手持式智能变电站图形化校验仪研制

何文中 李栋楠 衡壮壮 乔铭铭 兰倩

摘  要：在新时代下，传统变电站已经不能满足时代发展的要求了，智能变电站才是当前我国电力市场的发展趋势，其中的运维内容和功能都能满足我国电力发展的要求。由于智能变电站中的硬件和软件比较多，为了保证其合理性，要对手持式智能变电站图形化校验仪进行研制，主要应用先进的运维调试设备对其进行研制，加强SV和GOOSE发送和接收监测等多种技术在其中的有效应用，实现现场调试，保证智能变电站的安全运行。

关键词：手持式  智能变电站  图形化校验仪  研制

中图分类号：TP391.4           文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）02（c）-0029-03

Development of Portable Intelligent Substation Graphic Calibrator

HE Wenzhong  LI Dongnan  HENG Zhuangzhuang  QIAO Mingming  LAN Qian

（State Grid Puyang Power Supply Company， Puyang， Henan Province， 457000 China）

Abstract： In the new era， the traditional substation can no longer meet the requirements of the development of the times. Intelligent substation is the current development trend of China's power market， and its operation and maintenance content and functions can meet the requirements of China's power development. Due to the more hardware and software in the intelligent substation， in order to ensure its rationality， it is necessary to develop the handheld intelligent substation graphic calibrator， mainly using advanced operation and maintenance debugging equipment to develop it， and strengthen the effective application of SV and goose sending and receiving monitoring and other technologies， so as to realize on-site debugging and ensure the safe operation of intelligent substation.

Key Words： Hand held; Intelligent substation; Graphic calibrator; Development

由于手持式智能變电站图形化校验仪具有现场适应能力强等多种优势，可以对智能变电站的实际运维情况，或者是其中的设备进行调试，所以相关的技术人员对这种设备进行了研究，丰富了其中的功能。此外，这种校验仪还具有小巧和携带方便等优势。基于此，本文对手持式智能变电站图形化校验仪的设计方式进行了研究，希望可以为智能变电站的安全运行提供保障。

1  手持式智能变电站图形化校验仪研制的重要性

这种仪器是智能变电站中的主要设备，它属于数字电能表校验仪。技术人员在对该校验仪的组成部分和作用原理进行分析的时候，主要采用含有光纤通信接口作为其中的主控部分，手持式智能变电站图形化校验仪在实际工作中的有效应用，能够通过PC/104总线和双端口RAM，对同仪器的A/D模块与D/A模块有效连接，主要目的是发挥校验仪的模拟量信号采集等多种功能。同时，这种仪器的数字分量输出功能还可以对电能脉冲中的信号和数据信息进行有效接收，然后通过FPGA芯片实现对信号和数据信息的发送，主要是为了增强校验仪的抗干扰能力[1]。

在对其电能计量部分进行分析时，发现其中主要包括了对频率和无功功率等重要内容的测量。在对频率进行测量的时候，要采用傅里叶变换理论等方式，实现对其中数据信息的有效计算，只有这样才能提高仪器的测量精度，避免出现误差。

同时，技术人员如果要对有功功率进行测量，要按照具体的要求采用频率修正算法，主要是根据不同频率范围合理使用不同的修正系数，只有这样才能够让测量的精度更加准确。最后，在对无功功率进行测量的过程中，首先要将所接收的数据进行有关希尔伯特的变换，然后再结合频率移相算法的方式，对其进行测，这样才能实现对相关数据精度的有效校验，加强手持式智能变电站图形化校验仪在实际过程中的有效应用，从而为我国电力事业在社会的稳定发展提供基础。

2  国外研究现状

随着计算机技术的发展，数字处理芯片制造水平也得到了明显提高，在智能变电站中得到了有效应用，这种技术在各种智能设备校验仪研制中的应用，在提高制造水平的同时，还完善了制造方案。它可以辅以高性能的CPU对数字技术对其进行采样处理。在此基础上，技术人员还可以应用太网技术，对手持式智能变电站图形化校验仪进行研制，主要作用是提高数据传输的速度，保障数字电能表校验仪在智能变电站中应用的有效性。

