基于无线传输的定值电子交接与自动核对系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统通信领域，尤其设电力调度用通信系统。

背景技术：

电力系统中各级调度部门按照电力系统参数运行和运行要求，对已配置的继电保护装置通过分析计算获得各项整定值，生成和初步审核定值通知单后下发至各等级变电站，由相关继保人员完成定值的核验、修改、存档等工作。随着超高压输电线路、交直流联合输电的推进以及分布式电源高渗透接入，电网建设呈加速发展态势，电网规模逐步扩大，变电站数量快速增长，截至2015年12月底，芜湖供电公司所辖变电站达到52座，共计1882套继电保护设备。然而，目前继电保护定值整定交接及管理依然采用的是传统的人工现场纸质打印整定方式，即将每套调度定值单与装置整定表纸质打印后，通过人工逐条核对后由继保人员与变电运行人员双方签字确认，最后纸质归档的工作流程和方法。虽然，该方法能较大限度的防止定值误整定情况的出现，但其工作效率低下、人工成本高，定值纸质存档管理既占空间又耗资巨大，无法适应新形势下电力系统自动化、数字化、电子化的发展要求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是实现定值交接管理的无纸化、电子化,解放人力资源，使定值的交接和管理更加的安全、高效、节能及环保系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：基于无线传输的定值电子交接与自动核对系统，系统包括无线发射装置、无线接收装置和分析终端；

所述无线发射装置设有与保护装置连接的通信接口，所述通信接口连接CPU，所述CPU连接有无线发射模块，所述无线发射装置设有为无线发射模块和CPU供电的电源；

所述无线接收装置设有与无线发射模块通信的无线接接收模块，所述无线接收模块连接驱动模块，所述驱动模块设有与分析终端连接的输入接口；

所述分析终端为平板电脑、笔记本电脑、PDA或智能手机。

所述无线发射装置的无线发射模块、无线接收装置的无线接收模块均采用nRF24E1通讯模块，所述nRF24E1通讯模块设有外围辅助电路，所述外围辅助电路包括RS-232通信电路MAX232、电压转换电路AMC1117、射频天线电路、灯光指示电路。

所述无线发射装置的CPU连接看门狗模块和A/D转换器。

所述电源采用5V可充电锂电池，所述电源内设有过载、过压、短路保护电路，所述无线发射装置的壳体上设有与电源连接的充电接口，所述电源的供电输出线上设有操作状态指示灯模块，所述操作状态指示灯模块包括按钮与LED元件。

本实用新型一方面整合定值核验流程及软硬件配置，简化了传统核验方式流程，规范化的操作过程使得定值核验工作更加完善可靠；一方面三级匹配算法和树形核验策略保证定值项目匹配率，减少了核验过程中人为因素的影响；一方面利用计算机快速的数据处理能力代替人工逐条核对定值项目，节省人力投入，提高工作效率；另一方面电子化存档管理定值单，使定值的核对、交接和管理更加的安全、高效、节能及环保，对于提高继电保护的可靠性具有重要意义。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为定值电子交接与自动核对系统框图；

图2为系统通信控制流程图；

图3为系统分析终端控制流程图；

图4精确遍历算法流程图；

图5层次关联算法流程图；

图6为相似度算法流程流程图

图7为复合电压闭锁过流定值名称结构特点示意图；

图8为电子签名流程图。

具体实施方式

本系统将传统分散进行的核验操作集中于布局合理的计算机软件操作界面，包括装置定值单读取、调度下发定值单比对、定值修改与写入、电子签名、报告存档与打印等流程，实现变电站保护装置定值单核验无纸化。

硬件系统包括外壳，电源模块，无线收发模块，操作指示灯模块。外壳起到保护硬件系统的作用，电源模块为系统提供电能，无线收发模块读取和写入保护装置定值单，指示灯电路模块指示硬件系统的工作状态。硬件系统设计需要考虑保护装置现场操作环境，充分满足装置的轻便性、经济性、易操作性，耐久性。硬件系统装置材质选用黑色拉丝铝合金，相对不锈钢等材质，铝合金轻便的也能满足防锈防摔等性能。

