数字化配电网工程智慧化评估平台设计研究

摘 要：随着智能电网技术的快速发展，配电网作为电力系统的重要组成部分，其智能化水平对提高整个电力系统的运行效率和安全性具有重要意义。同时，配电网工程涉及数据较为复杂，难以保证经济效益的评估结果的准确性，因此，本文提出数字化配电网工程智慧化评估平台设计研究。本文从提升硬件和软件设备两方面对评估平台进行升级，与文献[4]和文献[5]所述的评估系统进行对比测试。可以看出，本文所提的评估平台对各经济效益指标的评估结果误差以及整体经济效益与实际值的差异均小于另外两个。因此，该评估平台能够为配电网的规划和运行提供支持。

关键词：配电网工程；智慧化评估；RK3588开发板；AVT9152集成模块；电能损失

中图分类号：TP 39" " " " " " " " " " " " " " " " " 文献标志码：A

当工程进行智慧化评估时，要兼顾多种因素，不仅涉及项目的技术层面，还包括安全、可行性等方面[1]。首先，技术指标是核心，包括传感器部署情况、信息系统运行效果等。其次，安全指标同样重要，涉及网络和数据安全等方面[2]。再次，可行性指标关注工程项目的经济与实用性，包括成本效益等。最后，环境指标也是不可忽视的因素，包括能源消耗、碳排放等[3]。在平台系统的设计研究中，文献[4]提出基于工程项目动态风险的评估系统，既能实时监测工程项目的风险变化，又能针对风险情况采取措施，保证工程项目顺利进行。但该系统的不足之处是可能对数据的精度和实时性要求较高，需要收集大量的资源数据。文献[5]提出以FCE-SEW模型为基础的评估系统，综合考虑了技术、安全等多方面，提供了全面而客观的评估结果。但该模型相对复杂，需要专业的知识和技能进行操作和分析。结合上述的分析能看出，对工程进行智慧化评估时要兼顾多个因素并注重实用价值[6]。

因此，本文以配电网工程为研究对象，提出数字化配电网工程智慧化评估平台设计研究，并进行对比测试，分析其应用性能。

1 硬件设计

1.1 核心板装置设计

在配电网工程领域，随着技术的不断发展和需求的日益增长，对平台的性能要求也日益严苛。因为配电网结构复杂，涉及设备众多，同时其运行环境和负载条件不断变化，所以对其进行评估时需要兼顾多方面因素包括但不限于电源质量的稳定性、供电可靠性以及设备的健康状况等，而这些因素所对应的数据往往复杂多样[7]，因此，为应对这些挑战，保证评估结果的准确性，选择一个高性能的开发板作为评估平台的核心装置至关重要。本文选择DB3588V2 高性能开发板作为系统的核心板装置[8]，它采用瑞芯微旗舰芯片RK3588，这款芯片集成了强大的计算能力和丰富的功能接口，能够满足配电网工程智慧化评估平台的各种复杂的应用需求，它还集成了6Tops NPU，当处理与深度学习、机器学习相关任务时具有出色的性能，同时，它还配备了ARM Mali-G610 MP4四核GPU，能够支持高质量的图形渲染和多媒体处理，为数字化配电网工程智慧评估平台的可视化展示和监控提供有力支持。此外，DB3588V2开发板还支持多种操作系统，包括Android、Ubuntu、Debian、Buildroot、RTLinux等，为不同的应用场景和需求选择最适合的操作系统和软件开发环境，为不同场景的配电网工程开发各种定制化的评估平台，满足特定的业务需求。在实际运行工程中，此开发板能够稳定地运行评估平台，实时收集和分析配电网的运行数据，同时，它还能与其他设备和系统进行无缝对接，使数据共享和交换，为配电网的协同管理和优化提供可能性。DB3588V2能够为本文设计数字化配电网工程智慧化评估平台提供硬件功能定制，满足跨SOC平台的配电网工程数据移植以及BSP内核裁剪及驱动调试等，使其良好适应不同应用场景。

