臺提供硬件功能定制，滿足跨SOC平臺的配電網工程數據移植以及BSP內核裁剪及驅動調試等，使其良好適應不同應用場景。

1.2 集成裝置設計

為了對配電網工程進行綜合評估，保證其穩定運行和高效管理，需要對多元數據進行集成處理。因此，本文將AVT9152集成模塊作為本文設計系統的集成裝置。具體來看，AVT9152集成模塊有LTE-M/NB-IoT調制解調器，它能夠幫助評估平臺與現有的移動網絡進行無縫銜接，實現遠程數據傳輸，縮短空間距離。無論是城市還是偏遠地區，只要覆蓋了移動網絡就能保證數據穩定傳輸。此外，AVT9152還搭載了GPS的nRF9160低功耗系統級封裝（SiP），它使平臺可以精準定位配電網中的關鍵設備或區域，這對快速響應故障、優化資源配置具有重要意義，同時，它的低功耗能特性也保證了模塊在長時間運行過程中的穩定性，節約了維護成本。AVT9152還集成了nRF52840藍牙5.2/低功耗藍牙（Bluetooth LE）先進多協議片上系統（SoC）。應用藍牙技術可以使評估平臺在短距離無線通信方面展示出色的性能，它可以連接各種智能設備，對數據進行快速交換和共享，節約時間成本。這對提高配電網工程的智能化水平、實現設備間的協同工作具有重要意義。綜上所述， AVT9152集成模塊憑借其強大的功能和靈活的配置，在數字化配電網工程智慧評估平臺展示出巨大潛力。采用集成的多種通信技術，AVT9152能夠在不同類型的嵌入式應用進行信息追蹤，為評估平臺提供有力的數據支持。AVT9152集成模塊能夠有效處理大規模多元配電網工程數據。

2 軟件設計

2.1 平臺構架設計

對數字化配電網工程智慧化評估平臺構架的設計來說，本文按照接入層、服務層以及展示層的3層結構模式進行構建，如圖1所示。

結合圖1的數字化配電網工程智慧化評估平臺構架，首先，接入層是評估平臺與外部數據源進行交互的橋梁。為了保證評估平臺的靈活性和可擴展性，接入層設計與數據層通過業務邏輯層隔離，并利用O-R映射實現代碼和數據庫松耦合，并借助O-R映射，對代碼和數據庫進行松耦合。同時由訪問層連接服務層和數據源，以解綁數據庫與平臺功能，節約開發和運維成本，提高評估平臺的靈活性、可維護性以及開發效率。其次，服務層是評估平臺和核心部分，主要負責提供數據處理、算法計算、權限管理等功能。將服務層細分為能力服務層和應用服務層兩部分。其中，能力服務層提供功能組件（例如數據清洗、數據轉換等）、角色權限體系（用于用戶權限管理和訪問控制）、模型算法引擎和開放接口。應用服務層基于能力服務層提供的組件和引擎，構建具體點應用功能，例如配電網運行狀態監控、故障預警、能效評估等。服務層采用大量基于組件封裝的技術進行應用功能開發，這種分層結構的各層次間的功能獨立且耦合度低。它將功能劃分為獨立的模塊，便于開發和利用。通過角色權限體系保障平臺數據的安全性。最后，因為展示層是評估平臺與用戶進行交互的窗口，負責將服務層提供的數據和功能以直觀、友好的方式呈現給用戶。所以，本文主要利用展示層設計對各種功能模塊、數據資源進行統一封裝，以統一界面交互方式，對事件和消息的處理、傳輸，把所有用戶有機地聯系在一起。為用戶提供直觀、友好的界面，節約學習成本。并且通過豐富的交互設計和視覺效果，提升了用戶的體驗。

2.2 基于配電網工程參數集成分析的智慧化評估

本文主要是通過集成分析相關參數對配電網工程進行評估。

電能損耗成本控制直接影響到企業的經濟效益以及能源使用效率。本文主要采用實施前同期綜合線損率為基準的方法對其進行分析，它可以量化評估電能損耗成本控制措施的經濟效益，為企業制定更加科學、合理的能源管理策略。計算過程如公式（1）所示。

Fs=（k-k'）·q·f " " " " " " " （1）

式中：Fs為配電網工程在電能損耗成本控制方面的經濟效益；k為工程實施前同期綜合線損率參數，它是在沒有采取任何電能損耗成本控制措施前，同一時期內的綜合線損率，用于比較后續措施實施后的效果；k'為評價期工程的綜合線損率參數，它表示在采取了電能損耗成本控制措施滯后，評價期內的綜合線損率，這個參數是評估措施效果的關鍵；q為售電量參數，它是計算電能損耗成本控制經濟效益的重要參數之一；f為對應的售電單價，它反映了電能的經濟價值，也是計算電能損耗成本控制經濟效益的重要參數。

