电力信息采集与通信规约解析系统设计

2021-10-31俞秋霞

河南科技 2021年15期

俞秋霞

摘要：为解决传统电力信息采集与通信规约解析系统存在的解析残差大的问题，设计了一种新的电力信息采集与通信规约解析系统。硬件方面，设计电力信息采集系统的电源传感电路以及显示器;软件方面，设置电力信息采集可信算法，读取电力信息通信规约数据，建立电力信息通信估算模型，实现电力信息通信规约解析，增加电力通信系统的实用性能。设计实例分析的结果表明，设计的解析系统解析残差始终低于实验对照组，系统解析精度较高。

关键词：电力系统;传感器;通信规约

中图分类号：TM76文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）15-0020-03

Abstract： A new power information collection and Communication Protocol analysis system is designed to solve the problem of large residual error in the traditional power information collection and communication protocol analysis system. On the hardware side， the power sensor circuit and the display of the power information acquisition system are designed; on the software side， the power information acquisition trusted algorithm is set up， the power information communication protocol data is read， and the power information communication estimation model is established， the analysis of power information communication protocol is realized to increase the practical performance of power communication system. The analysis result of the design example shows that the analytic residual error of the designed analytic system is always lower than that of the experimental control group， and the analytic precision of the system is higher.

Keywords： power enterprise;effective signal;governance and monitoring;objective function;monitoring efficiency

電力信息采集与通信规约对保障大型电力设备的安全性与兼容性具有重要作用。当前，国内大型电力设备普遍存在通信安全问题和通信规约不统一的问题。由于不同种类电力设备同时存在多种通信规约，且对不同通信规约的解释没有形成统一标准，导致电力设备的交互操作性差，维护成本较高[1]。因此，如何设计统一的电力信息采集与通信规约解析系统成为当前的热议话题。本次研究在传统设计的基础上设计更加稳定的输出电源传感电路，设置电力信息采集可信算法，以保证电力信息运送的安全性，同时建立统一的通信规约估算模型，为电力信息采集与通信规约解析自动化应用提供可靠的技术支持。

1 系统硬件设计

电力信息采集与通信规约解析系统的硬件设计包括电源传感电路和显示器。

1.1 电源传感电路的设计

电力信息采集系统由控制器、执行器、传感器以及远程诊断工具4大模块构成。为了满足信息采集系统对安全性和稳定性的需求，电力系统需具备拥有较高稳定性能的恒压供电设备。此次研究在传统设计的基础上设计了负责传输供电的传感器，根据不同传感器芯片不同的电压需求，实现不同电压不同的供电模式。电力信息采集系统电源传感电路如图1所示。

本次设计将4颗纽扣电池串联后提供的12 V电压作为基准，经过电路变换后获得电力采集系统所需要的电压值。当目标供电的电压需求大于12 V时，需要使用升压电力变换电压后提供给目标系统。当目标供电的电压需求小于12 V时，为了将电压提升至12 V，需要提高电源电压，以实现稳定供电[2]。当输入电压值为3～5 V时，可以为目标系统提供大小为150 mA的电流;当输入电压值为5～8 V时，使用升压芯片调节电流压力值，持续稳定地输出大小为200 mA的电流。这样可为电力信息采集系统和数据信息运放工作的稳定性提供支持。

1.2 显示器

在电力信息采集系统电源传感电路的基础上设计显示器，型号为OMN-A6 X8597545，带独立看门狗和大容量存储器，能够显示采集的电力信息通信数据，无须网络即可完成信息采集等设备的运行参数调试，并实现集中管理。显示器作为系统运行结果的展示界面，主要用于显示电力信息通信规约数据。通过串口通信直接获得电力信息通信规约数据，并通过RS232通信总线与下层控制主机相连。显示器的硬件环境配置包括2 Mb/s的PC端各类型浏览器和移动端各类型浏览器，以及型号为TYR3583589的上位机，均为带宽可支持浏览器。利用显示器中的双核多路可提高显示速率，并以此完成系统的硬件部分设计。

2 电力信息采集与通信规约解析系统软件的设计

2.1 设置电力信息采集可信算法

设计的电力信息采集与通信规约解析系统软件，通过约束电力信息的运送条件进行设计。但是，由于传统算法存在安全性低、运送时间较长等问题，因此需设置更为通用的电力信息采集可信算法，对电力可信网络的可信性进行层次划分，以信息采集的安全性为前提条件，对电力系统规划有限边界。针对电力信息采集系统的封闭性和有限性特点，设置电力信息采集可信算法，描述为：

