基于区块链的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统设计

王卓瑜 陆 婷

(1、国网新源控股有限公司，北京 100761 2、华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏 宜兴 214200)

现有的抽水蓄能机组在不断更新下已经逐渐完善，但受内部水轮机限制，目前仍存在一定的安全问题，传统的电站安全监测数据管理系统往往只注重静态信息采集，对水轮机运行中的引水装置和发电装置都无法进行动态化安全监测，因此监测效果较差，无法满足实时安全监测数据管理需求[1-3]。区块链可以使用共享数据库，及时进行数据信息的动态存取调用，增加了数据的可靠性，能实现数据动态检测管理，因此本文基于区块链设计了新的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统，从而保证抽水蓄能电站的运行安全[4-5]。

1 硬件设计

1.1 单导叶控制调速器

单导叶控制调速器在设计时需要注重调节可靠性，因此，可以根据传统调速器的组成对其进行优化设计。在单导叶控制调速器内部添加微机主控制器作为中央处理单元[8]，添加简易化信号采集算法，保证信号的运算效果，实现准确控制，单导叶控制调速器结构简图如图1 所示。调速器内部添加了随动模块，主要用来限制电输出信号波动，还添加了执行器，提高电信号转换效率[6-7]。

图1 单导叶控制调速器结构简图

设计的调速器主要有两种不同的控制方式，即全导叶控制和单导叶控制，两种不同的控制方法使用的控制回路存在一定的差异。全导叶控制仅需要一个导叶控制回路，主要使用驱动接力器进行驱动，并带动导叶运动，因此这种控制方法能及时调整导叶的状态，避免出现导叶断裂故障，但受导叶开关速度的影响，全导叶控制的控制灵活性较差[9]。

单导叶控制可以根据控制回路内部的导叶状态，调整液压回路，实现单片导叶控制，因此，单导叶控制比全导叶控制灵活，相对精度也较高，且无须使用接力环，降低了维护难度，因此本文设计的系统主要使用单导叶进行控制。控制前，必须确定控制回路中元件的安全状态，避免受元件影响出现控制故障，设计的调速器使用PLC 进行编程，添加20 个液压回路，保证液压的供应效果，还添加了配压阀和接力器，提高调速器的控制速度，增加驱动控制功率。

1.2 数据采集卡

抽水蓄能电站安全监测的基础就是准确采集电站中的数据信息及电量信号，并传输至数据处理单元，提高电站监测可靠性，因此需要设计数据采集卡来保证数据的采集效果。根据设计的抽水蓄能电站安全监测要求使用RS232、USB、PXI 对数据采集卡进行功能扩展，保证采集卡的性能。

本文使用PGA202(1 10 100 1000)进行信号增益处理。根据监测数据管理需求，进行数据采集卡选型，结合数据储存需求，本文选取PCI-1712L 型数据采集卡完成数据采集，该数据采集卡的模数转换数值较高，能实现32k 模数转换。PCI-1712L 型数据采集卡使用多个单路进行输入，内涵10MHZ 计数器，PCI-1712L 型数据采集卡简图如图2 所示。

图2 PCI-1712L 型数据采集卡简图

数据采集卡内部设置了多个扫描电路，可以实现高速扫描，除此之外，每个数据采集器都添加了A/D 转换器，与82C54 兼容并联。数据储存卡内部还需要安装启动程序，使用Windows2K/XP/9X 安装Device Manager，选择合适的PCI-1712L 并点击光盘labview labview.exe 完成安装，安装的示例程序使用Active Daq 控件进行指挥，板卡插入PCI 插槽后，再添加相关的ActiveDAQ.exe。

2 软件设计

2.1 采集抽水蓄能电站安全监测管理数据

为了保证抽水蓄能电站安全监测数据管理的管理效果，可以设置抽水蓄能电站安全监测管理数据采集平台，首先需要计算该平台监视、测量、分析中使用的监测管理指标b、G，计算公式如式(1)、(2)所示。

