Allikajala turvavahendite veainfo detektsioonisüsteemi disain

I. Sissejuhatus

Viimastel aastatel on elektrivõrgu mahu jätkuvalt suurenenud, ja alamvoolusademed, mis on olulised punktid elektrisüsteemis, mängivad otsustavat rolli kogu võrgu usaldusväärsuse tagamisel oma ohutu ja stabiilse tööga. Relvarakendused on esimesed relvarakendused, mis kaitsevad alamvoolusademeid. Relvarakenduste täpsus ja kiirus on otse seotud elektrisüsteemi stabiilsusega. Seetõttu on oluline, et alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tõhusalt tuvastataks, potentsiaalsed vead aeglaselt tuvastataks ja lahendataks, sest see on oluline elektrisüsteemi ohutu töö kindlustamiseks.

Traditsioonilised meetodid relvarakenduste veade tuvastamiseks põhinevad peamiselt inimeste kontrollidel ja regulaarsel hooldusel. Need meetodid on mitte ainult aega- ja ressursirahulikud, vaid ka nende abil ei saa reaalajas jälitust tagada. Seetõttu on need meetodid nõrgad, kuna võivad eirata varajaseid veasiireid. Teabe tehnoloogia edasijõudmine, eriti arvuti- ja kommunikatsioonitehnoloogia areng, on viinud sellele, et modernsed alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteemid on hakkamas kasutama automaatseid meetodeid. Nendes süsteemides saab reaalajas andmete kogumist teha, mis võimaldab relvarakenduste staatust reaalajas jälgida ja vead kiiresti tuvastada.

Seetõttu pakub see artikkel välja alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteemi, mis põhineb modernsetel informaatika meetoditel, ja selgitab sellel süsteemil põhineva hardveri struktuuri, tarkvara disaini ja eksperimentide tulemusi.

II. Süsteemi Hardveri Struktuuri Disain
(1) Hostarvuti

Hostarvuti disain mõjutab otse kogu süsteemi jõudlust. Selle hardveri struktuur kasutab C8051F040 ühechip-mikrokontrollerit põhitöötajana. C8051F040 ühechip-mikrokontroller on kõrgejõudlusne ja madalenergia tarbija segsignaaliga mikrokontroller, mis sisaldab palju perifereerilisi ressursse, sealhulgas analoog- ja digitaalseid I/O portaale, timer/loendurid, UART, SPI ja I2C side liideseid jne. Need omadused muudavad C8051F040 väga sobivaks hostarvuti põhitöötajaks, mis vastab kõrgekiiruslike andmete töötlemise ja keeruka juhtimisloogika nõudmistele.

Süsteemi reaalaja jälgimise võime tagamiseks on hostarvuti disainis kasutusel kõrgejõudlusne jälgimise üksus. See üksus sisaldab tavaliselt kõrgekiiruslist ADC (analoo-digitaalset teisendurit), DAC (digitaal-analoogset teisendurit) ning voltaga/jooneraha jälgimise tsirkuite. See võimaldab elektromõõdetud parameetreid reaalajas koguda ja teisendada, pakkudes täpset toetust veadiagnoosiks.

Samas peab hostarvuti suhelda alamarvutiga ja kaugjälgimiskeskusega. Disain hõlmab mitmeid side liideseid, nagu RS-232, RS-485 ja Ethernet. Need liideseid tagavad andmete kiire edastamise ja kaugjuhtimise võimet.

Operaatorkonna mugavuse huvides on hostarvutile ka lisatud inimese-mašiini interaktsiooniliides, mis tavaliselt koosneb LCD ekraanist ja klaviatuurist. Operaadord saavad neid liideseid kasutada, et reaalajas vaadata süsteemi staatust.

(2) Isolatsiooni tuvastusandur

Vana elektrijaamade ja alamvoolusademetega DC süsteemide renoveerimiseks on töötajad disaininud kõrgetäpsest iristahtlikku isolatsiooni tuvastusandurit. Kasutades edasisi elektronikatehnoloogiaid ja materjale, on see andur tundlik, stabiilne ja pika elueaga, ja ta suudab isegi raskestes tingimustes stabiilselt töötada.

Kõrge täpsus on isolatsiooni tuvastusanduri oluline jõudluse näitaja. Käyttäen edasisi tuvastusalgoritme ja elektronikakomponente, saab see andur täpselt tuvastada väikeseid isolatsioonimuutusi, tagades veainformatsiooni täpsuse ja ajakohasuse.

