李杰 1，高樹功 2，雷 東 3 （1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650504；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河個舊供電局，云南 紅河 661000； 3.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局，云南 紅河 661000）

摘??要：為解決變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化方法未曾利用AR技術(shù)采集變電站設(shè)備實體信息獲取流程，導(dǎo)致信息在傳輸過程中，存在較高的丟包率，較低的收斂速度、信息獲取率。為此，文章提出一種基于AR的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)硬件設(shè)計方面，根據(jù)信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)對

硬件需求，在構(gòu)建系統(tǒng)硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計系統(tǒng)硬件框架和電源模塊；采用 AR技術(shù)采集變電站設(shè)備實體信息獲取流程，制定變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化規(guī)則，促使系統(tǒng)具有優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程功能，完成系統(tǒng)軟件設(shè)計。確定實驗對象和信息傳輸速度，改變信息傳輸距離和系統(tǒng)迭代次數(shù)，對比信息獲取視圖、丟包率和信息獲取率。實驗結(jié)果表明：此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，可以得到全面的變電站設(shè)備實體視圖信息且不會受到通信距離的影響，具有較低的丟包率、較高的信息獲取率和較快的收斂速度。 關(guān)鍵詞：AR 技術(shù)；變電站設(shè)備；實體信息；流程優(yōu)化；系統(tǒng)設(shè)計；信息采集；收斂速度 中圖分類號：TN911?34；C931.2 ???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004?373X（2022）02?0129?06

0 引 言

目前變電站的數(shù)量尤為龐大，加上其復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)，人力監(jiān)控變電站顯得十分不現(xiàn)實。為此有學(xué)者研究出變電站設(shè)備實體信息獲取系統(tǒng)，提取變電站設(shè)備實體運行信息，獲取變電站設(shè)備實體運行數(shù)據(jù)，變電站檢測人員只需在變電站控制中心就可以檢測到變電站設(shè)備運行情況，極大縮減變電站監(jiān)控人員數(shù)量，降低變電站設(shè)備維護(hù)成本[1?2]。但是，在這個過程中，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的信息獲取系統(tǒng)，獲取變電站設(shè)備實體信息流程不符合各個地區(qū)的變電站設(shè)備實體，存在信息獲取效率低、信息不全面等問題[3]。? 目前，國內(nèi)外研究信息流程優(yōu)化方法均來自于流程再造概念，并將其分為改造并加以反復(fù)驗證、改進(jìn)兩種優(yōu)化方式。針對這一理念，有學(xué)者認(rèn)為流程優(yōu)化，是對其存在的根本性問題，進(jìn)行改進(jìn)，快速解決這一流程造成的問題，從而提高流程的實際應(yīng)用效果[4]。根據(jù)這一理念，國外學(xué)者研究出信息流程優(yōu)化的ESIA規(guī)則、Petri網(wǎng)模型、流程可視化和模擬等流程優(yōu)化方法[5?7]。國內(nèi)學(xué)者則根據(jù)流程因素、質(zhì)量、效果、關(guān)系模型等方面，優(yōu)化流程的綜合性能[8?10]。但是，對于上述信息獲取流程優(yōu)化，缺乏系統(tǒng)、深入的研究成果。為此提出利用AR技術(shù)，無縫隙銜接顯示世界的能力，將信息獲取流程通過計算機(jī)的模擬仿真再疊加作用后，展現(xiàn)在人們的眼前，提高信息獲取效率和數(shù)量。所以，提出基于AR的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。

1 變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 設(shè)計時間控制系統(tǒng)硬件框架

此次設(shè)計變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，考慮系統(tǒng)在優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程時，需要采集變電站設(shè)備實體信息獲取流程，在目前變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計此次研究的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)硬件框架，如圖1所示。