式（1）中：[S]代表电力信息采集的最终结果;[Zin]表示拥有可信条件的输入信息;[Zout]表示拥有可信条件的输出信息。任意的电力采集信息经过控制器解释后形成信息，并利用式（1）中的可信算法进行后续的推断。该算法具有一定的强制性和控制性，可有效安全地控制数据访问和信息运送的权限，确保每一次状态的转换都是可信推断的，从而保障系统安全稳定运行，构造一个可信的电力信息采集环境。

2.2 读取电力信息通信规约数据

完成电力信息采集可信算法设置后，读取电力信息通信规约数据。利用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制电力信息数据的通信通道，将处理后的电力信息通信规约数据转化为具体参数。设目标函数为[σcd]，可得：

式（2）中：[E]为电力信息权重;[ε]为电力信息通信规约字符长度。为获得更加精准的电力信息通信规约数据，还需剔除读取的电力信息通信规约数据具体参数中的误差参数，进而得到电力信息通信规约的真实数据。设电力信息通信规约真实数据为[σ]，可得：

式（3）中：[σxb]为初始值误差;[σss]为电力信息通信规约数据类型描述误差;[σwd]为数据解析过程中数据显示误差值。通过式（3）计算得出的结果，即读取的电力信息通信规约真实数据。利用SVDE/SEFV指令读取电力信息通信规约数据，按照电力信息通信规约数据状态字节的表现方式描述电力信息通信规约，最终将读取的电力信息通信规约数据写入端口数据。

2.3 建立电力信息通信规约估算模型

依据电力信息采集可行算法实现电力信息采集的安全性输入，建立电力信息通信规约估算模型。鉴于电力通信系统存在变量大、电压输入不稳定以及自动化系统程度低等问题，电力通信系统目前无法及时完成交互操作[3-4]。本次设计依据通信规约的基本条件，针对不同规约存在的问题，为达到电力通信规约自动解析的目的，建立符合电力信息采集条件的通信规约估算模型：

式（4）中：C代表控制字节;Pv代表各通信链路数据;S代表通信应用层;P1、P2、P3以及P4分别代表4条通信链路。在有限带速条件下，各通信链路层通过该算法将规约控制信息集合在统一的应用层中，以保证所有电力通信信息的完整性和安全性。P1、P2、P3以及P4所代表的链路层数据由一系列明确的链路规约控制信息组成，可当作链路用户数据，应用在服务数据单元的传输中。通过建立统一的电力信息通信规约，估算电力信息采集与运送过程中的一系列变化，能够有效解决因规约不同而无法自动解析的电力设备问题，具有良好的实用性[5]。

2.4 实现电力信息通信规约解析

完成上述操作后，以CPtclModule为电力信息通信规约解析的类别配置脚本信息，以获得电力信息通信规约解析结果。

设电力信息通信规约解析表达式为[Q]，则有：

式（5）中：[A]为电力信息通信规约解析信号权值;[φ]为电力信息通信規约解析报文结构;[EAσ]为电力信息通信规约解析类别系数。通过式（5）可实现电力信息通信规约解析的实时性。

3 实验分析

3.1 实验准备

本次实例分析以某电网为例，硬件设施为型号TYR3583589的上位机。此次实验环境设置的具体内容及参数，如表1所示。

一方面，使用设计的解析系统解析电力信息通信规约数据，通过MATALB软件测得解析残差，记为实验组;另一方面，使用传统解析系统解析电力信息通信规约数据，同样通过MATALB软件测得解析残差，记为对照组。实验内容为测试两种解析系统的解析残差，解析残差越低，证明该解析系统的解析精度越高。

3.2 实验结果分析与结论

实验的具体结果如表2所示。从表2可知，设计的解析系统解析残差始终低于对照组，具有一定的实用性。

4 结语

为解决传统系统存在的问题，设计电力信息采集与通信规约解析系统，在传统系统的基础上设计电源传感电路，并对显示器进行选型。此外，软件部分设置可信算法，建立估算模型，完成系统设计。后续将对其进行进一步的优化设计，提高电力系统的通信效果。