冀北智能運維管控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

◆趙 盟 王 馨 鄭一博 許 鵬

冀北智能運維管控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

◆趙 盟2王 馨1鄭一博1許 鵬2

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學研究院華北電力科學研究院有限責任公司 北京 100045；2.國網(wǎng)冀北電力有限公司 北京 100053）

系統(tǒng)按需求集成多個業(yè)務系統(tǒng)，將設(shè)備基礎(chǔ)臺賬、空間信息、運行信息、風險預警、狀態(tài)監(jiān)測告警和公網(wǎng)氣象預警等信息整合在一起，實現(xiàn)設(shè)備風險的評估、發(fā)布、預防和跟蹤；利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對設(shè)備缺陷進行深度挖掘，從不同維度分析出設(shè)備缺陷與生產(chǎn)廠家、設(shè)備缺陷與地理位置、設(shè)備缺陷與運維管理水平之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成多層次全方位的電網(wǎng)管控體系，為公司領(lǐng)導提供全局概況；為生產(chǎn)管理部門提供輔助決策和智能化管理平臺。

業(yè)務集成；大數(shù)據(jù)分析；全局概況；智能化

0 引言

隨著國網(wǎng)信息化建設(shè)的推進，一大批基礎(chǔ)平臺和業(yè)務系統(tǒng)上線運行，大幅提升了電網(wǎng)設(shè)備的運維管理水平，同時也積累了海量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和歷史記錄，為下一代智能系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。但由于各業(yè)務信息系統(tǒng)繁多、分工精細，運維人員需要訪問不同的業(yè)務系統(tǒng)，來回切換，很容易迷失在對業(yè)務系統(tǒng)中的操作中，難以對整個電網(wǎng)的運行情況有一個總體的認識。

智能運維管控系統(tǒng)的研究開發(fā)，為解決上述問題提供了一種新的解決方法和途徑。智能運維管控系統(tǒng)以電網(wǎng)GIS平臺、PMS2.0為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將多源、多業(yè)務信息數(shù)據(jù)融合在一起，開展基于數(shù)據(jù)的圖形展示與分析研究，實現(xiàn)了跨業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)了多緯度、多業(yè)務全局分析的功能，避免了多系統(tǒng)切換查看數(shù)據(jù)的尷尬，使運維檢修管理工作更為全面和智能；同時系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)的圖形展示和分析手段，以地理信息、各類圖表將統(tǒng)計分析結(jié)果表達出來，更易看出變化趨勢，發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律，并且直觀明了，使分析結(jié)果更加具有說服力。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1多元信息融合技術(shù)

運用包含企業(yè)服務總線ESB[1,2,3]、智能電網(wǎng)AC2總線[4]等在內(nèi)的多元信息融合方案，在包括設(shè)備靜態(tài)臺賬信息、動態(tài)監(jiān)測信息、現(xiàn)場視頻信息、基礎(chǔ)地理信息、機器人無人機巡檢信息、電網(wǎng)資源地理信息等數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)與雷電定位系統(tǒng)、D5000調(diào)度系統(tǒng)[5]、智能變電站、電能質(zhì)量、配電搶修等多種新建、在建信息系統(tǒng)的信息集成，形成豐富和較為完備的信息資源庫，將多維度、多種類、多結(jié)構(gòu)、多媒體信息進行融合，綜合處理，綜合評價，從而全面掌控生產(chǎn)管理和電網(wǎng)運行狀態(tài)。

1.2遠程診斷技術(shù)

系統(tǒng)充分利用多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)，電網(wǎng)空間分析與展示技術(shù)，通過對不良工況等相關(guān)信息的接入，擴展對設(shè)備缺陷的診斷維度和設(shè)備覆蓋范圍，完善設(shè)備狀態(tài)評價方法，運用故障模式分析、故障樹分析等方法建立專家知識庫，運用基于可信度的序慣推理及案例推理，充分考慮相關(guān)事件的影響，實現(xiàn)基于完備基礎(chǔ)信息接入的輸變電設(shè)備狀態(tài)診斷，從而提高檢修決策的針對性，實現(xiàn)設(shè)備全壽命周期的狀態(tài)實時評估。

1.3設(shè)備智能診斷技術(shù)

基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，開展智能診斷分析研究，建立基于設(shè)備臺賬運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、技術(shù)監(jiān)督信息、氣象、負荷等數(shù)據(jù)信息的設(shè)備智能診斷分析方法，預測故障發(fā)生和發(fā)展的可能，展示設(shè)備可靠性參數(shù)隨運行年限、氣候環(huán)境、異常工況、負載狀態(tài)等相關(guān)因素的變化關(guān)系，實現(xiàn)對輸變電設(shè)備輸電網(wǎng)優(yōu)化運行、風險監(jiān)控與維護決策的有效支撐。