外壳采用封闭式设计，壳身为黑色拉丝铝合金长方体套管，前后两面各有相同材质的底板由小螺丝与壳身衔接密封。底板上开有小孔，安装固定充电电源接口，定值读取写入接口，无线传输模块天线部分，操作状态指示灯。保护侧无线传输装置必须配备定值读取写入接口和收发天线，定值读取写入接口安装在前底板，收发天线由后地板伸出。内部信号电路板密封在壳身内，并采用螺栓固定，防止滑动影响传输质量。定值读取写入接口连带整个硬件装置可直接插接在保护装置接口上进行工作。

通讯模块采用nRF24E1，该模块主要包含2.4GHz无线收发nRF2401模块和增强型8051内核无线收发模块。nRF2401含有125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，传送距离可达200m以上。集成增强型8051控制器，其集无线数据接收和发送于一体，传输性能稳定。通讯模块通过485或者232接口直接与保护装置连接，可以在不影响其正常有线通信的情况下，将装置的通信数据通过无线形式发送。将该模块通过USB接口与上位机连接，可以无差的接收无线发射模块传输的数据，通过驱动程序将接收模块的数据与上位机进行交互，经过规约解析提取出定值信息。

此外，除无线通讯模块nRF24E1以外，外围辅助电路还包括RS-232通信电路MAX232、电压转换电路AMC1117、射频天线电路、灯光指示电路等。该硬件功耗低、性能稳定，可满足工作人员在变电站集控室内即可对现场继电保护装置内的定值进行采集，免去了工作人员前往现场打印定值单的麻烦。

电源采用5V大容量可充电锂电池为整个硬件系统供电。锂电池采用优质“聚合物锂离子电芯”，具有内阻小，容量大，体积小，循环次数多，无记忆效应等优点；先进内部电路有多重过流保护设计，经过严格检测，确保了电池优异的性能，保证了装置工作时的可靠性。本电池内部采用先进的过载、过压、短路保护电路；当电池使用不当或造成短路时，内部电路会自动保护，造成无电压输出，此时只要重做一次充电步骤便能恢复电源输出。装置后底板设有标准的DC5.5MM充电接口，本充电电路采用慢充设计，充电时间一般在5-10小时以上，直至充电器上红色指示灯变为绿色，则表示电池充电完成。

操作状态指示灯模块集成了按钮与LED元件。模块连接在电源与无线收发电路板之间，控制其接通与断开。当需要装置工作时，轻按装设在后底板上的绿色按钮。此时按钮自锁并点亮，表示装置上电成功，可进入工作状态；工作结束时，再次轻按绿色按钮，按钮回弹并熄灭。

无线定值收发功能是实现定值信息的双向通信。它的两个部分：定值发送部分和定值接收部分的工作流程基本是一致的。

其工作流程如下：第一步，系统上电，打开系统；第二步，进行初始化，对8051的定时器time2、PWM输出端口、AD转换器、SPI接口和无线收发模块nRF2401进行初始化；第三步，判断是否要发送定值信息，如果有则发送，然后进入步骤四；第四步，如果没有定值信息发送，则判断是否要接收定值信信息。如果有，则接收，然后进行步骤三；第五步，如果没有定值信息接收，则重新进行步骤三。其相应的流程图如图2所示：

软件设计主要包括定值读取，核验操作，报告查看，签名存档四部分组成。其中，定值读取部分可有选择地根据保护装置名称打开相应DEBUG程序读取对应装置定值单保存在计算机或PAD上；核验操作包括调度数据的读取，保护装置定值单的载入以及对调度数据和保护装置定值单的核验功能；报告查看显示调度数据与保护装置定值单不相匹配的序号、名称等信息；签名存档包括两位核验人的电子签名书写、整定依据、区号、运行条件信息输入和报告存档功能。软件的功能组成与操作流程如图3所示。

核验操作功能主要分三步，第一步点击调度数据最右侧“选择文件”按钮，选择调度数据所在的目录后点击打开，此时调度数据右侧文本框内显示载入调度数据的路径；第二步点击装置定值最右侧“选择文件”按钮，选择装置定值所在的目录后点击打开，此时装置定值右侧文本框内显示载入装置定值的路径；第三步点击“核验”按钮，软件自动进行定值核对，如果存在定值项目不匹配的情况，则弹出“检测到定值错误”的提示信息，如正确则弹出“定值匹配”的提示信息。