1.2 集成装置设计

为了对配电网工程进行综合评估，保证其稳定运行和高效管理，需要对多元数据进行集成处理。因此，本文将AVT9152集成模块作为本文设计系统的集成装置。具体来看，AVT9152集成模块有LTE-M/NB-IoT调制解调器，它能够帮助评估平台与现有的移动网络进行无缝衔接，实现远程数据传输，缩短空间距离。无论是城市还是偏远地区，只要覆盖了移动网络就能保证数据稳定传输。此外，AVT9152还搭载了GPS的nRF9160低功耗系统级封装（SiP），它使平台可以精准定位配电网中的关键设备或区域，这对快速响应故障、优化资源配置具有重要意义，同时，它的低功耗能特性也保证了模块在长时间运行过程中的稳定性，节约了维护成本。AVT9152还集成了nRF52840蓝牙5.2/低功耗蓝牙（Bluetooth LE）先进多协议片上系统（SoC）。应用蓝牙技术可以使评估平台在短距离无线通信方面展示出色的性能，它可以连接各种智能设备，对数据进行快速交换和共享，节约时间成本。这对提高配电网工程的智能化水平、实现设备间的协同工作具有重要意义。综上所述， AVT9152集成模块凭借其强大的功能和灵活的配置，在数字化配电网工程智慧评估平台展示出巨大潜力。采用集成的多种通信技术，AVT9152能够在不同类型的嵌入式应用进行信息追踪，为评估平台提供有力的数据支持。AVT9152集成模块能够有效处理大规模多元配电网工程数据。

2 软件设计

2.1 平台构架设计

对数字化配电网工程智慧化评估平台构架的设计来说，本文按照接入层、服务层以及展示层的3层结构模式进行构建，如图1所示。

结合图1的数字化配电网工程智慧化评估平台构架，首先，接入层是评估平台与外部数据源进行交互的桥梁。为了保证评估平台的灵活性和可扩展性，接入层设计与数据层通过业务逻辑层隔离，并利用O-R映射实现代码和数据库松耦合，并借助O-R映射，对代码和数据库进行松耦合。同时由访问层连接服务层和数据源，以解绑数据库与平台功能，节约开发和运维成本，提高评估平台的灵活性、可维护性以及开发效率。其次，服务层是评估平台和核心部分，主要负责提供数据处理、算法计算、权限管理等功能。将服务层细分为能力服务层和应用服务层两部分。其中，能力服务层提供功能组件（例如数据清洗、数据转换等）、角色权限体系（用于用户权限管理和访问控制）、模型算法引擎和开放接口。应用服务层基于能力服务层提供的组件和引擎，构建具体点应用功能，例如配电网运行状态监控、故障预警、能效评估等。服务层采用大量基于组件封装的技术进行应用功能开发，这种分层结构的各层次间的功能独立且耦合度低。它将功能划分为独立的模块，便于开发和利用。通过角色权限体系保障平台数据的安全性。最后，因为展示层是评估平台与用户进行交互的窗口，负责将服务层提供的数据和功能以直观、友好的方式呈现给用户。所以，本文主要利用展示层设计对各种功能模块、数据资源进行统一封装，以统一界面交互方式，对事件和消息的处理、传输，把所有用户有机地联系在一起。为用户提供直观、友好的界面，节约学习成本。并且通过丰富的交互设计和视觉效果，提升了用户的体验。

2.2 基于配电网工程参数集成分析的智慧化评估

本文主要是通过集成分析相关参数对配电网工程进行评估。

电能损耗成本控制直接影响到企业的经济效益以及能源使用效率。本文主要采用实施前同期综合线损率为基准的方法对其进行分析，它可以量化评估电能损耗成本控制措施的经济效益，为企业制定更加科学、合理的能源管理策略。计算过程如公式（1）所示。

Fs=（k-k'）·q·f " " " " " " " （1）

式中：Fs为配电网工程在电能损耗成本控制方面的经济效益；k为工程实施前同期综合线损率参数，它是在没有采取任何电能损耗成本控制措施前，同一时期内的综合线损率，用于比较后续措施实施后的效果；k'为评价期工程的综合线损率参数，它表示在采取了电能损耗成本控制措施滞后，评价期内的综合线损率，这个参数是评估措施效果的关键；q为售电量参数，它是计算电能损耗成本控制经济效益的重要参数之一；f为对应的售电单价，它反映了电能的经济价值，也是计算电能损耗成本控制经济效益的重要参数。