2 數(shù)據(jù)來源

智能運維管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型有設(shè)備圖形、設(shè)備臺賬、運行狀態(tài)、雷電數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、360度全景照片、智能巡檢數(shù)據(jù)、專題圖數(shù)據(jù)、故障跳閘、輸電重要通道、交叉跨越等。每類數(shù)據(jù)都有各自的來源,電網(wǎng)GIS平臺提供設(shè)備圖形和專題圖數(shù)據(jù)；PMS2.0提供設(shè)備臺賬、運行管理信息；狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供設(shè)備運行狀態(tài)信息；調(diào)度系統(tǒng)D5000提供雷電和故障跳閘記錄；氣象數(shù)據(jù)從公網(wǎng)接入；360度全景照片來自無人機近距離對線路和變電站的拍照；智能巡檢數(shù)據(jù)來自直升機、無人機、機器人巡檢記錄；專題圖數(shù)據(jù)則是電網(wǎng)公司每年制作的污區(qū)圖、風區(qū)圖、雷害圖、冰區(qū)圖等。上述信息在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中心[6]和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行匯聚，詳情如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源

3 總體設(shè)計

3.1應用平臺

智能運維管控系統(tǒng)的應用平臺有ArcGIS API for Flex[7]和Oracle 11g，前者用于前端界面的開發(fā)，實現(xiàn)在地圖上疊加電網(wǎng)資源、繪制設(shè)備符號、標注相關(guān)信息，進行空間計算和數(shù)據(jù)可視化分析；后者用來存儲狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、公網(wǎng)氣象、巡檢機器人和無人機定時和實時傳送過來的數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)配置等數(shù)據(jù)。

3.2架構(gòu)設(shè)計

智能運維管控系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備空間圖形、基礎(chǔ)臺賬和業(yè)務數(shù)據(jù)的集成，通過空間數(shù)據(jù)和業(yè)務信息數(shù)據(jù)的融合、分析計算，最終實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)和業(yè)務信息的可視化綜合展示。系統(tǒng)總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)訪問層、應用服務層、表現(xiàn)層[8]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲層以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，對接入的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、公網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)、雷電數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置信息，包括圖形、屬性，通過數(shù)據(jù)層進行統(tǒng)一存儲管理。數(shù)據(jù)存儲層進行數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析存儲系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，包括圖形數(shù)據(jù)、智能巡檢數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，還有用戶、權(quán)限、配置等數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層提供訪問數(shù)據(jù)的接口，業(yè)務邏輯層通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口對存儲在數(shù)據(jù)庫和文件中的圖形數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓撲數(shù)據(jù)和臺賬數(shù)據(jù)進行查詢訪問；數(shù)據(jù)訪問層同時提供數(shù)據(jù)接入服務，用于訪問其他業(yè)務系統(tǒng)以服務方式對外發(fā)布的數(shù)據(jù)，完成對在線監(jiān)測系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)、氣象服務器數(shù)據(jù)的訪問和存儲入庫工作。

（3）應用服務層

應用服務層提供各類數(shù)據(jù)信息展現(xiàn)和查詢分析服務，主要包含電網(wǎng)圖形服務、屬性信息服務、風險預警服務、其它信息服務四大類，每大類服務又包含不同的信息服務，這些服務通過封裝不同的業(yè)務邏輯組件實現(xiàn)，另外還可以通過企業(yè)服務總線調(diào)用其他業(yè)務服務接口來實現(xiàn)部分功能。這些服務可以被表現(xiàn)層各類應用調(diào)用。

（4）表現(xiàn)層

表現(xiàn)層通過調(diào)用應用服務，實現(xiàn)前端業(yè)務功能，供用戶交互操作。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，主要用來訪問電網(wǎng)GIS平臺、數(shù)據(jù)中心，通過使用富互聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)，形象直觀的提供電網(wǎng)圖形瀏覽、業(yè)務信息展示、綜合告警管理、統(tǒng)計分析和圖表綜合展示功能；此外可以直接查看電網(wǎng)圖形關(guān)聯(lián)的設(shè)備臺賬信息和其他相關(guān)信息，實現(xiàn)圖數(shù)互查等交互界面相對簡單的應用場景。

4 功能設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)作為PMS2.0的高級應用，按照業(yè)務需求，設(shè)計了圖形管理、信息統(tǒng)計、通道管理、智能巡檢、在線監(jiān)測、特殊區(qū)域、雷電管理、360全景掃描、故障測距、氣象展示、運維檢修、風險預警、缺陷分析、狀態(tài)分析、技術(shù)監(jiān)督、多源數(shù)據(jù)可視化等大功能模塊，其中后六個模塊為系統(tǒng)高級應用功能。每一個功能模塊由若干小模塊和功能點組成，共同完成同一業(yè)務所涉及的功能。

