基于熵度量法的110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)

陳炎標(biāo)

（廣東順德電力設(shè)計(jì)院有限公司）

0 引言

輸電線路主要是由鋼材料、水泥材料、導(dǎo)線材料、避雷線材料、絕緣子材料、金具材料、塔桿材料等組成［1］。在輸電線路工程施工過程中，需要計(jì)算出線路距離、均布載荷等參數(shù)，并對(duì)桿塔進(jìn)行施工處理，保證輸電線路整體穩(wěn)定性［2］。110kV的輸電線路是指進(jìn)入線路的電壓等級(jí)，可以在變電站中，將110kV的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹械碗妷海龠M(jìn)行傳輸，保證電壓的穩(wěn)定傳輸。隨著電力使用次數(shù)增加，輸電線路工程的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加，影響了電力市場(chǎng)發(fā)展前景［3］。因此，本文利用熵度量法，設(shè)計(jì)了110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，旨在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行高效管理，為輸電線路工程的施工安全提供保障。

1 110k V輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 TX9數(shù)據(jù)采集器

本文選用的TX9數(shù)據(jù)采集器中，支持MODBUS、JSON、HEX16進(jìn)制多種協(xié)議，可以支持輸電線路工程中風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)的單點(diǎn)采集與原始數(shù)值采集［4］。采集到的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)能夠直接發(fā)送到系統(tǒng)中，在系統(tǒng)終端直接查看風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警或處理。TX9數(shù)據(jù)采集器的參數(shù)如表1所示。

表1 TX9數(shù)據(jù)采集器參數(shù)

（續(xù)）

如表1所示，本文選取的TX9數(shù)據(jù)采集器尺寸較為小巧，接口處采用過流過壓保護(hù)措施［5］。在數(shù)據(jù)采集完成之后，通過內(nèi)部邏輯單元，主動(dòng)判定數(shù)據(jù)的正常異常情況，并將異常數(shù)據(jù)做出標(biāo)記，上傳至系統(tǒng)中，為管理系統(tǒng)提供便捷使用條件。

1.2 DIP-28存儲(chǔ)器

本文設(shè)計(jì)的DIP-28存儲(chǔ)器容量分為4G、8G、16G三種，可以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)量的多少而調(diào)節(jié)。時(shí)序?yàn)?7-17-17、19-19-19、16-18-18等，供電電壓為1.2V／1.35V［6］。在存儲(chǔ)器運(yùn)行過程中，具有較高的性價(jià)比，運(yùn)行頻率為2666MHz。并利用DDR4技術(shù)，使存儲(chǔ)器的工作電壓降低到1.2V左右，減少存儲(chǔ)工作產(chǎn)生的熱能，進(jìn)而保證存儲(chǔ)器的安全使用。DIP-28存儲(chǔ)器的控制電路如圖1所示。

圖1 存儲(chǔ)器控制電路

如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的DIP-28存儲(chǔ)器中，總線控制模塊與存儲(chǔ)器之間存在Load線、Fues_blowb線、Fuse_date線、Fuse_ml線、Fuse_sc線等連接線，總線控制模塊與接口電路之間存在Xik線、Xoin線連接。Load線主要是將系統(tǒng)采集到的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行地址讀［7］取；Fues_blowb線主要是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)；Fuse_date線主要是暫存風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)；Fuse_ml線主要是總線控制的復(fù)位線路；Fuse_sc線主要是風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；Xik線為時(shí)鐘信號(hào)；Xoin線為復(fù)位信號(hào)。存儲(chǔ)器控制電路主要是通過DATA線連接到系統(tǒng)中，可以保證系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效果。

2 110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)軟件整體架構(gòu)

本文構(gòu)建的系統(tǒng)軟件架構(gòu)，是針對(duì)輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值與安全性，并進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)范設(shè)計(jì)。本文主要針對(duì)110kV輸電線路，構(gòu)建系統(tǒng)軟件架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件整體架構(gòu)圖

如圖2所示，本文構(gòu)建的系統(tǒng)軟件架構(gòu)中，存在決策管理層、工程操作管理層兩方面，兩個(gè)層面均由風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)直接管理，保證風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)的靈活使用效果。在集成工具方面，風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)可以從客戶端，直接反映到管理部門，并通過風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)中心直接管理；工程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)同樣可以從客戶端，直接反映到管理部門，通過風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心管理［8］。在工作操作管理層中，本文將其分為兩個(gè)客戶端，分別管理風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)維護(hù)與施工業(yè)務(wù)等其他數(shù)據(jù)，并由基礎(chǔ)施工數(shù)據(jù)中心直接管理。

2.2 基于熵度量法設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別算法

本文在系統(tǒng)軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用熵度量法，設(shè)計(jì)出輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別算法。本文將熵的概念應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中，利用熵的延伸與拓展，推出熵度量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別算法。本文將輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)的基本信息熵設(shè)定為X，利用其非負(fù)性、極值性、條件熵等特性，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別。公式如下：