电力系统调度部门缺少统一的数据编码标准，保护项目名称及顺序尚未实现完全一体化，给调度定值单与装置定值的项目匹配核验过程带来难度，制约了定值核验电子化的发展。本系统针对上述问题，采用三级循环匹配法实现定值项目精确匹配。第一级，精确遍历匹配算法。对调度定值单所有保护项目拷贝至库1，在库1中通过精确遍历算法，能将大部分符合命名规则的保护装置中的定值项目进行筛选。以RCS931a中过流保护为例，存在过流Ⅰ段，过流Ⅱ段，过流Ⅲ段保护定值，如采用关键词检索算法，区别度不高，而对于罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ来说，在调度下发的定值单中很可能存在使用英文字母“I”表示。精确算法必须保证匹配项的名称完全一致，其具体算法如图4所示。

精确遍历算法将调度定值单中每一项目与装置定值逐个比较，将无法完成的匹配项存入库2。通过实际测算，利用精确遍历算法匹配程度能达到98％。

第二级，层次关联算法主要针对库2进行。电力系统每种继电保护通常配备Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，且对于某以保护装置，其保护名称也具有特殊性。这种多层保护配置结构为定值单匹配提供了思路。库2中记录了每款项目的行号，即可以对该款项的前后两行进行判断，在进行层次关联算法匹配时，必须保证判断项前后各一项目进行综合判断，如图5所示。如出现上述过流Ⅰ段无法匹配时，通过后一行过流Ⅱ段判断。对于无法匹配的项目名称存入库3。

第三级，在库3中使用相似度算法。系统在载入保护装置型号后，调取事先生成的专家项目库，专家项目库中包含一系列该保护装置项目专有名词。相似度算法即利用保护项目与项目专家库中的字符串相似性进行判别，对存在错别字，字词倒置等情况进行最终判别，提出一种长度过滤策略。针对保护项目命名的特殊性，截取库3中项目前两个字符与后两个字符进行对比，如有匹配项则比较字符串长度并进行最终判断。使用Σ表示库3中字符串的集合，字符串s为Σ(a,b,c,d...)，|s|表示字符串s的长度。对匹配项在条件满足性上进行分级。相似度算法流程如图6所示。

通过上述三种算法，已能够将调度定值单与装置定值进行完全项目匹配，对无法成功匹配列出，提示“无此项”，可由继保人员针对性核验或在定值单中重新命名来匹配对应整定项。

继电保护定值项目繁多，可利用定值名称的结构特点进行快速核验策略。以复合电压闭锁过流保护为例，其定值名称结构特点如图7所示。

定值项目可由属性和子元素构成，属性明确表示定值项目的基本内容和外在特征，子元素包括了定值大小，时间，启动元件等，一个定值项目可包含多个属性和子元素，子元素也可包含等级更低的多个子元素，属性和多个树形结构的子元素描述一个基本的保护功能。本系统通过读取定值树状结构，实现快速自动整定。

当核验操作后弹出“检测到定值错误”的提示信息时，用户点击“查看报告”按钮可查看定值错误的名称与状态信息，并列出其序号，方便检测员查找修改。用户在修改好定值后，可再次打开软件进行核验操作。

签名部分包括签名1和签名2，分别对应定值单交接双方人员。当检测员对核验结果表示认可后，可分别点击签名1和签名2后利用鼠标左键拖动书写，在PAD上可触屏书写。在输入整定依据、区号、运行条件后，点击“存档”按键，软件在后台生成PDF文件，包含保护装置定制清单及之前输入的各类信息。用户可自定义PDF文档名称和存储路径，从而进行归档处理。

本系统将传统的定值交接流程由人工整定—现场纸质打印—人工核对—纸质存档改进为现场定值整定—定值无线传输—定制自动核对—电子签名—电子存档并上传服务器，新的定值交接及管理流程。首先，要根据调度下发的定值进行现场整定，整定完成后通过开发的无线定值传输系统将定值按照规范要求传输至计算机或Pad，然后利用研究开发的定值自动核对程序对现场定值和调度下发的定值进行自动核对，如果核对正确则保护及运行人员双方在计算机或Pad上进行电子签名交接，完成后由管理程序进行归档管理并上传服务器；如果核对错误，则保护人员应该按照提示的错误信息重新进行现场整定，并再次进行传输、自动核对，直至核对正确后完成电子签名及归档上传。根据新的定值电子化交接及管理流程，可以方便快捷的实现对定值进行交接及管理，真正实现定值单的电子化。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。