基于物聯網的變電站設備運檢一體化信息管理平臺

摘 要：現有變電站設備運檢一體化信息管理平臺易受服務器邏輯運算狀態影響，無法滿足應用要求，為解決這一問題，基于物聯網設計了一種全新的變電站設備運檢一體化信息管理平臺。硬件部分設計了G620信息采集器和SRAM存儲芯片，軟件部分利用物聯網構建了運檢一體化信息管理架構，生成了變電站設備運檢一體化信息管理通信流程，從而實現了變電站設備運檢一體化信息管理。測試結果表明，設計平臺各個功能模塊運行效果較好，具有一定的應用價值。

關鍵詞：物聯網；變電站設備；運檢一體化；信息管理平臺；G620信息采集器；SRAM存儲芯片；信息管理架構

中圖分類號：TP29；TM774 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）02-0-03

0 引 言

變電站是電力輸送的集結點，對電力系統的穩定運行有重要影響[1]。在工業化背景下，我國的變電站設備組成越來越復雜，包括各種各樣的變壓器、互感器、母線等，這些設備在電能轉換過程中均能發揮相關作用，提高了電力系統的供配電安全性[2]。研究表明，很多變電站的一次設備暴露在外，易受自然環境和人為操作影響，導致短路等故障，不利于電力系統的正常運行[3]。對變電站設備運檢一體化進行管理，可以將變電站設備的運行和維護工作整合到一個管理框架下，及時處理設備的故障，降低設備的維護成本[4]。受區域發展水平的限制，很多變電站的智能化信息管理平臺的局限性較高，無法滿足該變電站的運檢一體化要求。在該背景下，本文設計了一種全新的變電站設備運檢一體化信息管理平臺。

1 硬件設計

1.1 G620信息采集器

在變電站設備運檢一體化信息管理的過程中，需要不斷采集來自不同變電站設備的運維信息，并對信息進行有效存儲與傳輸，提高平臺的綜合運行性能[5]。因此，本文選取G620信息采集器作為平臺的信息采集硬件。G620信息采集器的組成結構如圖1所示。

由圖1可知，該信息采集器將控制電路作為采集核心，利用RS 485通信信道執行信息采集指令，完成上下行通信，將采集后的數據傳輸至主站中[6]。G620信息采集器使用Cortex-M3處理中心作為內核，支持FLASH閃存，在存儲過程中，可以由10/100 Mb/s以太網通道與UART等串口連接，因此，其能大幅提高運維一體化信息管理平臺的運行流暢性。

1.2 SRAM存儲芯片

為解決變電站設備運維一體化信息管理過程中出現的數據異常問題，提高運檢一體化信息管理的效率，本文選取SRAM芯片作為核心存儲芯片，可高效訪問變電站設備運檢一體化信息，實現信息擴展分析。SRAM存儲芯片主要通過IC完成前端設計，將netlist作為存儲終端，規劃RTL存儲代碼，因此其存儲邏輯良好，可以對待存儲的數據進行預先驗證，確保其滿足存儲的時間約束要求。除此之外，SRAM存儲芯片使用Encounter作為存儲數字后端設計工具，符合標準的單元布局，能進行靜態時序分析。在運檢一體化信息管理的過程中，其可以利用CMOS邏輯電路觸發存儲激勵信號，進一步降低存儲成本，提高運檢一體化信息管理平臺的綜合運行性能[7]。

2 軟件設計

2.1 基于物聯網構建運檢一體化信息管理架構

利用部署的傳感器獲取變電站設備的運檢參數，通過物聯網傳輸，實現運檢信息的智能整合。本文基于物聯網技術構建了運檢一體化信息管理架構，具體如圖2所示。

由圖2可知，用戶交互層主要提供數據采集、信息控制、終端交互等操作服務，可以根據業務請求進行數據可視化反饋；業務邏輯層主要進行業務數據采集，通過Windows Service進行封裝處理，快速處理交互層請求，套接Socket通信服務；數據層主要利用ADO組件的邏輯功能與數據庫建立連接，發送信息一體化管理指令，快速執行信息管理任務。上述構建的運檢一體化信息管理架構能獲取準確的服務信息，快速調用平臺的相關組件，保證了平臺的運行可靠性[8]。