公式(1)、(2)中，H 代表监视标准值，f 代表测量标准值，V 代表分析标准值，使用上述监测管理指标可以进行参数辨识，保证抽水蓄能电站数据采集的准确性，可以向该采集平台内部输入相关的监测对象，首先，设置电站运行过程中需要辨别的相关参数，包括电网频率、功率等，其次设置特征参数，包括PID 参数，PI 参数等，最后设置数据采集方式，编写控制命令。

设计的抽水蓄能电站监测数据管理系统在进行数据采集时需要根据系统目前的运行状态和采集到的监测数据进行管理，因此在获取监测数据时可以从以下方面入手：首先就是从现有的监控系统中获取，可以设置监控机进行实时监控，因此选取的监控机必须具有模块化特点，能实现自动化监测，本文设计的系统使用NC2000，根据监控标准进行监控数据的采集和提取。

2.2 基于区块链设计安全监测数据管理功能模块

采集到相关的监测管理数据后需要根据管理数据的类型设计系统的体系结构，构建监测数据管理区块链，从而进一步设计系统的功能模块。可以将系统划分成表示层、数据层、逻辑层以及服务器层，这几种不同的层次，完成数据管理功能模块的分层设计。

表示层可以进行用户访问，用户进入系统前可以根据机组判断信息进行访问，并结合Struts2 及JSP 进行交互，因此表示层内部主要使用JavaScript Htm 进行开发，数据层可以使用逻辑计算进行标准信息数据转换，使用java 数据服务代码进行开发，逻辑层是本文设计系统的核心组成部分，需要完成数据信息传输、业务执行等重要工作，因此也使用java 进行开发，服务层主要需要建立数据之间的关联，完成抽水蓄能机组的控制优化。

2.3 设计安全监测管理数据库

实现基于区块链的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统的最后一步就是设计安全监测管理数据库。针对系统的运行状态设计的监测数据管理系统主要使用SQL SERVER 2010 R2 数据库对采集的电站监测数据进行管理，设计的数据库需要具备并行查询性能，避免降低数据库的可靠度，为了提高数据库数据存取调用的效率，增加数据库的检索速度，设计的数据库使用选择存储策略进行储存，增加储存的智能性，使其能有效进行数据储存管理，在设计时还需要注意原始数据的处理时限，一旦存在时限过高时可以进行参数分析处理，降低后续数据处理难度。确保该数据库的状态量较丰富能满足复杂的抽水蓄能电站安全监测数据管理需求。

3 系统测试

为了检测本文设计的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统的监测效果，本文搭建了符合测试需求的测试平台，进行如下系统测试：

3.1 测试准备

为了保证测试的可靠性，首先搭建了B/S 测试平台，进行测试规划。受实际使用环境的限制，必须保证设计的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统能在不同的浏览器端运行，因此需要从几方面对设计的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统进行设计。

根据测试需求及设计系统测试方案，测试的第一个模块是功能测试，需要根据系统的使用特性，以及用户需求进行期望测试，保证测试与实际使用标准相符。设计的基于区块链的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统使用用户需要使用网页表单进行数据管理，因此在数据提交时需要进行标准化检查，保证测试结果与实际相符。

本系统设置了黑盒测试和白盒测试，增加测试准确性，首先添加了用户测试数据，如表1 所示。

表1 用户测试数据

由表1 可知，此时添加的用户测试数据分为不同的数据项类别，数据值也存在一定的差异，根据该用户测试数据可以进行后续的系统测试。

3.2 测试结果与讨论

在上述测试准备的基础上，分别使用本文设计的基于区块链的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统和传统的数据监测管理系统进行监测，记录不同人数下两个系统的响应时间，系统测试结果如表2 所示。

表2 测试结果

由表2 可知，不同人数下本文设计系统的响应时间较短，证明本文设计系统的性能良好，具有有效性。

结束语

综上所述，抽水蓄能电站对我国的电力发展有重要帮助，及时对抽水蓄能电站进行安全监测对保证其可靠性有重要意义，因此本文基于区块链设计了新的抽水蓄能电站安全监测数据管理系统，进行系统测试，结果表明，设计的系统在不同人数下响应时间始终较短，证明设计的系统性能良好，具有有效性，有一定的应用价值，对后续维护抽水蓄能电站的运行安全有一定贡献。