從圖1中可以看出，此次設(shè)計的系統(tǒng)硬件框架選擇32位RISC處理器的STM32F103R8微控制器，作為系統(tǒng)的核心處理器。該處理器具有功能低、高性能模擬技術(shù)、JTAG仿真調(diào)試等特點[11]，完全可以滿足系統(tǒng)優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程功能，且其低功耗，也降低了電源管理難度以及電源需求問題，以便安裝在變電站設(shè)備實體信息獲取系統(tǒng)上，實時優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程。此外，此次設(shè)計的優(yōu)化系統(tǒng)，還增加了 A/D轉(zhuǎn)換模塊和儲存模塊。其中,A/D轉(zhuǎn)換模塊會根據(jù)傳感器模塊感知到的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號量，降低系統(tǒng)對變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化難度；存儲模塊會將在STM32F103R8微控制器優(yōu)化后的信息獲取流程存儲至存儲模塊，形成存儲性記憶，降低同類型信息獲取流程優(yōu)化難度。

1.2??電源模塊設(shè)計

考慮信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，需要安裝在變電站設(shè)備實體信息獲取系統(tǒng)上，難以實時檢測系統(tǒng)電量運行情況，所以需要設(shè)計電源模塊，減小電源的占用空間，確定電源使用時長。此次設(shè)計系統(tǒng)的電源，選擇電壓在4~5V之間的微小型鋰離子電池，為此次設(shè)計的系統(tǒng)供電，作為系統(tǒng)的電源模塊。但是，由于系統(tǒng)框架所采用的元件，所需電壓需要維持在3.3V左右，為此采用外形和封裝非常小的LT1761ES5?3.3電壓變換芯片，對此次選擇的電源模塊電池進(jìn)行降壓、輸入電壓范圍及功率處理。此次設(shè)計的系統(tǒng)電源模塊電路圖如圖2所示。

圖2中:VIN表示此次系統(tǒng)使用的微小型鋰離子電池；GND表示接地；IN表示輸入電流；SHDN和BYP表示TLC2950斷路器控制芯片的2個接口；VOUT表示3.3V恒定直流電。從如圖2所示的系統(tǒng)電源模塊電路圖中可以看出，芯片安裝在電源上，直接控制電壓流變化，輸出符合系統(tǒng)元件需求的電壓。

2 基于 AR 的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計

在此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)上，采用AR技術(shù)，采集變電站設(shè)備實體信息獲取流程，制定變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化規(guī)則，促使系統(tǒng)具有優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程功能，完成變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計。 2.1 基于AR采集信息獲取流程 由于變電站設(shè)備實體信息獲取流程只在信息采集系統(tǒng)軟件中運行，處于虛擬狀態(tài)，極其影響系統(tǒng)優(yōu)化信息獲取流程優(yōu)化效果[12]，所以利用AR技術(shù)的虛實配準(zhǔn)功能，將虛擬的信息獲取流程轉(zhuǎn)化為顯示場景的運行過程，形成如圖3所示的變電站設(shè)備實體信息獲取流程的采集流程，從而降低變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化難度。

