摘 要

随着智能电网的引进和高速的发展，电网公司优化和改变了电网监测和检修过程，使其高效智能化，倡导无纸化，追踪电力巡检过程。 电力系统的正常运行关系到国计民生，变电站的任何故障都可能会对社会产生重大影响，使得变电站的检查是智能电网不可或缺的一部分。 但传统的变电站检修系统存在效率低，整体上管理成本很高，操作中人为影响因素多，数据存储不规范等缺点，不能解决电网目前和未来即将面临的问题。

本文先就项目背景和意义进行介绍，然后对智能化巡检系统所用的关键技术进行描述，描述智能巡检系统中模块化的运行流程，随后主要对项目的设计实现过程做主要的介绍。根据变电站的设备运行整体情况，对变电站的巡检过程进行详细的需求分析，开发一款对接原系统的智能巡检系统，系统运用了无线WiFi传送技术、蓝牙控制、以及Android和Web Service技术，实现了前后端数据的交互、后台任务分配、前端任务处理、数据回传等等。整个需求分析过程采用了面向对象的建模方法和UML建模，完成了智能安全帽、蓝牙开锁、全面巡视、带电检测、运维和倒闸操作等模块。

关键词：变电站：模块化：智能巡检：Android

Abstract

With the introduction of smart grids and high-speed development, grid companies have optimized and changed the process of grid monitoring and maintenance, making them highly efficient and intelligent, advocating paperless, and tracking the power inspection process. The normal operation of the power system is related to the national economy and the people's livelihood. Any failure of the substation may have a major impact on the society, making the inspection of substations an integral part of the smart grid. However, the traditional substation overhaul system has the disadvantages of low efficiency, high overall management costs, many man-made influencing factors in operation, and non-standard data storage, which cannot solve the current and future problems facing the grid.

This article first introduces the background and significance of the project, then describes the key technologies used in the intelligent inspection system, describes the modularized operational flow in the intelligent inspection system, and then mainly introduces the design and implementation process of the project. According to the overall situation of substation equipment operations, a detailed analysis of the substation's inspection process was conducted to develop an intelligent inspection system for docking the original system. The system uses wireless WiFi transmission technology, Bluetooth control, and Android and Web Service technologies. Implements front-end and back-end data interaction, background task allocation, front-end task processing, data backhaul, and so on. The entire requirement analysis process uses object-oriented modeling methods and UML modeling to complete the intelligent helmet, Bluetooth unlock, full inspection, live detection, operation and maintenance and switching operation modules.

Key Words： Substation: Modular: Smart Inspection: Android

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 变电站智能巡检系统概述 2

1.4 论文主要研究内容 2

1.5 论文结构安排 2

第二章 相关技术介绍 4

2.1 Android介绍 4

2.2技术框架 4

第三章 系统需求分析 5

3.1 需求分析 5

3.1.1功能需求 5

3.1.2非功能需求 6

3.2 系统概要设计 6

3.2.1需求规定 6

3.2.2基本设计概念 7

3.2.3系统结构 7

第四章 系统设计 9

4.1 系统设计原则 9

4.1.1开闭原则(OCP) 9

4.1.2依赖倒置原则(DIP) 9

4.1.3 接口隔离原则（ISP） 9

4.1.3 合成/聚合复用原则（CARP） 9

4.1.4迪米特法则（LoD） 9

4.1.5里氏替换原则（LSP） 10

4.2系统架构设计 10

4.2.1接口文档 10

4.3系统模块设计 10

4.3.1模块划分的好处 10

4.3.2模块划分的方法 11

4.3.3模块基本设计 11

4.4数据库设计 12

第五章 系统实现与测试 16

5.1实现架构 16

5.1.1引入GreenDao框架 16

5.1.2.引入Okhttp3 Jar包 17

5.1.3.引入数据格式jar包 18

5.2系统模块实现 18

5.2.1全面巡视 19

5.2.2带电检测 22

5.2.3运维 23

5.2.4倒闸操作 23

5.2.5 帮助模块 24

5.3测试 28

第六章 总结和展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

为使电网可以安全稳定的运行，需要变电站巡检操作人员要进行变电站电气设施的定期检查，将其运行状态和参数记载备份，作为往后设备维护的参考依据，对已发现存在安全隐患和出现故障的设施上报以待检修。该移动app测试是在江西省电网直辖的500KV锦江变电站为实际测试单位进行的，现场的全面巡视一个月两次，人工记录变电站设施各方面的参数，由于巡检的设施和参数过多，而且巡视人员需要在纸质巡视作业卡上花费大量的时间进行记录，存在很多的数据记录不规范和漏写错写等。

在电网公司所有范围内，已经进行了大量的状态检修，经过对前沿的智能产品和新开发的若干智能技术的使用和推行，推进智能化全方位的监控技术的更加成熟，做到过程无纸化、痕迹化，进而改进了对智能变电站人和设施更加完善的管理。