Vanade elektrijaamade ja alamvoolusademetega DC süsteemide termoisolaatori laadustiku uuendamise ja renoveerimise kaudu, samuti kõrgetäpse iristahtliku isolatsiooni tuvastusanduri kasutamise kaudu, saab süsteemi turvalisust oluliselt parandada. Need andurid on võimelised kõrgetäpset tuvastamist tegema ja saavad kiiresti tuvastada isolatsioonivead, mis aitab tõhusalt ära hoida õnnetuste toimumist.

(3) Varajase Hoiatuse Tuvastamise Mduul

Varajase hoiatuse täpsuse ja reageerimiskiiruse parandamiseks sisaldab see moduul tavaliselt aktiivse ja passiivse varajase hoiatuse dubelmeetodi.

Aktiivne varajane hoiatus tähendab süsteemi proaktiivset elektriliste parameetrite tuvastamist. Kui parameetrid kalduvad normaalsetest piiridest, aktiveeritakse kohe varajane hoiatussignaal. Aktiivne varajane hoiatus sõltub tavaliselt kõrgejõudluselistest anduritest ja andmekogumise seadmetest. Need seadmed saavad reaalajas jälgida olulisi parameetreid, nagu jooneraha, voltaga ja sagedus, ja analüüsida neid andmeid sisemiste algoritmide abil, et määrata, kas on olemas potentsiaalne vead. Passiivne varajane hoiatus puudutab relevantsete elektriliste parameetrite analüüsimist ja varajase hoiatussignaali edastamist, kui süsteem saab externaalsed signaalid. Näiteks, kui alamvoolusademe relvarakendus käivitub, aktiveeritakse passiivne varajane hoiatusmoduul kohe, et analüüsida käivituse põhjust ja määrata, kas on vaja lisa toiminguid, nagu näidatakse joon. 1.

Joon. 1 Hardveri Struktuuri Disain

Varajase hoiatuse tuvastamise moduuli hardveri struktuuri disainis aktiivse ja passiivse varajase hoiatuse kombinimine võib oluliselt parandada süsteemi varajase hoiatuse võimet ja reageerimiskiirust. Aktiivne varajane hoiatus saab reaalajas jälgida elektrilisi parameetreid ja kiiresti tuvastada potentsiaalseid vead; passiivne varajane hoiatus saab reageerida kohe, kui toimuvad konkreetsed sündmused, ja sügavasti analüüsida vee põhjuseid.

Nende kahe varajase hoiatuse meetodi tõhusa kombinimiseks tuleb hardveridisainis arvestada järgmisi olulisi elemente:

• Andurite ja andmekogumise seadmete valik: Tuleb valida kõrgetäpseid andureid ja andmekogumise seadmeid, et tagada andmete täpsus.

• Andmete töötlemise ja analüüsi võime: Varajase hoiatuse jälgimismoduul peaks olema võimeline andmeid kiiresti töötlemiseks ja analüüsimiseks, et kiiresti tuvastada ebatavalisi andmeid ja langetada varajase hoiatuse otsuseid.

• Side liideseid ja protokolle: Moduul peaks toetama mitmeid side liideseid ja protokolle, et soodustada andmete vahetust teiste süsteemide või seadmetega.

• Usaldusväärsus: Hardveridisain peaks tagama, et moduul suudaks stabiilselt töötada äärmuslikes tingimustes ja kasutadaks vajalikke turvalisusmeetmeid, et vältida valetoiminguid ja ebaseaduslikku ligipääsu.

III. Süsteemi Tarkvara Disain
(1) Veekindla Laadimise Simulatsioonimodelleerimine

Alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteemi süda on selle tarkvara struktuuri disain, eriti statiliste ja dünaamiliste laadimudelite konstrueerimine. Need mudelid püüavad kirjeldada laadimise aktiiv- ja reaktiivjõudu süsteemi töö ajal, kui ka voltaga ja sageduse aeglast muutumist, ja neid tavaliselt väljendatakse polünoomide mudelites. Statiline laadimudel on tavaliselt väljendatud kujul:

kus P ja Q esitavad vastavalt aktiiv- ja reaktiivjõudu, V on voltaga, ja P0, Q0, V0 on referentsseisundi väärtused, ja n ja m on laadimise karakteristikute kordajad.