從圖3中可以看出，此次采集變電站設(shè)備實體信息獲取流程，使用AR技術(shù)，提取變電站設(shè)備信息獲取系統(tǒng)，獲取變電站設(shè)備實體信息獲取流程。在智能終端中，壓縮信息獲取流程，通過AR技術(shù)對信息獲取流程進(jìn)行虛實配準(zhǔn)，從而將信息獲取流程實際圖像輸出到STM32F103R8微控制器中，優(yōu)化信息獲取流程。 圖3中,AR技術(shù)坐標(biāo)系建立及轉(zhuǎn)換過程如下:考慮信息獲取系統(tǒng)在獲取變電站設(shè)備信息時，需要采用傳感器模塊，感知變電站設(shè)備運行參數(shù)，按照設(shè)定的流程將變電站信息傳輸至控制中心。所以采用相機(jī)標(biāo)定的方式，建立AR技術(shù)坐標(biāo)系，完成信息獲取流程的虛實配準(zhǔn)。為此假設(shè)，信息獲取系統(tǒng)獲取變電站設(shè)備信息不存在鏡頭畸變，則相機(jī)成像的變換模型為： 式中:s表示扭曲參數(shù)[13?14]，即s=0；M表示信息獲取流程的虛擬空間點；A表示相機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣；[R|t]表示相機(jī)變換參數(shù)；R表示外參數(shù)；M′表示轉(zhuǎn)換成實際坐標(biāo)后的真實空間點。將式(1)代入圖3中，即能得到變電站設(shè)備實體信息獲取流程。 2.2 制定信息獲取流程優(yōu)化規(guī)則 優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程，及時提高變電站設(shè)備實體信息獲取效率，為變電站運維人員提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，確保變電站運行情況，減少運維人員的工作量[15]。所以，變電站設(shè)備實體信息獲取流程需要具有較低的丟包率、較高的信息獲取速度，即減少流程中非增值活動。為此，采用ESIA流程優(yōu)化的消除、簡化、整合和自動化等四個原則，優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程。 其信息獲取流程具體優(yōu)化步驟如下： 1）檢查信息獲取流程中存在的重復(fù)性流程、非必要流程和無畏等待流程，根據(jù)檢查結(jié)果對其進(jìn)行清除處理； 2）銜接信息獲取流程，形成簡化后的信息獲取流程； 3）查看流程中存在的分散流程以及并行流程，將其串聯(lián)在一起，最大程度地采用串行流程代替并行流程； 4）利用多項信息獲取技術(shù)，實現(xiàn)自動獲取信息能力，減少數(shù)據(jù)傳遞時間。將上述所示的信息獲取流程優(yōu)化步驟轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)運行代碼如下：

至此，即完成變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計。 此次設(shè)計的變電站設(shè)備信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，考慮信息獲取流程屬于虛擬狀態(tài)，采用AR技術(shù)采集信息獲取流程，并確定約束條件，制定信息流程優(yōu)化規(guī)則，從而促使系統(tǒng)具有優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程功能。 ?

3 系統(tǒng)測試

此次測試設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)采用對比實驗的方式，驗證此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)。此次系統(tǒng)測試實驗，選擇某區(qū)域變電站設(shè)備實體信息獲取系統(tǒng)，將設(shè)置的信息獲取流程作為此次實驗的研究對象，選擇 Windows 7作為此次軟件實驗操作環(huán)境。將此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)記為A系統(tǒng)；兩種傳統(tǒng)的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)分別記為B系統(tǒng)和C系統(tǒng)。確定實驗對象和信息傳輸速度，改變信息傳輸距離和系統(tǒng)迭代次數(shù)，對比信息獲取視圖、丟包率和信息獲取率。 3.1 實驗準(zhǔn)備 此次試驗選擇的變電站設(shè)備實體信息獲取系統(tǒng)，其主要作用是監(jiān)控110 kV的變電站，使用的監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)為國際通用的IEC 61850規(guī)約通信，獲取變電站設(shè)備實體信息，其信息獲取流程如圖4所示。

基于圖4所示的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，選擇Windows 7 64 bit驅(qū)動操作三種系統(tǒng)，優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程，其系統(tǒng)的操作環(huán)境如表1所示。

基于圖4和表1所示的試驗對象和系統(tǒng)運行環(huán)境，采用Pofiler分析器調(diào)試三組系統(tǒng)性能，利用Pofiler分析器檢驗系統(tǒng)硬件數(shù)據(jù)的顯示能力，查看三組系統(tǒng)在優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程時，三組系統(tǒng)硬件運行情況，對比三組系統(tǒng)優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程效果。

3.2 信息獲取視圖對比

基于此次實驗設(shè)置的實驗參數(shù)，進(jìn)行第一組對比實驗。選擇變電站設(shè)備中的主變壓器主接線作為本組實驗對象，如圖5a)所示，采用三組系統(tǒng)，分別優(yōu)化此次實驗選擇的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，采用優(yōu)化后的變電站實體信息獲取流程，分別獲取如圖5a)所示的變電站設(shè)備主變壓器主接線視圖信息。 從圖5中可以看出，此次實驗選擇的主變壓器主接線為雙進(jìn)線結(jié)構(gòu)。三組系統(tǒng)優(yōu)化后的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，C系統(tǒng)和B系統(tǒng)都存在主變壓器主接線視圖信息獲取不全面問題，其中B系統(tǒng)僅獲取了主變壓器主接線單側(cè)進(jìn)線結(jié)構(gòu)，C系統(tǒng)僅獲取了主變壓器主接線上部分結(jié)構(gòu)；而A系統(tǒng)優(yōu)化后的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，獲取了變電站設(shè)備實體全部視圖信息，與主變壓器主接線實際結(jié)構(gòu)一致。