所以为了改变电力操作人员人数较少、提高工作人员的巡视工作效率、改善那些偏僻山区变电站巡视不便的现状和难题，使用前沿的计算机技术来全面提高变电站智能巡检效率变得迫在眉睫。

1.2 国内外研究现状

近年来，伴随着各种智能技术在各领域的推广和使用，变电站已经有了无人值班的新模式，这也意味着整体上对变电站设施的定期检查的要求也有提高。在以前的人工检查时，检查人员需要对变电站内的电气设施进行定期检查，并记录其工作状态和参数，用作于未来的机器维护，才能确保变电站更加稳定，安全，高效的进行工作。

在之前，美国十几年来一直在钻研智能电网。这几年来，各大研究中心进行了一系列的理论上的研究。比如美国在 2008年启动了一个智能电网城市，这也是美国历史上的第一例。它制作了很多的战略，比如将先进的远程监控视频技术引入主干网络的变电站科学研究；深入研究智能家居方案；配电网络进行高速和双向的通信方法；积极改善大型存储能源设施的建设方案；输电网络访问接口的研究等。

欧洲和美国的重点不一样，其将精力专注于建设成更低成本，强交互，高效率的智能电网。此外，欧洲国家强调环境生态方面的保护，主要是其对生态环境系统的影响。其建设的重点真正体现了其研究战略。如推广通信技术和应用信息在建设方面的使用，加强基础设施建设应用和研究，着重于研究更加经济高效的运营方法等。

中国在智能变电站方面的研究比美国和欧洲落后。近年来，中国不仅在实践研究上取得了一定的成果，在理论上同样也硕果累累，因为理论是指导实践的。在过去的十年中，中国组织了六次大型实践活动来加强互操作性研究。各省市的电力公司进行了无数的实践，证实了IEC 61850标准的适用性和准确性。同时，各省市电力公司对实际调研做出了贡献并颁布了一系列标准。 

十年前，电网公司提出要建立“强势智能电网”^[1][2]的发展规划。国家智能电网的建设致力于实现互动，自动化，收集信息和情报，逐步完成智能电网的建设，到2020年要完成“强势智能电网”的目标。变电站是智能电网发展的重点，也是电网建设的基础环节。要增强实践经验，敢于将理论创新和实际实践相结合，同时更重要的是摸索阶段的理论上的研究。只有如此，国家的输电网络建设才能快速发展和成熟，从摸索的初级阶段迅速进入大面积基本实用的阶段。 

最近几年来，随着前沿智能技术的高速发展，科研机构和制造商加大了力度对智能化变电站创新的研究。在国家电网公司的全力号召下，各电力公司进行了各种不同的模式实验，很多的项目在实践方面取得了极其丰厚的成果。

目前我国对智能变电站系统的建设还处在初始探索阶段。电网公司采用的措施是重修旧站或建设新站，传统意义上的变电站的改革也只取得了部分的效果。依靠IEC61850标准^[3]的几个规则，将不同等级的传统变电站变成智能变电站的标准并不相同，尽管它们仍然是相同的。

目前采取的三种方式：

（1）绝大多数变电站都是以人工巡检为主，记载机器的种种参数和工作状态等;

（2）少数采用PDA的检测模式[^4];

（3）极少数量的变电站采取了人工检查与电子监控技术相结合，以防止数据疏漏和提高变电站检测效率。

就上述的分析，我国目前还没有能够全面实施变电站的全面智能化检测。

1.3 变电站智能巡检系统概述

变电站智能巡检系统是为江西省电网电力研究院做的一个项目，该系统用于变电站的巡检过程中使用，是操作过程达到无纸化、痕迹化的要求。

变电站智能巡检系统包括了变电站的全面巡视、专业巡视等巡检任务，完成倒闸操作、带电检修、运维等变电站常规检修操作和变电站的知识中心。

1.4 论文主要研究内容

变电站智能巡检系统主要是要完成变电站的全面巡视巡检任务，完成倒闸操作、带电检修、运维、知识中心等模块，具体工作如下：

1.各模块的需求分析，根据需求建模，画用例图，时序图，类图等。

2.各个模块的数据库设计和代码编写。

3.单元测试，系统测试和集成测试。

1.5 论文结构安排

本文共分6章，各章的大致内容如下：

第一章 绪论。主要是分析项目课题在当前的国内和国外研究的现况以及所存在的问题，介绍项目的目标和意义。

第二章 使用技术介绍。由于该系统项目主要是实践性的操作，所以有必要先对使用的技术知识进行一个简要的概述。

第三章 系统需求分析。与用户沟通提取需求，撰写需求规格说明书，根据需求建模，画用例图，流程图，时序图，类图等。

第四章 系统设计。这章是主要部分，分别介绍了变电站智能巡检系统的设计，架构的选择和搭建。

第五章 系统代码实现和系统测试。对各模块进行编码实现，同时也完成各模块的单元测试，最后再进行集成测试和系统测试。

第六章 总结与展望。主要是总结了之前所完成的工作内容，对以后可以改进和优化的地方规划。

第二章 相关技术介绍

2.1 Android介绍

安卓体系架构总体上有四层架构，Linux内核层是基于Linux的内核，例如android4.0是基于Linux2.6内核的，并且对Linux内核增强了一些特有的功能，这一层为安卓的各种硬件产品提供了各种底层的驱动，比如显示驱动、电池管理、音频驱动、无线驱动等^[5]。