电能损失是一个重要的经济和技术指标，它直接影响企业的运营成本和供电质量。本文主要以实施前同期停电损失为基准，对电能损失成本控制方面的经济效益进行分析，计算过程如公式（2）所示。

Fh=（Δp·Δt）·q'·f " " " " " " " （2）

式中：Fh为配电网工程在电能损失成本控制方面的经济效益；Δp为工程实施前后同期综合停电率参数的差值；Δt为工程实施前后的综合停电时长参数差值；q'为通过电量。

Δp差值的绝对值越大，说明工程在降低停电频率方面取得的效果越明显，Δt差值的绝对值越大，说明工程在缩短停电时间方面取得的效果越显著，q'越大，说明电网的供电能力越强，同时降低停电损失和电能损失所带来的经济效益也越显著。

本文以实施前同期万元资产运维成本为基础，对运维成本控制方面的经济效益进行分析，计算过程如公式（3）所示。

Fj=（Fb-Fa）=ΔT·Δc " " " " " " " （3）

式中：Fj为工程在运维成本控制方面的经济效益；Fb和Fa分别为实施前后同期万元资产运维成本；ΔT为实施前后的故障次数差值，它是评估工程在减少故障、提高系统稳定性方面效果的重要指标。一个正的差值说明故障次数有所减少，对提高运维效率和降低成本具有积极意义；Δc为实施前后故障处理的单位成本差值，它反映了工程实施在提高故障处理效率、降低处理成本方面的效果。若差值为负，则说明故障处理的成本有所降低，这对提高整体运维经济效益是有利的。

按照上述方式，集成分析配电网工程参数，对工程作出评估。

3 测试与分析

3.1 测试环境

当分析本文设计的配电网工程智慧化评估平台的运行性能时，以某实际的配电网工程数字化信息为基础进行对比测试。其中，参与测试的对照组分别为文献[4]提出以工程项目动态风险为基础的评估系统，文献[5]提出以FCE-SEW模型为基础的工程项目评估系统。

具体的测试配电网工程为某城市智能配电网升级项目，涉及该城市核心区域的配电网改造和升级，包括高压变电站的二次降压设备改造、中低压配电网的线路新建与改造、配电自动化系统的建设等。项目总投资额为1亿元，预计建设周期为1年。对项目的基础经济指标参数情况进行统计，数据如下。1）停电损失：对应平均每次停电损失约为10万元/次，年停电次数约170次。2）电能损耗：原电能损耗率约为8%，年用电量约5.0亿kWh，对应的电费单价为平均0.6元/kWh。3）运维成本：原运维成本约1000万元/年。

在上述基础上，从经济角度出发，对测试配电网工程的年度经济价值进行评估。

3.2 测试结果

测试结果以1年为周期，分别从电能损失成本减少量、电能损耗成本减少量以及运维成本减少量角度出发，对其进行综合分析，并与实际运行数据结果进行比较。数据信息如图2所示。

结合图2的测试结果可以看出，在3个不同的评估系统平台下，采用本文设计平台的经济效益情况的输出结果与实际值的拟合度最高。其中，在文献[4]提出以工程项目动态风险为基础的评估系统下，整体经济效益的评估结果与实际值的误差为26.99万元，但是单个经济效益指标的评估结果最大误差达到了26.84万元。在文献[5]提出以FCE-SEW模型为基础的工程项目评估系统下，虽然单个经济效益指标的评估结果误差稳定在23.0万元内，但是整体误差达到了54.86万元。相比之下，采用本文设计评估平台，不仅对单个经济效益指标的评估结果误差稳定在10.0万元内，且整体经济效益与实际值的差异也仅为17.48万元。综合上述测试结果可以得出结论：本文设计的配电网工程智慧化评估平台能够对工程经济效益进行准确评估。

4 结语

项目工程智慧化评估平台建设不仅有助于提高工程项目的安全性和效率，也可以通过优化资源配置和提高工作效率，对成本进行有效控制。本文提出数字化配电网工程智慧化评估平台设计研究，对工程整体状态进行综合评估，能够准确反馈工程的实际情况。通过本文的研究，以期能为实际的配电网工程管理提供有价值的参考。

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