由此可見，此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)可以根據(jù)變電站設(shè)備運行情況，優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程，得到全面的變電站設(shè)備實體視圖信息。

3.3 信息獲取丟包率對比

基于第一組對比實驗結(jié)果進(jìn)行第二組對比實驗。提取第一組實驗獲取主變壓器主接線信息時，信息通信速度控制系統(tǒng)獲取信息后，傳遞至變電站信息控制中心，改變變電站設(shè)備實體信息獲取系統(tǒng)，針對獲取的信息通信傳遞距離，設(shè)置其初始距離為120m，每隔 10m檢測一次主變壓器主接線信息丟包率，共檢測5次，并與未優(yōu)化的變電站設(shè)備實體信息獲取流程進(jìn)行對比，其實驗結(jié)果如表2所示。 從表2中可以看出，三組系統(tǒng)優(yōu)化后的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，丟包率都呈現(xiàn)出不同程度的下降，但是，其優(yōu)化效果卻存在一定的差異。

其中:C系統(tǒng)對變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化效果最差，當(dāng)通信距離達(dá)到160m時，其丟包率僅優(yōu)化了11.7%；B系統(tǒng)優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程，當(dāng)通信距離達(dá)到 160m時，丟包率優(yōu)化了22.4%，其優(yōu)化效果雖然比C系統(tǒng)強(qiáng)，但是依然存在較高的丟包率；而A系統(tǒng)優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程，當(dāng)通信距離達(dá)到160m時，其丟包率優(yōu)化了78.1%，優(yōu)化程度明顯高于 B系統(tǒng)和C系統(tǒng)。由此可見，此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，優(yōu)化后的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，在將信息傳遞給控制中心時，受到通信距離的影響較小，不會產(chǎn)生較高的丟包率。

3.4 信息獲取率對比

基于第一組和第二組實驗結(jié)果，進(jìn)行第三組對比實驗。選擇第一組實驗中采用的主變壓器設(shè)備，作為此次實驗選擇的變電站設(shè)備實體信息獲取系統(tǒng)的信息獲取對象。提取第一組實驗中，三組系統(tǒng)優(yōu)化后的信息獲取流程，對于變電站主變壓器設(shè)備信息獲取率，改變系統(tǒng)運行的迭代次數(shù)，將系統(tǒng)的初始迭代次數(shù)設(shè)為10，判斷系統(tǒng)識別信息獲取的收斂速度，并與未優(yōu)化的變電站設(shè)備實體信息獲取流程進(jìn)行對比 ，其實驗結(jié)果如圖6所示。 從圖6中可以看出，三組系統(tǒng)優(yōu)化后的信息獲取率，隨著迭代次數(shù)的增加，逐漸趨于穩(wěn)定，但是其優(yōu)化后的信息獲取率卻存在一定的差異。其中：B系統(tǒng)信息獲取率僅較優(yōu)化前高了3%，收斂速度優(yōu)化較為明顯；C系統(tǒng)信息獲取率僅較優(yōu)化前高了16%，較B系統(tǒng)信息獲取率高了13%，然而其收斂速度優(yōu)化效果明顯沒有B系統(tǒng)效果好；而A系統(tǒng)信息獲取率僅較優(yōu)化前高了23%，信息獲取流程優(yōu)化效果明顯高于B系統(tǒng)和C系統(tǒng)，且迭代次數(shù)未到10次，明顯少于B系統(tǒng)和C系統(tǒng)。由此可見，此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，優(yōu)化后的變電站設(shè)備實體信息獲取流程，信息獲取率更高，收斂速度更快。

