计算机电力监控技术在变电所的应用研究.pdf

81现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 2 期2024 年 1 月Vol.3 No.2Jan.2024计算机电力监控技术在变电所的应用研究奚 琳，王晓燕宁波送变电建设有限公司永耀科技分公司，浙江宁波315000摘要：研究了计算机电力监控技术在变电所的应用。首先探讨了变电所作为电能传输的重要环节对电力安全和稳定供应的重要性。在整体设计方案中，对变电所无线监控系统进行了分析，并提出了电力监控系统的通信认证方法。在终端硬件设计方面，详细讨论了环境参数终端的设计和系统的总体结构设计。在终端软件设计方面，介绍了软件开发环境以及变电站辅助监控系统软件的设计思路和实现方案。通过研究，可以实现对变电所的准确监控和智能化管理，提高电力监控系统的性能和可靠性，这对电力系统的安全和稳定运行具有重要意义。关键词：计算机；电力监控技术；变电所；应用中图分类号：TM769 文献标识码：AResearch on the Application of Computer Power Monitoring Technology in SubstationXi Lin,Wang XiaoyanNingbo Power Transmission and Transformation Construction Co.,Ltd.Yongyao Technology Branch,Ningbo,Zhejiang 315000Abstract:The article aims to study the application of computer power monitoring technology in substations.Firstly,the importance of substations as an important link in energy transmission for power safety and stable supply was discussed.In the overall design scheme,an analysis was conducted on the wireless monitoring system of the substation,and a communication authentication method for the power monitoring system was proposed.In terms of terminal hardware design,a detailed discussion was conducted on the design of environmental parameters for the terminal and the overall structure design of the system.In terms of terminal software design,the software development environment and the design concept and implementation plan of the substation auxiliary monitoring system software were introduced.Through the research in the article,accurate monitoring and intelligent management of substations can be achieved,improving the performance and reliability of power monitoring systems.This is of great significance for the safe and stable operation of the power system.Keywords:computers;power monitoring technology;substation;application作者简介：奚琳（1988），男，宁波送变电建设有限公司永耀科技分公司助理工程师，研究方向为大数据分析、AI 人工智能应用。1引言电力系统作为现代社会的重要基础设施，对社会经济的发展和人民生活的保障起着至关重要的作用。而在电力系统中，变电所作为电能传输的重要环节，承担着将高压电能转换为适用于配电网的低压电能的功能。为了实现对变电所的准确监控和智能化管理，计算机电力监控技术被广泛应用于变电所中。这些技术利用计算机技术和先进的通信技术，实时采集、传输和处理变电所的运行数据，以及对设备的状态和性能进行监测和分析。通过对变电所的电力监控，可以及时发现潜在的故障和问题，并采取相应的措施，保障电力系统的安全运行和供应的可靠性。