Dünaamiline laadimudel on suhteliselt keeruline. See arvestab laadimise dünaamilist reaktsiooni voltaga ja sageduse muutustele, hõlmades mitmeid aegkonstante, et simuleerida laadimise reageerimiskiirust voltaga ja sageduse muutustele. Dünaamilist laadimudelit saab väljendada diferentsiaalvõrrandite sarjana, mis kirjeldavad laadimise jõudu muutumist ajas.

Tarkvara struktuuri disainis on need mudelid integreeritud alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteemi, et reaalajas jälgida ja analüüsida alamvoolusademe staatust. Süsteem kogub reaalajas andmeid, sealhulgas jooneraha, voltaga, jõud, jne, ja kasutab neid mudeleid arvutuste jaoks, et teaduslikult tuvastada potentsiaalsed vead.

(2) Veainformatsiooni Kogumine

Relvarakenduste varustuse usaldusväärsuse tagamiseks on eriti oluline veainformatsiooni tuvastussüsteemi disain, eriti veainformatsiooni kogumise osa. See osa jagune tavaliselt kolmeks mooduliks: staabiline informatsiooni kogumine, ajutine informatsiooni kogumine ja staatuse failide haldamine.

Staabiline informatsiooni kogumine moodul on vastutav alamvoolusademe normaalse töö ajal elektriliste parameetrite kogumise eest, nagu voltaga, jooneraha, jõud jne. Need andmed on aluseks elektrivõrgu staatuse hindamiseks ja on olulised veade analüüsimiseks ja ennustamiseks. See moodul tavaliselt hõlmab kolme alammoodulit: andmekogumine, andmetöötlemine ja andmete säilitamine. Andmekogumine alammoodul kogub elektrilisi parameetreid reaalajas alamvoolusademe jälgimissüsteemi liidese kaudu; andmetöötlemine alammoodul teeb algse analüüsi kogutud andmete peal, eemaldab ebatavalised väärtused ja formateerib andmeid; andmete säilitamine alammoodul salvestab töödeldud andmed andmebaasi järgmiseks analüüsimiseks.

Ajutine informatsiooni kogumine moodul keskendub elektrivõrgu ajutiste sündmuste tuvastamisele, nagu lühikesteid, avatud tsirkuite ja muud veade. Need ajutised sündmused on tavaliselt seotud elektriliste parameetrite teravnatega muutustega, seetõttu on vaja kiiret ja täpset andmekogumise seadet. See moodul tavaliselt hõlmab kolme alammoodulit: kiire andmekogumine, ajutine sündmuse identifitseerimine ja sündmuse andmete säilitamine. Kiire andmekogumine alammoodul saab salvestada elektriliste parameetrite muutused mikrosekundite täpsusega; ajutine sündmuse identifitseerimine alammoodul määrab, kas on toimunud viga, ja täpelt identifitseerib vigaliigi eelnevalt määratud algoritmide kaudu; sündmuse andmete säilitamine alammoodul salvestab tuvastatud veainformatsiooni spetsiifilisse andmebaasi, mis aitab personali sügavas analüüsimiseks.

Staatuse failide haldamise moodul vastutab alamvoolusademe relvarakenduste staatuse failide haldamise ja hoolduse eest, ja ta salvestab detailse infot, nagu varustuse konfiguratsioon, tööstaatus ja ajaloolised veateated. See hõlmab peamiselt nelja alammoodulit: staatuse failide loomine, värskendamine, päring ja varundamine. Loomise alammoodul loob algse staatuse faili varustuse tegeliku konfiguratsiooni kohaselt; värskendamise alammoodul värskendab staatuse faili, kui varustuse parameetrid või konfiguratsioon muutuvad; päringu alammoodul lubab kasutajatel staatuse faili andmeid päringu kaudu; varundamise alammoodul varundab regulaarselt staatuse faili, et tõhusalt vältida andmete kadumist.

(3) Veainformatsiooni Tuvastamine

Kui kontrollitaseme süsteem saab "A-liini ühenduse viga" hoiatuse relvarakendusest, peaks süsteem kohe käivitama veainformatsiooni tuvastamise protsessi, et kinnitada, kas see hoiatus on ainuke allikas, st, kas muud seadmed on ka selliseid hoiatusi edastanud. Selles näites, kui muud seadmed ei edasta hoiatuseid, keskendub süsteem "A-liini ühenduse viga" teabele.

Veainformatsiooni tõhusamaks töötlemiseks ja analüüsimiseks on süsteem disainitud viie virtuaalse terminaali ja veapunkti kombinatsiooni, nagu tabel 1 näitab.

