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

摘??要：為解決變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化方法未曾利用AR技術采集變電站設備實體信息獲取流程，導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的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)硬件設計方面，根據(jù)信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)對

硬件需求，在構建系統(tǒng)硬件設計的基礎上設計系統(tǒng)硬件框架和電源模塊；采用 AR技術采集變電站設備實體信息獲取流程，制定變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化規(guī)則，促使系統(tǒng)具有優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程功能，完成系統(tǒng)軟件設計。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。實驗結果表明：此次設計的變電站設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。 關鍵詞：AR 技術；變電站設備；實體信息；流程優(yōu)化；系統(tǒng)設計；信息采集；收斂速度 中圖分類號：TN911?34；C931.2 ???文獻標識碼：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，加上其復雜的設備結構，人力監(jiān)控變電站顯得十分不現(xiàn)實。為此有學者研究出變電站設備實體信息獲取系統(tǒng)，提取變電站設備實體運行信息，獲取變電站設備實體運行數(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，降低變電站設備維護成本[1?2]。但是，在這個過程中，有學者發(fā)現(xiàn)，當前的信息獲取系統(tǒng)，獲取變電站設備實體信息流程不符合各個地區(qū)的變電站設備實體，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驗證、改進兩種優(yōu)化方式。針對這一理念，有學者認為流程優(yōu)化，是對其存在的根本性問題，進行改進，快速解決這一流程造成的問題，從而提高流程的實際應用效果[4]。根據(jù)這一理念，國外學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)學者則根據(jù)流程因素、質(zhì)量、效果、關系模型等方面，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，無縫隙銜接顯示世界的能力，將信息獲取流程通過計算機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的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)設計。

1 變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)硬件設計

1.1 設計時間控制系統(tǒng)硬件框架

此次設計變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，考慮系統(tǒng)在優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程時，需要采集變電站設備實體信息獲取流程，在目前變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)研究的基礎上，設計此次研究的變電站設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、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備實體信息獲取系統(tǒng)上，實時優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程。此外，此次設計的優(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??電源模塊設計

考慮信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，需要安裝在變電站設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行降壓、輸入電壓范圍及功率處理。此次設計的系統(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 的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)軟件設計

在此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)硬件基礎上，采用AR技術，采集變電站設備實體信息獲取流程，制定變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化規(guī)則，促使系統(tǒng)具有優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程功能，完成變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)軟件設計。 2.1 基于AR采集信息獲取流程 由于變電站設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技術的虛實配準功能，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所示的變電站設備實體信息獲取流程的采集流程，從而降低變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化難度。

從圖3中可以看出，此次采集變電站設備實體信息獲取流程，使用AR技術，提取變電站設備信息獲取系統(tǒng)，獲取變電站設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技術對信息獲取流程進行虛實配準，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技術坐標系建立及轉(zhuǎn)換過程如下:考慮信息獲取系統(tǒng)在獲取變電站設備信息時，需要采用傳感器模塊，感知變電站設備運行參數(shù)，按照設定的流程將變電站信息傳輸至控制中心。所以采用相機標定的方式，建立AR技術坐標系，完成信息獲取流程的虛實配準。為此假設，信息獲取系統(tǒng)獲取變電站設備信息不存在鏡頭畸變，則相機成像的變換模型為： 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表示相機內(nèi)參數(shù)矩陣；[R|t]表示相機變換參數(shù)；R表示外參數(shù)；M′表示轉(zhuǎn)換成實際坐標后的真實空間點。將式(1)代入圖3中，即能得到變電站設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)化變電站設備實體信息獲取流程，及時提高變電站設備實體信息獲取效率，為變電站運維人員提供更加精準的數(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性流程、非必要流程和無畏等待流程，根據(jù)檢查結果對其進行清除處理； 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，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，即完成變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)軟件設計。 此次設計的變電站設備信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，在硬件設計的基礎上，考慮信息獲取流程屬于虛擬狀態(tài)，采用AR技術采集信息獲取流程，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)化變電站設備實體信息獲取流程功能。 ?

3 系統(tǒng)測試

此次測試設計的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)采用對比實驗的方式，驗證此次設計的變電站設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)域變電站設備實體信息獲取系統(tǒng)，將設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。將此次設計的變電站設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 實驗準備 此次試驗選擇的變電站設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)絡為國際通用的IEC 61850規(guī)約通信，獲取變電站設備實體信息，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

基于此次實驗設置的實驗參數(shù)，進行第一組對比實驗。選擇變電站設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線結構。三組系統(tǒng)優(yōu)化后的變電站設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進線結構，C系統(tǒng)僅獲取了主變壓器主接線上部分結構；而A系統(tǒng)優(yōu)化后的變電站設備實體信息獲取流程，獲取了變電站設備實體全部視圖信息，與主變壓器主接線實際結構一致。

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

3.3 信息獲取丟包率對比

基于第一組對比實驗結果進行第二組對比實驗。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，改變變電站設備實體信息獲取系統(tǒng)，針對獲取的信息通信傳遞距離，設置其初始距離為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)化的變電站設備實體信息獲取流程進行對比，其實驗結果如表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)對變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化效果最差，當通信距離達到160m時，其丟包率僅優(yōu)化了11.7%；B系統(tǒng)優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程，當通信距離達到 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，但是依然存在較高的丟包率；而A系統(tǒng)優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程，當通信距離達到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，此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，優(yōu)化后的變電站設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果，進行第三組對比實驗。選擇第一組實驗中采用的主變壓器設備，作為此次實驗選擇的變電站設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)化的變電站設備實體信息獲取流程進行對比 ，其實驗結果如圖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，此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，優(yōu)化后的變電站設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果可知，此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，可以根據(jù)變電站設備運行情況，優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程，得到全面的變電站設備實體視圖信息，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 語

綜上所述，此次設計變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，充分利用AR技術以及對現(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，提高變電站設備實體信息獲取流程實際應用效果。變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)變電站設備運行情況優(yōu)化變電站設備實體信息獲取流程，得到全面的變電站設備實體視圖信息。但是，此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)，未曾考慮變電站設備信息獲取流程的變化及其復雜程度，因此在今后的研究中，還需深入研究變電站設備信息獲取流程變化，以及信息獲取流程的復雜程度，進一步提高變電站設備實體信息獲取流程優(yōu)化系統(tǒng)適用性。 ? 參 考 文 獻 [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)子磁極主引線結構工藝的優(yōu)化改進[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備狀態(tài)監(jiān)測關鍵技術研究[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)絡的變電站繼電保護裝置狀態(tài)監(jiān)測技術[J].電力系統(tǒng)保護與控制，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傾斜攝影系統(tǒng)及試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，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備狀態(tài)監(jiān)測關鍵技術研究[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 HPSO 算法的風電場內(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，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]. 中國電機工程學報，2018，38（21）：6276?6283. [15] 王毅，馬強，李睿，等 .基于多 Agent架構的電廠化學制水流程優(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、變電設備檢修。

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

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