電能損失是一個重要的經濟和技術指標，它直接影響企業的運營成本和供電質量。本文主要以實施前同期停電損失為基準，對電能損失成本控制方面的經濟效益進行分析，計算過程如公式（2）所示。

Fh=（Δp·Δt）·q'·f " " " " " " " （2）

式中：Fh為配電網工程在電能損失成本控制方面的經濟效益；Δp為工程實施前后同期綜合停電率參數的差值；Δt為工程實施前后的綜合停電時長參數差值；q'為通過電量。

Δp差值的絕對值越大，說明工程在降低停電頻率方面取得的效果越明顯，Δt差值的絕對值越大，說明工程在縮短停電時間方面取得的效果越顯著，q'越大，說明電網的供電能力越強，同時降低停電損失和電能損失所帶來的經濟效益也越顯著。

本文以實施前同期萬元資產運維成本為基礎，對運維成本控制方面的經濟效益進行分析，計算過程如公式（3）所示。

Fj=（Fb-Fa）=ΔT·Δc " " " " " " " （3）

式中：Fj為工程在運維成本控制方面的經濟效益；Fb和Fa分別為實施前后同期萬元資產運維成本；ΔT為實施前后的故障次數差值，它是評估工程在減少故障、提高系統穩定性方面效果的重要指標。一個正的差值說明故障次數有所減少，對提高運維效率和降低成本具有積極意義；Δc為實施前后故障處理的單位成本差值，它反映了工程實施在提高故障處理效率、降低處理成本方面的效果。若差值為負，則說明故障處理的成本有所降低，這對提高整體運維經濟效益是有利的。

按照上述方式，集成分析配電網工程參數，對工程作出評估。

3 測試與分析

3.1 測試環境

當分析本文設計的配電網工程智慧化評估平臺的運行性能時，以某實際的配電網工程數字化信息為基礎進行對比測試。其中，參與測試的對照組分別為文獻[4]提出以工程項目動態風險為基礎的評估系統，文獻[5]提出以FCE-SEW模型為基礎的工程項目評估系統。

具體的測試配電網工程為某城市智能配電網升級項目，涉及該城市核心區域的配電網改造和升級，包括高壓變電站的二次降壓設備改造、中低壓配電網的線路新建與改造、配電自動化系統的建設等。項目總投資額為1億元，預計建設周期為1年。對項目的基礎經濟指標參數情況進行統計，數據如下。1）停電損失：對應平均每次停電損失約為10萬元/次，年停電次數約170次。2）電能損耗：原電能損耗率約為8%，年用電量約5.0億kWh，對應的電費單價為平均0.6元/kWh。3）運維成本：原運維成本約1000萬元/年。

在上述基礎上，從經濟角度出發，對測試配電網工程的年度經濟價值進行評估。

3.2 測試結果

測試結果以1年為周期，分別從電能損失成本減少量、電能損耗成本減少量以及運維成本減少量角度出發，對其進行綜合分析，并與實際運行數據結果進行比較。數據信息如圖2所示。

結合圖2的測試結果可以看出，在3個不同的評估系統平臺下，采用本文設計平臺的經濟效益情況的輸出結果與實際值的擬合度最高。其中，在文獻[4]提出以工程項目動態風險為基礎的評估系統下，整體經濟效益的評估結果與實際值的誤差為26.99萬元，但是單個經濟效益指標的評估結果最大誤差達到了26.84萬元。在文獻[5]提出以FCE-SEW模型為基礎的工程項目評估系統下，雖然單個經濟效益指標的評估結果誤差穩定在23.0萬元內，但是整體誤差達到了54.86萬元。相比之下，采用本文設計評估平臺，不僅對單個經濟效益指標的評估結果誤差穩定在10.0萬元內，且整體經濟效益與實際值的差異也僅為17.48萬元。綜合上述測試結果可以得出結論：本文設計的配電網工程智慧化評估平臺能夠對工程經濟效益進行準確評估。

4 結語

項目工程智慧化評估平臺建設不僅有助于提高工程項目的安全性和效率，也可以通過優化資源配置和提高工作效率，對成本進行有效控制。本文提出數字化配電網工程智慧化評估平臺設計研究，對工程整體狀態進行綜合評估，能夠準確反饋工程的實際情況。通過本文的研究，以期能為實際的配電網工程管理提供有價值的參考。

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