系统运行时库使用一些C 或C 库为底层的安卓系统提供全面的功能支持，主要提供了一些核心库，它允许程序员使用Java编程语言来编写安卓程序，系统运行库层还包括虚拟机，这样就可以让程序在单独的进程中拥有自己的单独实例，Dalvik针对手机有限的CPU计算性能和手机有限的内存进行了优化，实现了进程间的隔离、垃圾内存回收、系统异常和系统安全的管理等。

应用层：例如从应用商城上下的小游戏、安卓系统自带的像相机和闹钟等应用程序都是安装在应用层。

应用程序框架层：该层主要是一系列底层类库，安卓系统上的核心程序是使用这些接口api来完成的，编程人员也可以使用这些架包来编写自己的程序。

准备必要的工具：

1. 安卓SDK。 安卓SDK是可以免费使用的，我们可以使用这个工具包来编写安卓的程序了。

2. JDK。 JDK是一个java编程语言的软件开发工具，是Java语言开发前提，包含了java虚拟机和系统类库。

3. Android Studio。它是由谷歌公司推出的官方软件开发环境工具^[6]。

2.2技术框架

本系统是选用java编程语言实现的.，后台数据库是Mysql，移动端的数据库框架采用的是GreenDao，而前后端的交互式使用okhttp3框架，数据的交互格式是采用json的格式，方便前后端协调解析，编码使用的环境是Android Studio开发工具，采用真机调试的方式加快调试的运行效率。

第三章 系统需求分析

3.1 需求分析

需求分析主要从功能需求、非功能需求和其他需求中进行。

3.1.1功能需求

变电站智能巡检系统需要实现的功能为：

用户的登录时，登录完成之后会自动从后台进行获取所有的任务列表；2.进行全面巡视任务的巡检数据录入，发现异常时提交异常的功能；3.带电检测巡检任务的数据录入，生成带电检测的检测报告的功能；4.进行倒闸操作巡检任务的操作票加载，操作时记录操作流程是否完成和相关数据的功能；5.在整个巡检过程中为巡检人员提供操作指南等功能。

图2.1Android端用户用例图

图2.2后台用户用例图

图2.3 系统流程图

3.1.2非功能需求

安全性需求：移动端要求使用用户进行密码登录，用户只有在登录用户名及密码才能进入应用，进行其他的操作。同时用户的密码传输和存储都是以MD5非对称加密算法的形式进行的。

可拓展性：为了适应系统应用将来功能的扩展，设计的系统要求能够体现扩展性，也就是开放封闭原则。

3.2 系统概要设计

3.2.1需求规定

本系统是只面对电网变电站的工作人员，所以其需求分析对象只有一个。经分析，系统需要实现满足用户在巡检作业过程中的操作指南，数据的录入，缺陷的上报，数据上传，报表生成和打印的功能。从模块化的角度分析，需要完成全面巡视、带电检测、倒闸操作、运维、知识中心五个模块的功能，这五个模块是按照巡检业务上的操作业务类型进行分类的。

全面巡视功能是在巡视过程中使用的功能，主要涉及到数据录入，缺陷上报等需求。带电检测则是在使用变电站的一些检测工具检测变电站的若干设施的运行情况，需要记录检测结果的数据的功能模块。在进行倒闸操作之前，移动端需要先生成操作票据，并且用户需要依据操作票据来执行操作。运维包含了定期轮换和日常运维，日常运维有18种运维项目而定期轮换运维有5种运维项目，每一种项目中都有特定的步骤操作规定，需要填写执行情况或录入数据即可。知识帮助中心需要提供检索的功能和巡检作业操作帮助的功能。

3.2.2基本设计概念

该软件设计的系统是根据实际需求所开发的一个实用、方便的基于 安卓操作系统的变电站智能巡检系统，考虑到用户的实际需求，在系统的设计过程中遵循实用性原则、可扩展性原则、可行性原则、人性化原则以及注重实用性原则。

本应用的基本设计是依托移动终端，以使用安卓系统为载体，开发一个专为变电站在巡检过程中的作业使用的移动端应用，从而实现应用的“全面巡视”、“带电检测”、“倒闸操作”、“运维”等应用功能，让作业人员在巡检过程变得高效无误和痕迹化。

3.2.3系统结构

根据需求说明中的规定，对应的程序和模块实现如下表：

移动端界面说明：

登录界面：使用用户名密码登录，跳转到主界面。

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