綜合上述三組實驗結(jié)果可知，此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，可以根據(jù)變電站設(shè)備運行情況，優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程，得到全面的變電站設(shè)備實體視圖信息，且不會受到通信距離的影響，具有較低的丟包率、較高的信息獲取率和較快的收斂速度。

4 結(jié) 語

綜上所述，此次設(shè)計變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，充分利用AR技術(shù)以及對現(xiàn)實世界和虛擬世界的銜接能力，形成實際信息獲取流程圖，提高變電站設(shè)備實體信息獲取流程實際應(yīng)用效果。變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)變電站設(shè)備運行情況優(yōu)化變電站設(shè)備實體信息獲取流程，得到全面的變電站設(shè)備實體視圖信息。但是，此次設(shè)計的變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，未曾考慮變電站設(shè)備信息獲取流程的變化及其復(fù)雜程度，因此在今后的研究中，還需深入研究變電站設(shè)備信息獲取流程變化，以及信息獲取流程的復(fù)雜程度，進(jìn)一步提高變電站設(shè)備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)適用性。 ? 參 考 文 獻(xiàn) [1] 肖黎，劉正陽，石悠旖，等 . 基于 Markov 模型對智能變電站二次系統(tǒng)可靠性評估[J].電測與儀表，2018，55（7）：36?40. [2] 符天驥，張丹，王建鑫 . 海南瓊中抽水蓄能電站轉(zhuǎn)子磁極主引線結(jié)構(gòu)工藝的優(yōu)化改進(jìn)[J].水力發(fā)電，2019，45（1）：70?72. [3] 史連軍，龐博，劉敦楠，等 .新電改下北京電力交易中心電力市場綜合指數(shù)的交易分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（6）：163?170. [4] 劉林虎，金黎明，夏清，等 .電力系統(tǒng)輸電運行彈性空間建模與效益評估[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（5）：7?13. [5] 馮躍，吳躍康，任杰，等 .基于無線同步技術(shù)的數(shù)字化變電站二次系統(tǒng)新型測試方法[J].中國測試，2020，46（1）：117?123. [6] 王流火，孫帥，王增彬，等 . 變電站設(shè)備箱體溫、濕度場及凝露的數(shù)值模擬[J].高壓電器，2020，56（1）：24?29. [7] 王帥，姜敏，李江林，等 .全維度智能變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電測與儀表，2020，57（7）：82?86. [8] 吳迪，湯小兵，***，等 .基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變電站繼電保護(hù)裝置狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2020，48（5）：81?85. [9] 陳楊，何勇 .基于農(nóng)村分布式光伏電站勘測的小型無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)及試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35（22）：305?313. [10] 初壯，徐潔，黃大為，等 . 計及電壓波動的配電網(wǎng)無功優(yōu)化運行[J].電測與儀表，2019，56（11）：61?67. [11] 王帥，姜敏，李江林，等 . 全維度智能變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電測與儀表，2020，57（7）：82?86. [12] 魯改鳳，歐鈺雷，杜帥，等 . 基于改進(jìn) HPSO 算法的風(fēng)電場內(nèi)部無功優(yōu)化研究[J].電測與儀表，2020，57（10）：36?42. [13] 石文超，呂林，高紅均，等 .基于信息間隙決策理論的含 DG 和EV 的主動配電網(wǎng)優(yōu)化運行[J]. 電力建設(shè)，2019，40（10）：64?74. [14] 姜愛華，韋化 . 基于通信的大規(guī)?？照{(diào)與電網(wǎng)互動的分布式合作模型及優(yōu)化控制[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2018，38（21）：6276?6283. [15] 王毅，馬強(qiáng)，李睿，等 .基于多 Agent架構(gòu)的電廠化學(xué)制水流程優(yōu)化控制[J].中國科技論文，2018，13（11）：1291?1296. ?

作者簡介：

李??杰（1982—），男，云南石屏人，工程師，研究方向為變電運行檢修。

高樹功（1978—），男，云南新平人，高級工程師，研究方向為高電壓及絕緣技術(shù)、變電設(shè)備檢修。

雷??東（1983—），男，四川井研人，工程師，研究方向為變電一次設(shè)備檢修試驗、電力系統(tǒng)。

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