2.2 生成變電站設備運檢一體化信息管理通信流程

為解決常規的變電站設備一體化信息管理平臺易受服務器邏輯運算狀態影響，從而出現功能模塊運行異常的問題，本文借助事件（Event）/委托（Delegate）機制，生成了變電站設備運檢一體化信息管理通信流程，并確定不同時刻下信息管理平臺的業務邏輯層次分布關系。生成的概率密度函數f（x）如式（1）所示：

（1）

式中：λ代表信息管理業務分量；ex代表通信業務邏輯均值。在信息管理的過程中，需要進行通信業務交換，因此，需要計算不同分組中的通信業務總量PacketSize，如式（2）所示：

（2）

式中：P代表隨機通信業務分組變量；M代表允許的最大通信業務分組。基于此，確定了信息管理通信業務目標轉移值PA，其如式（3）所示：

（3）

式中：Q代表有限通信狀態集合；Σ*代表添加到通信流程的狀態集合；Δ代表通信處理單元；S代表自動通信狀態參數；F代表通信冗余參量。基于上述參數，生成的變電站設備運檢一體化信息管理通信流程如圖3所示。

由圖3可知，上述通信流程符合Socket接收邏輯，能快速發送信息管理指令，并接收相關的反饋結果。在實際管理過程中，可以對平臺內部的事件進行委托，根據委托關系獲取控制指令，及時對管理指令進行更新。本文設計的一體化信息管理平臺將事件、委托、服務作為事件委托功能類，執行監聽、回調通信操作，最大程度提高了一體化信息管理平臺的信息管理與通信反饋效果[9]。

3 平臺測試

為驗證設計平臺的實際運行性能，本文結合測試需求配置了基礎測試環境，測試平臺各項功能的運行狀態。本文選取HoloLens作為測試輔助軟件，配置了符合測試預期目標的測試環境。測試硬件的應用服務器和數據庫主機均為HP Server S300 Windows Server，客戶端主機使用Windows 7作為操作系統。測試軟件數據庫為SQL Server 2016，選擇NET Framework 4.5版。平臺測試選用HP LoadRunner作為基礎測試工具，由TCP/IP 以太網進行通信網絡支持。在測試前，根據待測試的業務功能進行測試模擬，調整測試軟硬件的測試參數，再利用HP LoadRunner及HoloLens進行并行數據采集，模擬SCADA通信狀態，對變電站設備進行運檢一體化調度。除此之外，在測試過程中，啟動事件/委托通信機制，正確讀取測試指令，完成測試控制交互[10]。本文模擬了若干個終端用戶信息管理環境，設置了1 000個并發量，調整了并發壓力時間，進行了迭代加壓（Win32 Application測試模式）。待上述步驟完成后，使用Eclipse處理測試連接接口，生成Hadoop測試集群，記錄平臺的運行狀態，得到有效的平臺測試結果。

根據上述平臺測試環境，進行變電站設備運檢一體化信息管理平臺測試。此時，在上述環境中運行本文設計的基于物聯網的變電站設備運檢一體化信息管理平臺，得到的平臺測試結果見表1。

由表1可知，本文設計的基于物聯網的變電站設備運檢一體化信息管理平臺在不同測試功能下的運行狀態均較好，通過了平臺測試，由此證明了本文設計的變電站設備運檢一體化信息管理平臺應用性能良好，具有一定可靠性，應用價值較高。

4 結 語

隨著智能化技術的發展，越來越多的變電站開始采用智能化技術對設備進行運檢一體化管理，建立了各種規模的信息化管理系統。這些信息化管理系統通常包括設備管理、運行監控、故障診斷、維修管理等功能模塊，能對變電站運檢一體化數據進行采集、存儲、分析。受變電站設備通信環境等條件限制，大多數常規的運檢一體化信息管理平臺的運行流暢性較低，功能模塊運行異常，因此，本文借助物聯網技術，設計了一種全新的變電站設備運檢一體化信息管理平臺。平臺測試結果表明，設計的信息管理平臺性能良好，具有較高可靠性，可為實現變電站的智能化管理做出一定的貢獻。

參考文獻

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作者簡介：林雙雙（1993—），女，浙江溫州人，碩士，工程師，研究方向為電網設備運行維護工作。

收稿日期：2024-01-26 修回日期：2024-03-06