Iga virtuaalne terminal vastutab erinevatel ülesannete eest, alates võrguühenduse staatuse jälgimisest kuni lahenduste pakkumiseni, moodustades täieliku veade käsitsemise protsessi. Eelmainitud tarkvara struktuuri disaini kaudu saab alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteem tõhusalt tuvastada veainformatsiooni ja tagada alamvoolusademe ohutu töö. Eriti, kui saadetakse "A-liini ühenduse viga" hoiatus, reageerib süsteem kiiresti ja võtab vastavaid meetmeid, et vähendada vea mõju elektrisüsteemile.

IV. Eksperimentaarne Kontroll
(1) Võrgutoopoloo Struktuur

500 kV alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteemi võrgutoopoloo struktuuri disain, mis asutati 2023. aastal, järgib täpselt kõrget usaldusväärsust, kättesaadavust ja lihtsat hooldust. See süsteem kasutab hierarhilist ja jaotatud võrguarhitektuuri, ja selle elluviimise sammud on hästi organiseeritud, hõlmades järgmisi linkideid.

• Andmekogumine: Sensoreid ja andmekogumise seadmeid installitakse alamvoolusademe erinevates olulistes punktides, et reaalajas koguda relvarakenduste tööandmeid.

• Andmete edastamine: Võrguside tehnoloogia abil edastatakse kogutud andmed kiiresti ja täpselt andmetöötluskeskusesse.

• Andmete analüüs: Andmetöötluskeskuses kasutatakse kõrgetehnoloogilisi arvuteid ja professionaalseid analüüsilahendusi, et analüüsida andmeid, tuvastada ebatavalised musterid ja potentsiaalsed vead.

• Veadiagnoos: Kui tuvastatakse ebatavalusi, tehakse automaatselt veadiagnoos, et määrata vea tüüp ja asukoht.

• Hoiatus ja reageerimine: Süsteem teavitab hoiatussüsteemi kaudu operatsioonipersonali veainformatsiooni kohta ja pakub algseid veahaldussoovitusi.

• Veade haldus: Operatsioonipersonal saab kiiresti veainformatsiooni ja süsteemi soovituste kaudu astuda meetmeid, et haldada vead, tagades nii elektrivõrgu stabiilse töö.

(2) Eksperimentaalsed Tulemused ja Analüüs

Eksperimendis kasutati kahte tuvastussüsteemi: üks oli traditsiooniline alamvoolusademe relvarakenduste sekundaarse ringi lineaarne tuvastussüsteem, mis põhines SCD-failil, ja teine oli alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteem, mis põhines ruumi-ajalisel analüüsil. Mõlemad süsteemid testiti sama alamvoolusademe keskkonnas, et tagada tulemuste võrreldavus [8].

Eksperimentaalsed andmed näitavad, et SCD-faili põhineva tuvastussüsteemi poolt mõõdetud positiivse ja negatiivse bussi maksimaalsed eraldusvoltagad olid vastavalt 192,1 V ja 191,4 V, samas kui ruumi-ajalist analüüsi põhineva tuvastussüsteemi poolt mõõdetud vastavad väärtused olid 190,3 V ja 210,23 V. Konkreetsed andmed on näidatud tabelis 2.

Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et ruumi-ajalist analüüsi põhinev tuvastussüsteem andis positiivse bussi korral veidi madalamaks maksimaalseks eraldusvoltagaks, kuid negatiivse bussi korral veidi kõrgemaks, võrreldes SCD-faili põhineva tuvastussüsteemiga. See viitab, et ruumi-ajalist analüüsi põhinev tuvastussüsteem võib mõnes olukorras anda täpsemad mõõtmistulemused. Siiski pole see erinevus oluline. Seetõttu, et saada sügavamat mõistmist nende kahe süsteemi jõudluse erinevuste kohta, võib olla vaja koguda ja analüüsida veel suuremaid andmemassive.

V. Järeldus

See artiklis disainitud ja uuritud uus alamvoolusademe relvarakenduste veainformatsiooni tuvastussüsteem saab reaalajas jälgida relvarakenduste tööstaatusi, automatiseerida veainformatsiooni analüüsi ja diagnostikat, ja kiiresti edastada veainformatsiooni operatsioonipersonalile võrguside tehnoloogia abil. See võimaldab neil astuda kiireid meetmeid, et takistada veade laienemist ja tagada elektrisüsteemi ohutu ja stabiilse töö.