基于多源传感的变电站动力机房集中监控系统

基于多源传感的变电站动力机房集中监控系统

梁学良

国网安康供电公司，陕西 安康 725000

摘要：为最大化利用交变传输电流，实现对变电站动力机房内电量消耗行为的实时控制，设 计基于多源传感的变电站动力机房集中监控系统。利用供应电路输出的传输电子量，满足多 源传感器设备与监控服务器的实时连接需求，实现集中监控系统的硬件执行环境搭建。在此 基础上，规划动力机房内的监控布局形式，通过电力数据抓包的方式，对关键监控画面进行 处理，实现系统的软件执行环境搭建，结合相关硬件设备结构体系，完成基于多源传感的变 电站动力机房集中监控系统设计。实验结果显示，与 GPRS型主控系统相比，多源传感监控 系统能够对交变传输电流进行实时跟踪，可有效控制变电站动力机房内的电子消耗总量。 关键词：多源传感；变电站动力机房；集中监控；交变电流；监控服务器；布局规划；

中图分类号：   TM764文献标识码：A

0引言

变电站是一种重要的电能分配场所，在 电力系统环境中，可对电压、电流进行直接 变换处理。一般情况下，存在于动力机房等 供电单元中的变电站均属于升压型变电站， 其作用就是将输出电能升高至相对较高的 数值水平后，再将其反馈至下级高压电网环 境中[ 1-2] 。大多数变电站网络都由一次设备、 二次设备两类应用结构共同组成，可直接生 产、分配及输送电能的设备成为一次设备， 如高压断路器、变压器、电容器等；二次设 备则是指可用于测量、控制与保护变电站运 行情况的设备元件，如常见的计量装置、继 电保护装置、恒压电源等。

随着交变电流传输量的不断增大，变电 站动力机房内的电量消耗行为也会出现相 对混乱的存在状态，这也是导致交变传输电 流利用效率表现出持续下降趋势的主要原

因。为避免上述情况的发生，传统 GPRS型 主控系统通过电量数据分层抓取的方式，实 现对电流、电压等电信号的分类处理，再借 助多个数据库主机元件，实现对电能消耗行 为的定向性控制。然而此系统对于交变电流 传输行为的实时跟踪能力有限，其实际控制 效果并不能达到实际应用标准。为解决此问 题，设计基于多源传感的变电站动力机房集 中监控系统，借助供应电路、监控服务器等 多个硬件设备结构体，完成对动力机房布局 框架的精准规划，再联合电力数据的抓包指 令，实现对已获取监控画面的按需处理。

1变电站动力机房集中监控系统硬件设计

变电站动力机房集中监控系统的硬件 执行环境，由供应电路、多源传感器设备、 监控服务器三部分共同组成，具体搭建方法 如下。

1.1供应电路

变电站动力机房集中监控系统的供应 电路以 ARMCortex-M3 供应电机作为核心 应用设备，可在外接传感电源的作用下，协 调IC逻辑控制器、动力驱动装置之间的连 接与调试关系，从而使得电量回波装置中的 电子量累积行为得到有效控制。R级连接电 阻同时存在于 ARMCortex-M3 供应电机的 左侧连接区间，通常情况下，每一个接入电 阻的数值水平都不完全相同，但只有物理数 值最大的电阻元件可对 IC逻辑控制器元件 进行定向控制[3-4]。C级电容同时控制动力驱 动装置与电量回波装置，可在存储传输电量 数据的同时，更改交变电流的实际作用形式， 从而有效控制变电站动力机房内的电量消 耗行为。

图 1供应电路结构图

1.2多源传感器设备

多源传感器是一种电量检测装置，能够 感受变电站动力机房环境中的电压与电流 传输情况，并可将已获取数据信息，按照一 定规律转化成电信号或其他形式的输出信 息，从而满足系统监控主机对于电信号的存 储、控制与记录需求[5] 。为更好配合供应电 路的连接行为，多源传感器需要同时开放多 个电量串口。

 上端电量串口

存在于多源传感器上端的电量串口具 备较强的电流感应能力，可根据供应电路中 电信号的输出情况，控制传感器元件的实际 连接状态，从而避免交变电流出现不合理偏 转或堆积的行为[6]。

 下端电量串口

存在于多源传感器下端的电量串口具 备一定的电信号整合能力，可在交变电流快

速传输的情况下，将特征行为明显的电量信 号存储于数据库主机之中。

 左端电量串口

存在于多源传感器左端的电量串口负 责与变电站动力机房的集中型监控主机相 连，由于传感器元件中累积了大量的电流与 电压信号，所以左端电量串口的接入数量值 越大，监控主机所具备的电量处理能力也就 越强[7]。

 右端电量串口

存在于多源传感器右端的电量串口负 责建立传感器元件与监控服务器之间的物 理连接关系，通常情况下，该节点的实际接 入数量相对较少，但由于稳定性水平相对较 高，因此其作用能力并不受到电信号数量值 水平的影响。

1.3监控服务器

监控服务器作为多源传感器设备的对 应连接结构，能够同时负载交变电流初始化、 电信号控制、电压数值预测等多项指令请求， 可在不违背电压与电流传输关系的同时，实 现对变电站动力机房集中监控环境的有效

维护，从而使得相关设备元件始终处于可更 新状态[8-9] 。 由于供应电路组织的存在，监 控服务器设备可从中直接提取大量的交变 电流信号，不仅节省了电量信息传输所需的 物理消耗时间，也可对各级电量信号数据进 行较好的抓包处理，特别是在变电站动力机 房电感环境处于极度混乱的情况下，由于监 控服务器元件的存在，交变电流可呈现相对 稳定的传输状态，这也是相关电量消耗行为 可以得到有效控制的主要原因。

