基于跨域數(shù)據(jù)的輸電線路綜合分析管控系統(tǒng)研究及應(yīng)用

陳孝明+馬琳+阮羚+李紅云+王毅+宣東海

摘要：針對衛(wèi)星遙感和氣象領(lǐng)域信息系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用，本文從跨專業(yè)領(lǐng)域信息綜合應(yīng)用角度出發(fā)，結(jié)合衛(wèi)星遙感和氣象信息、山火信息、在線監(jiān)測信息、雷電定位系統(tǒng)信息和電網(wǎng)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)等多維信息，建立跨域多維異構(gòu)信息融合模型，深入研究氣象與電網(wǎng)信息綜合分析方法及其應(yīng)用，實現(xiàn)跨域信息綜合展示、災(zāi)害預(yù)警、通道風(fēng)險管控等功能，提升衛(wèi)星遙感和氣象數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，為電網(wǎng)設(shè)備運行、維護(hù)、檢修做全方位的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：跨域數(shù)據(jù) 災(zāi)害預(yù)警 風(fēng)險管控

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0096-02

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模進(jìn)入了高速擴大階段，同時對電網(wǎng)運行的智能水平和安全穩(wěn)定提出了更高的要求，尤其是對于輸電線路密集區(qū)域的重要輸電通道風(fēng)險管控，已經(jīng)成為目前電網(wǎng)運維工作中大數(shù)據(jù)分析面臨的急需解決的技術(shù)難題[1]。另外，由于輸電設(shè)備存在地理分布廣、周邊環(huán)境復(fù)雜多樣、運維檢修工作量大，并且極易受到自然環(huán)境影響和外力破壞[2]。因此，針對當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)的迫切需要，本文建立融合氣象、衛(wèi)星遙感、地理地貌、設(shè)備管理、在線監(jiān)測、通道管控等多專業(yè)領(lǐng)域信息于一體的輸電線路綜合分析管控系統(tǒng)，實現(xiàn)跨域信息綜合展示、災(zāi)害預(yù)警、通道風(fēng)險管控等功能，實現(xiàn)對輸電設(shè)備狀態(tài)的實時和未來一段時間內(nèi)的動態(tài)掌握，提高了電網(wǎng)工作人員對于輸電通道及設(shè)備的實際管控力，為電網(wǎng)安全可靠運行提高技術(shù)保障，為電網(wǎng)運維檢修決策提供可靠依據(jù)，為智能電網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支持。

1 數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源主要包括兩類：一類是電力專業(yè)信息，主要是電網(wǎng)PMS（生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)）、輸變電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、統(tǒng)一GIS平臺、雷電定位系統(tǒng)等系統(tǒng)信息；另一類是氣象專業(yè)領(lǐng)域信息，主要是氣象局的氣象實況監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、山火數(shù)據(jù)等專業(yè)領(lǐng)域信息。

電力專業(yè)信息詳細(xì)數(shù)據(jù)主要包含以下信息：（1）生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)：輸電線路臺賬、桿塔臺賬、線路設(shè)計信息、巡檢數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)等；（2）輸變電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)：微氣象、微風(fēng)振動、舞動、覆冰、導(dǎo)線溫度、弧垂、桿塔傾斜、現(xiàn)場污穢度、風(fēng)偏、圖像等10種在線監(jiān)測數(shù)據(jù)；（3）統(tǒng)一GIS平臺：基礎(chǔ)空間地圖、輸電線路線狀圖、桿塔空間信息；（4）雷電定位系統(tǒng)：雷電時間、雷電位置、電流值、回?fù)舸螖?shù)等輸電線路雷擊監(jiān)測數(shù)據(jù)。

氣象專業(yè)領(lǐng)域信息詳細(xì)數(shù)據(jù)主要包含以下信息：（1）氣象實況監(jiān)測數(shù)據(jù)：溫度、氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和降水量等監(jiān)測數(shù)據(jù)；（2）氣象預(yù)報數(shù)據(jù)：溫度、氣壓、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和降水量等預(yù)報數(shù)據(jù)；（3）衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、海拔、地形及植被情況等輸電通道基礎(chǔ)地理信息；（4）山火數(shù)據(jù)：山火實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、山火預(yù)警數(shù)據(jù)、通道干旱指數(shù)數(shù)據(jù)等。

