李杰 1，高樹功 2，雷 東 3 （1.昆明理工大學，云南 昆明 650504；2.云南電網有限責任公司紅河個舊供電局，云南 紅河 661000； 3.云南電網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化系統硬件設計方面，根據信息獲取流程優化系統對

硬件需求，在構建系統硬件設計的基礎上設計系統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化規則，促使系統具有優化變電站設備實體信息獲取流程功能，完成系統軟件設計。確定實驗對象和信息傳輸速度，改變信息傳輸距離和系統迭代次數，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化系統，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；流程優化；系統設計；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

目前變電站的數量尤為龐大，加上其復雜的設備結構，人力監控變電站顯得十分不現實。為此有學者研究出變電站設備實體信息獲取系統，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據，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，極大縮減變電站監控人員數量，降低變電站設備維護成本[1?2]。但是，在這個過程中，有學者發現，當前的信息獲取系統，獲取變電站設備實體信息流程不符合各個地區的變電站設備實體，存在信息獲取效率低、信息不全面等問題[3]。? 目前，國內外研究信息流程優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、改進兩種優化方式。針對這一理念，有學者認為流程優化，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]。根據這一理念，國外學者研究出信息流程優化的ESIA規則、Petri網模型、流程可視化和模擬等流程優化方法[5?7]。國內學者則根據流程因素、質量、效果、關系模型等方面，優化流程的綜合性能[8?10]。但是，對于上述信息獲取流程優化，缺乏系統、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，展現在人們的眼前，提高信息獲取效率和數量。所以，提出基于AR的變電站設備實體信息獲取流程優化系統設計。

1 變電站設備實體信息獲取流程優化系統硬件設計

1.1 設計時間控制系統硬件框架

此次設計變電站設備實體信息獲取流程優化系統，考慮系統在優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化系統研究的基礎上，設計此次研究的變電站設備實體信息獲取流程優化系統硬件框架，如圖1所示。

從圖1中可以看出，此次設計的系統硬件框架選擇32位RISC處理器的STM32F103R8微控制器，作為系統的核心處理器。該處理器具有功能低、高性能模擬技術、JTAG仿真調試等特點[11]，完全可以滿足系統優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上，實時優化變電站設備實體信息獲取流程。此外，此次設計的優化系統，還增加了 A/D轉換模塊和儲存模塊。其中,A/D轉換模塊會根據傳感器模塊感知到的變電站設備實體信息獲取流程，轉換成數字信號量，降低系統對變電站設備實體信息獲取流程優化難度；存儲模塊會將在STM32F103R8微控制器優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化難度。

1.2??電源模塊設計

考慮信息獲取流程優化系統，需要安裝在變電站設備實體信息獲取系統上，難以實時檢測系統電量運行情況，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，為此次設計的系統供電，作為系統的電源模塊。但是，由于系統框架所采用的元件，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。此次設計的系統電源模塊電路圖如圖2所示。

圖2中:VIN表示此次系統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化系統軟件設計

在此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優化系統硬件基礎上，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化規則，促使系統具有優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化系統軟件設計。 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軟件中運行，處于虛擬狀態，極其影響系統優化信息獲取流程優化效果[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，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，優化信息獲取流程。 圖3中,AR技術坐標系建立及轉換過程如下:考慮信息獲取系統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，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[13?14]，即s=0；M表示信息獲取流程的虛擬空間點；A表示相機內參數矩陣；[R|t]表示相機變換參數；R表示外參數；M′表示轉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化規則 優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據，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流程優化的消除、簡化、整合和自動化等四個原則，優化變電站設備實體信息獲取流程。 其信息獲取流程具體優化步驟如下： 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，實現自動獲取信息能力，減少數據傳遞時間。將上述所示的信息獲取流程優化步驟轉換成系統運行代碼如下：

至此，即完成變電站設備實體信息獲取流程優化系統軟件設計。 此次設計的變電站設備信息獲取流程優化系統，在硬件設計的基礎上，考慮信息獲取流程屬于虛擬狀態，采用AR技術采集信息獲取流程，并確定約束條件，制定信息流程優化規則，從而促使系統具有優化變電站設備實體信息獲取流程功能。 ?