国外对电力设备进行了研究，大部分供应商将其中的研究重点放在了对手持式智能变电站图形化校验仪的研制上，其中的测试结果可以说电力设备厂家在改善设备技术的主要参考数据。

例如，ABB公司作为自动化技术领域中的主要厂商，为了保障各种电力设备应用的安全性和稳定性，OMICRI矾公为手持式智能变电站图形化校验仪的创新和各种数据的测试提供了诊断和解决的方案。尤其是在智能变电站测试中，为了保证这种测试过程的安全性，加强它在新产品鉴定中的有效实施，满足相关技术标准和规范的要求，只有这样才可以实现对整个变电站系统的有效测试[2]。

国外的一些电力设备公司还设置了一些先进的实验室，主要对智能变电站中的各个部分进行模拟，其中的主要内容有断路器和互感器等，整个系统的测试内容和方法都是比较复杂的，所以目前只有SIEMENS和ABB公司的全系列装置能够满足标准体系的要求。其他的电力设备企业还没有完整的测试系统，其中大部分的公司也只能做部分设备，相关的技术人员还需要对手持式智能变电站图形化校验仪进行深入研究。

3  国内研究现状

由于智能变电站体系中的各系统本身就比较复杂，其中所涉及内容和方面也非常的广泛，所以我国目前所应用的智能变电站技术设计和测试手段并不能满足智能变电站的实际要求。因此，在此背景下，国内中的相关学者对lEC61850协议标准进行了完善，对智能变电站的整体应用水平进行了分析，与国外进行了对比，发现存在一定的差距，大多数的研究还停留在对IEC61850体系本身的认识层面，并没有对此设备的有效应用。

部分实验都集中在变电站层与间隔层设备之间，严重影响了对手持式智能变电站图形化校验仪某些特定功能的合理性。我国在理论方法上对广东电网公司中的设备和电力仪器进行了分析和研究，发现虽然其中的电力设备都得到了更新，但是由于起步比较晚，数字电能表中的验收标准并没有得到完善。

如，星龙科技公司的数字电能表校验仪还是在深圳市政府扶持下研制出来的，这说明国内在对手持式智能变电站图形化校验仪研制的过程中还存在一定的不足。基于此，相关的学者要在智能变电站实际的运行的特点出发，结合数字电能表的研制标准，不断优化手持式智能变电站图形化校验仪的功能。进而提高其运算能力，实现通信报文等过程。

4  硬件设计

4.1 需求分析

可以说手持式智能变电站图形化校验仪是保证实现智能变电站中信息有效传送的基础，更是实现对网络报文捕获和分析的关键，在对其进行设计的时候，要合理设计报文接收的网络接口，保证智能变电站智能电子设备网络接口设计的有效性。在对其进行设计的时候，要以为光纤接口和RJ一45电接口为主要方式，这样做的目的是方便进行连接[3]。

同时，还要保障该测试分析仪有光接口，这样设计的主要目的是提高仪器的实时性，避免出现漏包等问题，在此过程中还需要采用高速处理器，加强对数据信息的有效控制。LCD触摸屏也是手持式智能变电站图形化校验仪中的主要设备，它能够全面显示报文中的信息，在此过程中还需要对其调试接口和USB接口进行提前优化。

尤其是在仪器电源方面，对蓄电池续航能力提出了非常高的要求，要求其要在没有外部电源下， 可以工作2h以上。此外，在对手持式智能变电站图形化校验仪进行应用的时候，还要注意相关的事项，不可以在可燃性和蒸汽存在的环境中对此仪表进行使用，还不可以将任何两个端子间施加到30V以上，要对电压进行合理控制，避免损坏仪表。同时，在对其进行应用前，还要尽可能先设置好仪表功能的状态，然后再接入接线端子，在此过程中，为了保证使用的精度，还要在使用前，应先开机预热约10min，从而保障该仪器应用的安全性[4]。