式中，K（X）為非負(fù)風(fēng)險(xiǎn)信息熵；x1、x2、xn分別為X的基本數(shù)學(xué)特征；X（1／n）為風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)被消除的量；n為常數(shù)；a、b為X的極值數(shù)據(jù)；K（a，b）為風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)在概率分布時(shí)的最大熵值；X（a／b）為X極值數(shù)據(jù)的條件熵；K（a／b）為風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)在概率分布時(shí)的條件熵值。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)的非負(fù)性、極值性、條件熵等特性，對(duì)輸電線路工程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行度量識(shí)別。公式如下：

式中，Y為輸電線路工程的風(fēng)險(xiǎn)度量指數(shù)；δ為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系數(shù)；d為該管理模式下的利潤(rùn)風(fēng)險(xiǎn)；F［K（X）］為工程風(fēng)險(xiǎn)的概率分布函數(shù)。當(dāng)Y＞0時(shí)，工程施工風(fēng)險(xiǎn)較大；當(dāng)Y≤0時(shí)，工程施工風(fēng)險(xiǎn)較小，風(fēng)險(xiǎn)管理效果較佳。

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否具有實(shí)用價(jià)值，本文對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。在調(diào)試好系統(tǒng)的硬件與軟件之后，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行的條件下，將110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的性能，與本文設(shè)計(jì)的基于熵度量法的110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。具體測(cè)試過程及測(cè)試結(jié)果如下所示。

3.1 測(cè)試過程

在進(jìn)行測(cè)試之前，本文對(duì)TX9數(shù)據(jù)采集器與DIP-28存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試。將兩個(gè)硬件按照說明書安裝完畢之后，測(cè)試出TX9數(shù)據(jù)采集器的電源電壓在10VDC左右，運(yùn)行一段時(shí)間之后，電源電壓在20VDC左右，可以保證該硬件的正常運(yùn)行。隨后，測(cè)試出DIP-28存儲(chǔ)器的工作電壓約1.2V左右，工作一段時(shí)間之后，電壓仍保持在1.2V，可以保證該硬件的正常運(yùn)行。硬件調(diào)試完畢之后，將軟件的語言設(shè)定為Java，并將硬件與軟件相連接，系統(tǒng)出現(xiàn)如圖3所示的登錄界面。

圖3 系統(tǒng)登錄界面

如圖3所示，輸入用戶名與密碼之后，點(diǎn)擊登錄即可進(jìn)入系統(tǒng)中。并根據(jù)110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際情況，點(diǎn)擊輸電線路缺陷風(fēng)險(xiǎn)登記，如圖4所示。

如圖4所示，點(diǎn)擊缺陷風(fēng)險(xiǎn)登記頁(yè)面之后，對(duì)于線路缺陷部位、發(fā)現(xiàn)人、負(fù)責(zé)人、登記時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)部件、缺陷性質(zhì)等信息，更有利于管理輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 新增輸電線路缺陷風(fēng)險(xiǎn)登記頁(yè)面

3.2 測(cè)試結(jié)果

在上述測(cè)試條件下，本文隨機(jī)選取出1000～6000byte風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)量，并將傳統(tǒng)110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，與本文設(shè)計(jì)的基于熵度量法的110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 測(cè)試結(jié)果

如表2所示，本文隨機(jī)選取的1000～6000byte風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)量，風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性，可以保證測(cè)試的準(zhǔn)確性。在其他條件均一致的情況下，傳統(tǒng)110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，并且會(huì)隨著風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)量的增加而延長(zhǎng)。也就是說，傳統(tǒng)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)量較多時(shí)、同時(shí)登錄人數(shù)較多時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，影響輸電線路風(fēng)險(xiǎn)管理效果，亟待改進(jìn)。而本文設(shè)計(jì)的基于熵度量法的110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，均在0.05ms左右。并且，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不會(huì)隨著數(shù)據(jù)量的增加而延長(zhǎng)，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到5000byte及以上時(shí)，響應(yīng)時(shí)間固定在0.05ms，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，對(duì)于輸電線路工程的風(fēng)險(xiǎn)管理具有重要作用，符合本文研究目的。

4 結(jié)束語

近些年來，電力行業(yè)發(fā)展較為迅速，輸電線路工程的風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)增加，為電力市場(chǎng)的發(fā)展帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為此，本文設(shè)計(jì)了基于熵度量法的110kV輸電線路工程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)出系統(tǒng)硬件與軟件之后，通過系統(tǒng)測(cè)試的方式，得出該系統(tǒng)的管理效果更佳的結(jié)論。通過以上研究，旨在為電力行業(yè)的發(fā)展提供方向。