文章旨在探讨计算机电力监控技术在变电所的应用，提出相应的整体设计方案，并详细讨论终端硬件和软件的设计。通过本研究，可以为变电所的电力监控系统的实际应用提供参考和指导，进而提高电力系统的安全性和稳定性。2整体设计方案2.1变电所无线监控系统分析文章对变电所无线监控系统进行了深入分析，旨在探讨其在变电所中的应用。无线监控系统作为现代化电力监测和管理的关键技术，具有许多优势，如灵活性、可扩展性和实时性：研究了无线监控系统的组成结构，包括监测设备、数据传输设备和接收设备等。通过建立合理的拓扑结构，可以确保监测设备与数据中心之间的高效通信和数据交换；深入研究了无线监控系统在变电所中的应用场景和功能需求。这些功能需求包括对变822024 年 1 月第 3 卷第 2 期现 代 工 程 科 技82压器、开关设备和电流传感器等关键设备的实时监测和状态诊断；安全性和可靠性也是无线监控系统中不可或缺的要素，分析了数据的加密和认证机制，以确保传输的数据在传播过程中不受干扰或被非法获取。综上所述，文章的分析为进一步优化变电所无线监控系统的设计以及加强其在电力系统中的应用提供了重要指南。2.2电力监控系统通信认证2.2.1电力监控系统拓扑结构电力监控系统作为变电所无线监控的重要组成部分，具有一套复杂而高效的拓扑结构，能够确保数据的实时采集、传输和处理效果。该系统的拓扑结构旨在实现对关键设备和传感器的准确监测，以及数据的安全性和可靠性保障1。在电力监控系统中，常见的拓扑结构包括电力加密认证网关、IDS入侵监测模块、双向物理隔离、拨号加密认证系统和病毒扫描单元等组件。这些组件相互协作，构成了一个高效的系统架构，如图1 所示。图1电力监控系统拓扑结构图电力加密认证网关是整个系统的核心，它负责数据的汇总、加密和认证。IDS入侵监测模块则用于检测和响应任何潜在的入侵行为，以保护系统的安全性。双向物理隔离技术能够有效地隔离系统内外的网络，防止不明身份的入侵。同时，拨号加密认证系统能够通过安全的通信渠道，实现对外部命令和控制的安全传输。病毒扫描单元则能够及时发现和清除可能存在的恶意软件。2.2.2基于加密机制的数据安全通信模块在电力监控系统中，为了保障数据的安全性，在数据通信过程中引入了加密机制。该机制主要应用于认证拨号过程，以确保远程拨号用户能够安全地接入目标主机进行系统维护。通过加密技术，实现远距离的即时通信，并确保通信内容的私密性。认证拨号服务器拓扑结构采用了一种安全的设计，如图2所示。当用户进行拨号通信认证时，会获取一份具有私密性的会话密钥。该密钥在每次拨号请求中都会发生更迭，以确保通信的私密性。通过加密后的频次进行密钥更迭，使得入侵者无法单纯基于加密报文破解密钥。图2认证拨号服务器拓扑结构图为了实现数据通信的安全性，文章引入了加密机制来完成认证。在加密报文传输过程中，要求附加认证信息，以确保信息的合法性和私密性2。基于加密机制的数据通信模块的设计如下。（1）当系统中的目标A和目标B产生信息交互时，目标A会利用密钥对请求报文进行加密，并附加服务名SA、时间戳TA和认证信息CA。这一过程使用式（1）式（2）进行。)(:MECTSBAAS KAAA（1）)(AAS KATSHMACCA=（2）（2）目标B根据参数向认证中心C1申请目标A的会话密钥SKA，并附上认证信息CA作为佐证。具体步骤使用式（3）式（4）来表达。BBBACTSSCB:1（3）)(BBS KBTSHMACCB=（4）（3）认证中心C1使用会话密钥SKB对目标B进行对称加密，并完成响应。具体过程采用公式（5）进行。),(:1BBS KTS KEBCA=（5）（4）目标B利用会话密钥SKA进行参数运算，并向申请源执行认证。在此之后，正常逻辑开始执行。（5）目标B的响应可基于相同的工作流程进行 加密。3变电站辅助监控系统终端硬件设计3.1环境参数终端设计环境参数终端模块在电力监控系统中起着重要的作用，包括温湿度监测和烟雾监测。这些模块通过与ZigBee终端控制板的IO口引脚连接如表1所示，能够实SKASKASKBSKBSKB生产控制大区控制区拨号服务器IDS防火墙正向隔离装置DTS交换机主干局域网交换机三区交换机IDS拨号服务器网络防病毒服务器拨号服务器拨号服务器非控制区管理信息大区安全拨号认证装置PSTNPSTNPSTN安全拨号认证装置安全拨号认证装置反向隔离装置正向隔离装置生产控制大区 管理信息大区83奚 琳，王晓燕：计算机电力监控技术在变电所的应用研究信息与电子工程科技时监测环境参数并传输数据。表1环境参数监控终端引脚连接名称模块引脚终端控制板引脚DHT11DATAPO7VCC3.3VGND负极MQ-2AOUTP06VCC5VGND负极（1）温湿度监测模块采用了DHT11数字温湿度传感器。该传感器的DATA引脚与终端控制板的PO7引脚相连。传感器收集到的模拟量数据经过A/D转换，并以5s为周期将数字信号传输给CC2530芯片。通过这一设计，可以实现对环境温湿度的准确监测和数据传输3。温湿度监测模块的实物如图3所示。