图 2监控服务器连接示意图

2变电站动力机房集中监控系统软件设计

在多源传感环境的支持下，按照动力机 房布局规划、电力数据抓包、监控画面处理

的操作流程，实现监控系统的软件执行环境 搭建，结合相关硬件设备结构体系，实现变 电站动力机房集中监控系统的顺利应用。

2.1动力机房布局规划

动力机房布局规划可在已知监控服务 器连接标准的前提下，对变电站环境中的相 关监控节点进行重新安排，从而大大缩短电 量信号由一个节点传输至另一个节点的经 历路程长度，实现对电流与电压消耗量的有 效控制[ 10- 11] 。在变电站动力机房集群中，随 着传感器覆盖面积的不断增大，已附着多源 节点的数量级水平也会呈现不断增大的变 化状态[12]。在此情况下，如何分配电量节点 的所处位置，并实现对动力机房布局形式的

合理规划，就显得极为必要。设I0 代表初始

时刻的交变电流输出数值， It代表t时刻的

交变电流输出数值，联立上述物理量，可将 变电站环境中的动力机房布局规划标准定

义为：

(It一I0 )2

Y= X(1)

上式中， Ut— t时刻的交变电压数值，

6—电压信号输出系数，—变电环境中的电信号传感系数， X— 电量感应特征值。

2.2电力数据抓包

电力数据抓包是完成交变电量传感行 为分析的必要处理环节，在变电站动力机房 环境中，由于电量信号传输行为的改变，待 处理电流与电压数据值也很难保持绝对稳 定的存在状态。因此，在已知电量传感行为 的情况下，就必须对未存储交变电量数据进 行抓包处理[ 13- 14] 。简单来说，抓包是一种定 向的电量数据处理行为，由于电信号输出与 接收位置始终保持不变，因此随着多源节点

接入数量的改变，电力数据抓包处理结果并 不会出现极为明显的变化。设 代表多源电

子量的集中感应系数，联立公式 (1) ，可将 监控系统中的电力数据抓包结果表示为：

入Y

其中，入代表交变电信号的集中监控指标量，b代表电力数据的传输行为系数，f代表电力信号感应强度值。

2.3监控画面处理

监控画面处理是变电站动力机房集中 监控系统搭建的末尾设计环节，对于变电站 动力机房群组来说，在多源传感器元件的作 用下，集中监控行为有可能会因为节点分布 过于密集而导致监控指令失准情况的出现 [ 15- 16] 。因此，需要在已知电力数据抓包量的 情况下，分析监控画面中电压与电流信号的 具体分布形式，再分别对这些信息参量进行 存储，得到最终的监控指令作用表达式。设

g1 、 g2  、 … 、 gn分别代表 n个不同的交

变电量信息分类存储条件，联立公式 (2)， 可将变电站动力机房的集中监控画面处理 指令行为定义为：

H=KxD. X2               (3)

n. (g1  + g2  + … + gn)

式中，D代表电量监控节点的分布系数，

X代表变电站动力机房环境中的电量监控

节点数量均值。至此，实现各项物理量的计 算与处理，在多源传感器设备的支持下，完 成变电站动力机房集中监控系统的设计与 搭建。

3实用性分析

选取十台型号与功能完全相同的变电 主机设备作为实验元件，其中五台设备作为 实验组对象，另外五台设备作为对照组对象。 由于交变电输出行为具有较强的不可控性， 因此所有电量信号数据只能通过人工记录 的方式获得。整个实验过程中，实验组主机 元件配置基于多源传感的变电站动力机房 集中监控系统，对照组主机元件配置 GPRS   型主控系统。

图 3交变流量输出量记录

完成电数据获取后，将其分别输入实验 组、对照组主机元件中。为确保实验结果的 准确性，在进行此步骤时，需人为剔除一些 不合理的数据信息参量，但必须保证实验组、 对照组输入数据总量保持一致。

图 4交变电数据的导入与分析

下图记录了交变电数据信号在正方向、 负方向上的实际分布情况。

图 5交变电数据分布情况

通常情况下，交变电数据分布越为密集， 与之相关的交变电流传输行为越符合其实 际存在形式。分析图 5 可知，本次实验过程 中，交变电数据在 x轴：[0,2] 、[-2,0]，y 轴：

[0,3]的数值区间内的分布行为最为密集，且 正方向与负方向上的数据分布情况始终保 持完全对称的存在状态。计数该区域内的交 变电数据个数可知，本次实验选取 20 个存 在于正方向的交变电数据量、20 个存在于负

方向的交变电数据量。

URT是与交变电数据直接相关的系数 指标，能够反映变电站动力机房内电量的实

际消耗情况，一般来说，随着交变电数据量 的增大，URT指标数值也会呈现不断增大的 变化状态，即变电站动力机房内的电子消耗 量也持续增大。下表记录了实验组、对照组 URT系数指标的实际变化情况。

表 1实验数据分析

分析表 1 可知，随着交变电数据量值的 增大，实验组 URT系数的变化趋势始终较 为平缓，整个实验过程中的最大数值水平也 相对较低。对照组 URT系数的变化趋势则 更为剧烈，整个实验过程中的最大数值水平 更是远超实验组。不符合抑制变电站动力机 房内电量消耗的实际应用需求。

4结束语

在多源传感理论的作用下，变电站动力 机房集中监控系统针对电量消耗行为过于 明显的问题进行改进，联合传感器、服务器 等多种硬件设备结构，重新规划动力机房内 的节点布局形式，并借助数据抓包指令，对 所获得监控画面进行及时处理。对比实验说 明，这种新型监控系统可针对集中分布的交 变电数据进行协调与控制，并可在缩小 URT 系数值的同时，完成对耗电量数值的有效控

制，能够较好做到交变传输电流的最大化利 用。

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