变电站直流电源容量状态在线监测系统

蒙小胖，梁泓泉，齐安新

（陕西地方电力公司 宝鸡供电分公司，陕西 宝鸡 721013）

0 引 言

由于变电站的建设发展速度不断增快，对其直流电源容量的要求也不断加大。在变电站直流电源开启状态下，变电站直流电源容量状态必然会受到各种各样因素的影响，进而产生波动[1]。为保证变电站直流电源容量状态始终处于稳定的前提下，针对其进行在线监测是实现此目标的有效途径。当前，我国对于该监测系统的相关研究中，主要通过传感器采集变电站直流电源容量状态数据，并传输到后台，实现在线监测变电站直流电源容量状态[2]。但传统系统在实际应用中存在监测查准率低的现象，因为很多环境因素会对传感器造成一定的干扰，所以会进而影响变电站直流电源容量状态数据采集的精度，而且在传统系统软件部分缺乏对数据的处理，致使数据精度低的问题一直无法得到解决。基于此，本文开展变电站直流电源容量状态在线监测系统设计，从硬件和软件两方面入手，通过在线监测变电站直流电源容量状态侧频发信号，实现电源容量状态的在线监测，并致力于为提高变电站直流电源容量状态在线监测查准率奠定良好的基础。

1 变电站直流电源容量状态在线监测系统硬件设计

1.1 传感器

本文设计的传感器型号为MKBT-A500-E432，具体参数指标如表1所示，用于测量变电站直流电源容量关键参数的实时状态[3]。传感器内置MPU-58974100芯片，该芯片作为一个封装的复合型芯片，能够有效提高变电站直流电源容量状态在线监测的数据传感精度。

结合表1所示，MKBT-A500-E432传感器能够测量各种状态下变电站直流电源的实时容量参数，多种维度监测变电站直流电源容量状态，满足变电站直流电源容量状态监测的基本要求。

表1 MKBT-A500-E432传感器参数指标

1.2 专用集成电路

为确保系统中的监测数据能够高效传输，运用Apriori性质设计专用集成电路，表格化传感器接收端的有效信号功率，缩小频繁项集的搜索空间。本文设计的专用集成电路接线点为I/0点，其所连接的终端设备为检测后台[4]。可以将变电站直流电源容量整个监测状态均视为在线监测，专用集成电路中包含2 000个I/0点，实际容量有2 540个。

基于专用集成电路的联动功能，将多个系统硬件有效地串联在一起，减小信源信号的冗余度，将出现传输错误的几率降至最低[5-7]。

1.3 监测主机

在专用集成电路的基础上设计监测主机，型号为OM-A6 LKX2547777，带独立看门狗，大容量存储器，无需依赖网络即可在线监测变电站直流电源容量的状态参数，并集中监控管理。为满足变电站直流电源容量状态在线监测结果显示高清晰度的需求，本文设计的监测主机选用4K显示器，最佳分辨率高达3 840×2 160，屏幕尺寸为27寸，面板类型属于AHIPS。通过HDMI2.0（HDR）×2和DP1.4（HDR）×1实现视频接口，以此完成对关键数据的在线监测、现场图像采集、报警信息发布以及远程控制等操作，完成系统硬件部分设计。

2 变电站直流电源容量状态在线监测系统软件设计

2.1 接收变电站直流电源容量状态在线监测数据

针对系统软件部分，设计数据接收模块，获取通道环境中的各项数据，其中包括变电站直流电源电压、电流以及电阻等。并利用云端计算平台，整合变电站直流电源容量状态信息，获取转换后的信号格式，将信号发送到顶层应用端进行信号解码。此外，按照NB-IOT技术下的TCP/IP网络传输协议，解封传递的数据集合，确保多数据集合在传输路径的平均分配，并在终端接收发射的信号[8-10]。

2.2 传输变电站直流电源容量状态在线监测数据

在接收变电站直流电源容量状态在线监测数据的基础上，通过NB-IOT技术中的HCore BC95-B5通信模块，配置监测数据的服务器传输地址。基于NBIOT技术平均分配每个变电站直流电源容量状态在线监测数据传输信号一个唯一标识，即为Device ID。这样一来，通过Device ID减少变电站直流电源容量状态在线监测中的冗余值，传输实时动态监测数据，提高传输效率。

2.3 追踪变电站直流电源容量状态在线监测数据

在传输变电站直流电源容量状态在线监测数据的过程中，为保证监测数据不会丢失，本文通过追踪变电站直流电源容量状态在线监测数据的方式，进一步提高监测数据精度。考虑到变电站直流电源容量状态存在一定随机性，因此在设计监测系统时，可通过计算变电站直流电源容量的方式，追踪变电站直流电源容量状态在线监测数据。假定此过程可通过计算的方式加以表达，设目标函数表达式为U(t)，则有：

式中，R指的是保护电阻；E指的是为直流电；C指的是电压正常值。根据上述计算公式得出变电站直流电源容量，以此追踪变电站直流电源容量状态在线监测数据。

2.4 读取变电站直流电源容量状态在线监测数据

以追踪到的变电站直流电源容量状态在线监测数据为依据，读取变电站直流电源容量状态在线监测数据。首先，利用PLC控制监控数据的通信通道，处理后的变电站直流电源容量状态在线监测数据转化为具体参数。设其目标函数为σcd，可得：

式中，E指的是变电站直流电源容量状态在线监测信号能量值；ε指的是监控点读取变电站直流电源容。在此基础上，利用SVDE/SEFV指令读取监控数据，按照变电站直流电源容量状态在线监测状态字节的表示方式，描述变电站直流电源容量状态。最后将读取的变电站直流电源容量状态监测数据写入端口数据中。

2.5 在线监测变电站直流电源容量状态

在读取变电站直流电源容量状态在线监测数据后，为防止变电站直流电源容量状态的突发异常，必须在线监测变电站直流电源容量状态侧频发信号。针对监控变电站直流电源容量状态侧频发信号流转复杂和多样化的特点，设置目标函数，进行统一描述。设监测变电站直流电源容量状态侧频发信号计算表达式为TDS，可得：

式中，t指的是四元组；tid指的是在线监测变电站直流电源容量状态侧频发信号流转标识；sender指的是在线监测变电站直流电源容量状态侧频发信号的发送方；receiver指的是在线监测变电站直流电源容量状态侧频发信号的接收方；profile指的是在线监测变电站直流电源容量状态信号的具体信息。通过式（4）可以将在线监测变电站直流电源容量状态侧频发信号看作监测的内部表示，以此实现在线监测变电站直流电源容量状态系统设计。

3 实例分析

3.1 实验准备

实验对象选择型号为ZFV256 456，BT的变电站直流电源，通过MATLAB软件在线监测变电站直流电源容量状态。本文设计系统记为实验组，传统监测系统记为对照组，对比指标为监测查准率，监测查准率数据越高，证明该系统在实际应用中的监测精度越高。

3.2 实验结果与分析

整理实验结果，如表2所示。

通过表2可知，在相同的监测次数下，本文设计系统监测查准率明显高于对照组，且定量误差在可允许范围内，从而说明所设计的监测系统更具有现实推广价值。

表2 实验结果对比表

4 结 论

本文通过实例分析的方式，证明了设计监测系统在实际应用中的适用性，能够解决传统变电站直流电源容量状态在线监测中存在的缺陷。但同样存在不足之处，主要表现为未检验本次监测查准率测定结果的精密度与准确度，因此需进一步提高监测查准率测定结果的可信度。