2 關(guān)鍵技術(shù)

跨域多維異構(gòu)數(shù)據(jù)處理包含數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)挖掘。

2.1 數(shù)據(jù)收集

第一類電力專業(yè)數(shù)據(jù)來自于電力公司信息管理系統(tǒng)中的各電力專業(yè)信息系統(tǒng)。由于生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、雷電定位系統(tǒng)和輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)都部署在信息安全Ⅲ區(qū)，數(shù)據(jù)可通過webservice方式獲取，并推送至輸電線路綜合分析管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫。

第二類氣象專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)來自于氣象行業(yè)信息系統(tǒng)。（1）Web服務(wù)方式，氣象數(shù)據(jù)通過webservice服務(wù)接入到電網(wǎng)信息安全Ⅳ區(qū)通訊服務(wù)器。（2）安全隔離裝置方式：氣象數(shù)據(jù)通過信息安全Ⅳ區(qū)和Ⅲ區(qū)部署的安全隔離裝置，將氣象數(shù)據(jù)推送至信息安全Ⅲ區(qū)服務(wù)器中，并推送至輸電線路綜合分析管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫。

電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)完全采用國家電網(wǎng)統(tǒng)一命名的對象模型[3]，即系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫中的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)遵循基于運檢CIM模型的統(tǒng)一分類編碼原則。

2.2 數(shù)據(jù)清洗

對于跨域多維異構(gòu)數(shù)據(jù)，通過使用時間序列分析、聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則分析等算法，實現(xiàn)噪聲檢測、缺失值檢測、缺失值填補等功能，確保數(shù)據(jù)的有效性、一致性與完整性。數(shù)據(jù)噪聲檢測是通過設(shè)置數(shù)據(jù)閾值范圍，將數(shù)據(jù)中的噪聲去掉，糾正不一致的數(shù)據(jù)?？刹捎脮r間序列分析中的算法設(shè)定閾值檢出噪聲，如自回歸積分滑動平均模型；也可以采用聚類算法將噪聲數(shù)據(jù)剔除，如基于密度的聚類方法；數(shù)據(jù)缺失檢測是根據(jù)缺失時間是否大于設(shè)置的閾值，制定取上次數(shù)據(jù)作為此次數(shù)據(jù)和其他類似數(shù)據(jù)作為此次數(shù)據(jù)兩種處理方式；缺失值補全是歷史經(jīng)驗處理相類似情況的數(shù)據(jù)[4]，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率和有效性，可采用插值估算法、平滑法、預(yù)測和回歸法等常見的方法來填補缺失值。

2.3 數(shù)據(jù)融合

對不同專業(yè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行統(tǒng)一的時間定義、語義定義以及柵格尺寸定義，將不同專業(yè)背景且含義不同的數(shù)據(jù)規(guī)整為相同時間概念、同一空間尺度、相同語義定義的數(shù)據(jù)[5]，應(yīng)用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相似度匹配以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行相似數(shù)據(jù)聚類，使多維異構(gòu)數(shù)據(jù)可以在同一層面相互疊加和計算。最終達(dá)到，使氣象局不同領(lǐng)域不同維度的數(shù)據(jù)均與電網(wǎng)設(shè)備空間數(shù)據(jù)無縫疊加的效果。

2.4 數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)集或者數(shù)據(jù)庫中提取有用的信息的過程，將描述相同實際物體的多種數(shù)據(jù)或知識整合成為一致、準(zhǔn)確、可解釋的過程。通過對多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)開展挖掘，對電網(wǎng)設(shè)備整體狀態(tài)進(jìn)行實時、連續(xù)、準(zhǔn)確的感知。面向數(shù)據(jù)的挖掘和分析可以采用數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，通常有分類、聚類、回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹以及關(guān)聯(lián)規(guī)則學(xué)習(xí)等算法來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以用在電網(wǎng)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃、安全評估、電力負(fù)荷預(yù)測、設(shè)備故障研判，甚至是調(diào)度選擇等方面。例如，我們將用輸電線路的在線監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)量與GIS結(jié)合，為線路故障提供進(jìn)行預(yù)報預(yù)警服務(wù)。