（2）可燃气体监测模块采用了MQ-2烟雾监测传感器。该传感器使用二氧化锡作为气敏材料，当传感器检测到可燃气体时，它的电导率会增大，最终传感器输出模拟信号与气体浓度相对应。MQ-2气体传感器的模拟信号输出通过AOUT数据引脚与ZigBee终端节点的PO6引脚相连，作为检测引脚。通过这一设计，可以实时监测可燃气体的浓度，并将数据传输给控制板进行处理。可燃气体监测模块的实物如图4所示。通过环境参数终端模块的设计，能够高效、准确地监测温湿度和烟雾等环境参数。这些数据对于电力监控系统的安全和稳定运行至关重要。通过与ZigBee终端控制板的连接，实现了数据的传输和处理，为电力监控系统提供了可靠的环境参数监测功能。图3温湿度监测模块实物图图4可燃气体监测模块实物图3.2硬件系统总体结构设计变电站辅助设备监控系统采用了分层分布式体系结构，以实现对变电站辅助设备的实时监控和管理。这种结构将监控系统分为测量层、通信层和本地管理层，每一层都有特定的功能和组件，以实现高效监控和控制，如图5所示。图5分层分布式硬件总体结构框图感知层是由物联网构建的各辅助设备监控子系统，包括各种传感器、智能执行终端、ZigBee终端控制板和单火线电源板等电子设备。传感器和终端设备用于感知变电站内的环境参数和设备状态，通过ZigBee通信控制板将底层数据信息上传至站内监控计算机。网络层则主要建立ZigBee无线通信网络，用于数据传输和通信。一旦系统网络组建完成，感知层各子系统就可以将环境参数和设备状态等数据信息传输到本地监控主机。在这一层中，感知层和本地计算机之间进行数据信息交互。应用层由本地计算机和ZigBee通信控制板组成，构建了本地管理系统。ZigBee通信控制板作为协调器节点与感知层各子系统进行数据信息交互，可以处理各子系842024 年 1 月第 3 卷第 2 期现 代 工 程 科 技84统采集的数据信息，并执行来自本地计算机发送的控制指令。本地计算机通过USB转串口通信与ZigBee终端控制板进行数据信息交互，经过采集和处理的数据信息能够在本地计算机的人机交互界面上实时显示，方便值班人员进行操作和处理。4变电站辅助监控系统终端软件设计4.1软件开发环境实现变电辅助监控系统的软件开发环境，选择了CC2530芯片作为核心。CC2530芯片具有内置的单片机处理器，可以通过IAR For 8051编程环境对其进行编程。这样的开发环境能够提供强大的工具和功能，以便进行单片机的编程和开发4。除了CC2530芯片和IAR For 8051编程环境，软件开发还需要其他辅助工具和资源。例如，可能会用到基于C语言的编程，以及相关的开发工具和集成开发环境。此外，开发人员还需要相关的软件库、文档和技术资料来支持开发工作。4.2变电站辅助监控系统软件设计变电站辅助监控系统在完成硬件设计之后，还需要进行相应的软件设计来实现系统的功能。软件部分是整个系统的另一个重要组成部分，其中包括感知层终端软件设计、网络通信层软件设计和应用层软件设计，具体见图6。图6软件总体框图感知层终端软件设计是为了实现对辅助设备的实时监测和控制。通过使用传感器和终端设备，该软件能够采集环境参数和设备状态等数据，并通过ZigBee通信技术将数据传输至本地监控计算机5。网络通信层软件设计主要负责建立和维护ZigBee无线通信网络。通过该软件，可以实现各感知层终端之间的数据传输和通信，将环境参数和设备状态等信息传输至本地计算机。应用层软件设计由本地计算机上的软件组成，用于负责系统的管理和控制。通过与ZigBee通信控制板的交互，该软件能够处理和分析从感知层终端传输过来的数据信息，并发送相应的控制指令。5结语文章以计算机电力监控技术在变电所的应用为研究对象，通过整体设计方案的提出和终端硬件、软件的详细设计，探索了在变电所中实现准确监控和智能化管理的方法和途径。本研究的结果表明，计算机电力监控技术能够提高变电所的运行效率、设备可靠性和安全性，对电力系统的安全运行和稳定供应具有重要意义。通过合理的无线监控系统分析和数据安全通信模块的应用，变电所的电力监控系统能够实现高效数据采集、传输和处理。文章的研究可以为变电所的电力监控系统的实际应用提供参考和指导，推动电力系统的智能化升级。未来的研究可以进一步探索优化设计方案，提高系统的可扩展性和兼容性，并结合人工智能等领域的发展，实现更智能、高效的变电所电力监控系统。参考文献1 彭富根.计算机电力监控技术在变电所的应用J.上海港科技,2002(1):24-26.2 金海,陈刚国,仇群辉.CVT电压在线监视技术在变电站计算机监控系统中的应用J.电力系统保护与控制,2008(21):99-101,105.3 张力塬.计算机控制技术在电力电子电路中的应用J.通信电源技术,2018(4):178-179.4 纪新纯.变电站计算机监控系统技术应用J.电子世界,2013(7):81-83.5 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