4.2 硬件结构

处理器是硬件结构中的主要设备，在对其进行研制的时候，采用了基于ARM920T内核的￥3C2400， 它的主频在400MHz。其中的核心板还采用micr02440，内含2MBNOR—FLASH，主要作用是存放BIOS。250MBNANDFLASH和相关的应用程序也是硬件设备中的重要内容，设计人员要在其特点出发，对其进行合理化设计。64MBSDRAM是其中的随机存储器，在对其进行设计的时候，共设计了4个网卡，还设有2个sT光接口，功能作用是支持4路的捕包，方便连接智能电子设备，对发出的报文进行捕获。同时，还要在其中设计一个SD的插槽，擴展其存储空间，在对手持式智能变电站图形化校验仪研发的时候应用。

5  软件设计

5.1 开发平台

在对手持式智能变电站图形化校验仪的平台进行设计时，主要采用基于ARM平台的架构，技术人员还要选用Linux操作系统为是软件设计过程中的主要运行平台。主要是因为Linux系统它是自由开放的源码，不需要授权就可以对其进行有效应用，其成本比较低，内核也是非常方便剪裁的。同时，这种系统还不容易感染病毒和木马，运行也是非常稳定的[5]。

因此，技术人员在对平台开发的时候，最好合理选用Linux系统，可以Eclipsed作为主要的开发工具。此外，还要合理采用交叉编译器，对其中的程序进行编译，主要将其编译成可以在ARM平台运行的系统，最后要将其设置为开机自动启动的程序，从而保障平台开发的合理性。

5.2 功能和总流程

智能变电站中的报文捕获和保存是功能流程中的主要作用，为了可以对其中的数据进行保存，要结合报文解码的实际情况，对总流程进行分析。如果在实际的分析中，发现其中的智能变电站通信出现了问题，如GOOSE报文以及SMV报文等出现异常时，要提供查询功能，完善软件总流程，可以通过导入和解析全站的SCD配置文件等方式，实现对软件功能和总流程的设计[6]。

5.3 报文捕获和保存

在此过程中，要合理选用libpcap作为报文捕获中的底层函数包，它也是Unix/Linux平台中的重要网络数据包捕获函数包，这数包在其中的有效应用，能够为独立用户级别的网络数据包提供更多的捕获口。

在对手持式智能变电站图形化校验仪进行研制的过程中，会发现大多数网络监控软件都在设计的时候，都会以这种数据包为基础，主要目的是防止报文丢包[7]。同时，技术人员还要采用两块缓存多线程的方式，保证网络数据包运行的有效性，加强对文件信息的保存，将已保存数据要在缓存中删除，还要区分缓存的读写，避免相关软件之间互相影响[8]。

6  结语

综上所述，为实现变电站中各系统的智能化，保证其中系统和设备的有效运行，对手持式智能变电站图形化校验仪进行了研制，在其中的硬件和软件出发，对GOOSE和SMV报文计算方式进行了设计，还对捕获的报文进行了解码。可以说手持式智能变电站图形化校验仪在其中的应用，能够对网络通信信息进行有效诊断，为智能变电站的稳定运行提供保障。

参考文献

[1] 王智，王海元，杨静.智能变电站合并单元校验技术及方法的研究[J].湖南电力，2018，38（1）：59-62.

[2] 刘一民，王宁，王帆，等.智能变电站SCD配置文件图形化展示的探索[J].通信电源技术，2018，35（9）：260-262.

[3] 王天锷，周勇，向阳，等.智能变电站手持式电压测试仪的研究[J].大众用电，2019，328（11）：21-23.

[4] 张令涛，赵林，张亮，等.智能电网调控中心变电站图形数据即插即用技术[J].电力系统保护与控制，2018，46（19）：74-80.

[5] 李剑，闫李滨，张灿勇，等.智能变电站二次系统传动过程的高可视化[J].电子技术与软件工程，2018， 123（1）：186-188.

[6] 王鑫，師钦利，史亮萍.智能变电站定值管控一体化平台的探讨与研发[J].山西电力，2018（5）：23-25.

[7] 曾祥辉.基于FPGA的智能变电站辅助操作分析仪的研制[J].电力设备管理，2018，26（11）：35-38.

[8] 王智，杨茂涛，杨静，等.数字化变电站合并单元自动误差校验技术及应用[J/OL].电测与仪表：1-6[2020-12-09].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20201125.1408.012.html.