3 分析應(yīng)用

（1）通過衛(wèi)星遙感信息、氣象實況信息和氣象預(yù)報信息在輸電通道空間上的關(guān)聯(lián)，結(jié)合電網(wǎng)專業(yè)的分級報警規(guī)則，實現(xiàn)輸電通道雷電預(yù)警和山火預(yù)警、輸電線路的覆冰預(yù)警和舞動預(yù)警以及狀態(tài)監(jiān)測告警；

（2）結(jié)合輸電通道的地形地貌、地表植被情況、桿塔結(jié)構(gòu)信息和歷史山火信息及線路風(fēng)偏歷史監(jiān)測信息，建立輸電通道山火蔓延分析模型和線路導(dǎo)線及絕緣子串風(fēng)偏分析模型，實現(xiàn)山火蔓延分析和線路風(fēng)偏分析功能；

（3）以國家電網(wǎng)公司《重要輸電通道風(fēng)險評估工作方案》為指導(dǎo)，結(jié)合輸電通道防山火、防冰害、防舞動、防風(fēng)害、防地質(zhì)災(zāi)害、防污閃、防雷擊、防機械外破、防樹線放電、防異物外破、防鳥害等11類風(fēng)險因子的風(fēng)險技術(shù)要素排查數(shù)據(jù)匯總信息，針對輸電線路歷史跳閘故障信息和歷史氣象信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，應(yīng)用DS證據(jù)理論對排查結(jié)果進(jìn)行校核，建立基于DS證據(jù)理論的風(fēng)險評估模型，實現(xiàn)重要輸電通道的風(fēng)險管控。

4 系統(tǒng)功能

“輸電線路綜合分析管控系統(tǒng)”主要功能包含跨域信息綜合展示、輸電通道災(zāi)害預(yù)警、輸電通道風(fēng)險管控等功能平臺[6]，主要作用是協(xié)助電網(wǎng)工作人員對于輸電通道風(fēng)險的管控，為電網(wǎng)安全可靠運行提供決策支持信息。如圖1所示。

4.1 輸電通道災(zāi)害預(yù)警

系統(tǒng)在2016年9月9日早7點給出了雷電一級預(yù)警，張恩一回和二回的桿塔205號至258號輸電通道區(qū)段，預(yù)計在未來12小時內(nèi)，將有可能發(fā)生輸電線路雷擊事件。如圖2所示。經(jīng)過電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)驗證，2016年9月9日晚間10點左右在張恩一回和二回的桿塔225號附近發(fā)生雷擊事件。

4.2 通道風(fēng)險管控

系統(tǒng)在2016年5月25日對復(fù)奉錦蘇輸電通道開展了通道風(fēng)險評估工作，不僅給出了通道風(fēng)險評估結(jié)果，即對復(fù)奉錦蘇通道的風(fēng)險狀態(tài)實現(xiàn)了真實全面管控，并針對每個災(zāi)害風(fēng)險給出了詳細(xì)具體的處理建議。如圖3所示。

5 結(jié)語

本文完成了基于跨域數(shù)據(jù)的輸電線路綜合分析管控系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)了基于氣象專業(yè)信息與電網(wǎng)信息的跨域綜合展示、災(zāi)害預(yù)警、通道風(fēng)險管控等功能，為氣象專業(yè)與電網(wǎng)跨域綜合應(yīng)用分析提供了有力的驗證案例，也為輸電通道運維檢修工作提供可靠的決策依據(jù)。

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收稿日期：2016-09-12

作者簡介：陳孝明（1984—），男，湖北武漢人，博士，工程師，主要研究方向為設(shè)備狀態(tài)管理及電力信息化；馬琳（1984—），男，山東棗莊人，碩士，工

程師，主要研究方向為輸電設(shè)備狀態(tài)信息融合、風(fēng)險評估；阮羚（1961—），男，湖北武漢人，碩士，教授級高級工程師，主要研究方向為

電力設(shè)備狀態(tài)評價及分析；李紅云（1976—），男，北京人，碩士，高級工程師，主要研究方向為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)評價及故障診斷；王

毅（1980—），男，北京人，碩士，高級工程師，主要研究方向為設(shè)備狀態(tài)信息融合、信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、電力大數(shù)據(jù)分析；宣東海（1981

—），男，北京人，博士，工程師，主要研究方向為電力設(shè)備狀態(tài)信息應(yīng)用、電網(wǎng)動態(tài)增容。