3 系統測試

此次測試設計的變電站設備實體信息獲取流程優化系統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化系統。此次系統測試實驗，選擇某區域變電站設備實體信息獲取系統，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境。將此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優化系統記為A系統；兩種傳統的變電站設備實體信息獲取流程優化系統分別記為B系統和C系統。確定實驗對象和信息傳輸速度，改變信息傳輸距離和系統迭代次數，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，其主要作用是監控110 kV的變電站，使用的監控通信網絡為國際通用的IEC 61850規約通信，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驅動操作三種系統，優化變電站設備實體信息獲取流程，其系統的操作環境如表1所示。

基于圖4和表1所示的試驗對象和系統運行環境，采用Pofiler分析器調試三組系統性能，利用Pofiler分析器檢驗系統硬件數據的顯示能力，查看三組系統在優化變電站設備實體信息獲取流程時，三組系統硬件運行情況，對比三組系統優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，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，分別優化此次實驗選擇的變電站設備實體信息獲取流程，采用優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。三組系統優化后的變電站設備實體信息獲取流程，C系統和B系統都存在主變壓器主接線視圖信息獲取不全面問題，其中B系統僅獲取了主變壓器主接線單側進線結構，C系統僅獲取了主變壓器主接線上部分結構；而A系統優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化系統可以根據變電站設備運行情況，優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，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，三組系統優化后的變電站設備實體信息獲取流程，丟包率都呈現出不同程度的下降，但是，其優化效果卻存在一定的差異。

其中:C系統對變電站設備實體信息獲取流程優化效果最差，當通信距離達到160m時，其丟包率僅優化了11.7%；B系統優化變電站設備實體信息獲取流程，當通信距離達到 160m時，丟包率優化了22.4%，其優化效果雖然比C系統強，但是依然存在較高的丟包率；而A系統優化變電站設備實體信息獲取流程，當通信距離達到160m時，其丟包率優化了78.1%，優化程度明顯高于 B系統和C系統。由此可見，此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優化系統，優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的信息獲取對象。提取第一組實驗中，三組系統優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，改變系統運行的迭代次數，將系統的初始迭代次數設為10，判斷系統識別信息獲取的收斂速度，并與未優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，三組系統優化后的信息獲取率，隨著迭代次數的增加，逐漸趨于穩定，但是其優化后的信息獲取率卻存在一定的差異。其中：B系統信息獲取率僅較優化前高了3%，收斂速度優化較為明顯；C系統信息獲取率僅較優化前高了16%，較B系統信息獲取率高了13%，然而其收斂速度優化效果明顯沒有B系統效果好；而A系統信息獲取率僅較優化前高了23%，信息獲取流程優化效果明顯高于B系統和C系統，且迭代次數未到10次，明顯少于B系統和C系統。由此可見，此次設計的變電站設備實體信息獲取流程優化系統，優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化系統，可以根據變電站設備運行情況，優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化系統，充分利用AR技術以及對現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化系統，根據變電站設備運行情況優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化系統，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化系統適用性。 ? 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子磁極主引線結構工藝的優化改進[J].水力發電，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的交易分析[J].電力系統自動化，2019，43（6）：163?170. [4] 劉林虎，金黎明，夏清，等 .電力系統輸電運行彈性空間建模與效益評估[J].電力系統自動化，2019，43（5）：7?13. [5] 馮躍，吳躍康，任杰，等 .基于無線同步技術的數字化變電站二次系統新型測試方法[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監測關鍵技術研究[J].電測與儀表，2020，57（7）：82?86. [8] 吳迪，湯小兵，***，等 .基于深度神經網絡的變電站繼電保護裝置狀態監測技術[J].電力系統保護與控制，2020，48（5）：81?85. [9] 陳楊，何勇 .基于農村分布式光伏電站勘測的小型無人機傾斜攝影系統及試驗[J].農業工程學報，2019，35（22）：305?313. [10] 初壯，徐潔，黃大為，等 . 計及電壓波動的配電網無功優化運行[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監測關鍵技術研究[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 算法的風電場內部無功優化研究[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 的主動配電網優化運行[J]. 電力建設，2019，40（10）：64?74. [14] 姜愛華，韋化 . 基于通信的大規模空調與電網互動的分布式合作模型及優化控制[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。

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