由于功能模塊多不能一一介紹，下面以在線監(jiān)測和風險預警模塊為例，介紹系統(tǒng)功能設(shè)計和實現(xiàn)情況。

4.1在線監(jiān)測

在線監(jiān)測包括輸電在線監(jiān)測和變電在線監(jiān)測兩大類。模塊提供總覽和分項設(shè)備信息展示窗口?？傆[頁面提供監(jiān)測裝置運行情況統(tǒng)計、運行年限統(tǒng)計、生產(chǎn)廠家統(tǒng)計、資產(chǎn)歸屬統(tǒng)計等功能；分項設(shè)備信息展示窗口提供裝置地理分布圖、導航樹、簡要統(tǒng)計面板、詳細信息展示以及歷史數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計功能。地理分布圖上形象展示分項監(jiān)測設(shè)備裝置地理分布情況；導航樹提供監(jiān)測設(shè)備在輸電線路、變電站下的安裝情況；簡要統(tǒng)計面板統(tǒng)計該類監(jiān)測設(shè)備的總量及各地市安裝量；詳細信息展示面板提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、各類統(tǒng)計曲線，繪制日平均值的月度/年度曲線、日最大值的月度/年度曲線，展示一段歷史時間內(nèi)的最大值、最小值、平均值等。

借助上述功能點的操作，運維檢修員可以全面掌握輸電線路、變電站內(nèi)監(jiān)測點分布情況，當前運行情況，查看監(jiān)測點的當前測量值和變化趨勢。

4.2風險預警

風險預警是系統(tǒng)的核心功能，包括輸電設(shè)備風險預警、變電設(shè)備風險預警、環(huán)境監(jiān)測預警、在線監(jiān)測告警、公網(wǎng)氣象預警和火山預警6個高級功能。每個功能背后建立了相應的知識庫及閥值條件，以及配合這些條件自行處理業(yè)務數(shù)據(jù)的流程步驟，集成了多種分析手段，體現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化水平。下面以公網(wǎng)氣象預警為例來說明風險預警的實現(xiàn)過程。

（1）建立氣象災害預警量化指標庫

通過分析近幾年來由氣象災害引發(fā)的電網(wǎng)故障及其發(fā)生的原因，以及故障發(fā)生時的氣象條件，初步確定各類氣象災害可能發(fā)生的量化的氣象指標條件。

為了規(guī)則庫的修改維護方便和靈活，這些氣象災害類型、等級以及氣象指標條件可以進行自定義。氣象災害預警量化指標庫的建立，為氣象預報數(shù)據(jù)的實時自動化批量處理與實時在線決策分析提供了基礎(chǔ)。

（2）建立智能氣象災害預警機制

氣象災害預警機制是處理氣象預報數(shù)據(jù)，生成氣象災害預警信息的一套流程(見圖3)，主要分為數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、指標判定、預警記錄生成、預警區(qū)域圖形生成、預警區(qū)域圖形融合、預警影響范圍分析、提煉預警信息和發(fā)送預警信息九個步驟。流程執(zhí)行實現(xiàn)過程如下：

①系統(tǒng)通過后臺任務定時獲取氣象數(shù)據(jù)，進行解析和存儲；

②根據(jù)預警指標庫中指標對氣象數(shù)據(jù)文件中的氣象數(shù)據(jù)進行分組統(tǒng)計，用于氣象預警分析；

③然后根據(jù)氣象預警類型的氣象指標條件進行SQL提取，將各類氣象預警類的氣象指標條件翻譯成對氣象數(shù)據(jù)的條件過濾語句，對氣象數(shù)據(jù)表執(zhí)行過濾查詢；

④將過濾查詢結(jié)果即氣象預警記錄存儲到單獨的表中，再根據(jù)預警類型及預警級別閥值對氣象預警信息分類；

⑤將氣象預警記錄與測點記錄表進行關(guān)聯(lián)，獲取預警記錄的位置信息。通過位置信息生成一個空間點，對空間點執(zhí)行空間緩沖區(qū)分析，使用的緩沖半徑取自預警類型中的影響半徑的定義；

⑥對于同一天同一預警類型且同一級別的預警區(qū)域圖形，如果相交，則需要進行合并，生成一個新的預警區(qū)域圖形對象；

⑦每一預警區(qū)域圖形對象作為空間查詢對象，對設(shè)備圖層（桿塔、變電站等）執(zhí)行空間查詢（包含關(guān)系），查詢結(jié)果為該預警區(qū)域圖形對象的影響范圍；

⑧對這些查詢結(jié)果（設(shè)備記錄）進行單獨存儲（存到預警區(qū)域影響范圍表），同時記錄與之相關(guān)的預警區(qū)域圖形對象ID；匯總分析預警區(qū)域圖形的影響范圍，生成一條有關(guān)氣象預警時間、內(nèi)容的消息記錄；

⑨以手機短息和郵件形式自動將預警信息發(fā)送給生產(chǎn)一線專責。

整個流程涉及GIS空間分析、消息發(fā)送和數(shù)據(jù)分析多項技術(shù)。

系統(tǒng)每天自動接收氣象局提供的未來三天的氣象預報信息和天氣預報信息，經(jīng)過統(tǒng)計分析后根據(jù)預警類型指標定義自動提取預警區(qū)域和受影響的范圍，經(jīng)手機短信和郵件形式自動將預警信息發(fā)給生產(chǎn)一線專責。

圖3 氣象在災害預警機制

（3）氣象災害預警信息確認

由系統(tǒng)自動生成的預警信息經(jīng)人工檢驗后，在預警記錄信息上添加確認標簽和注釋信息。通過信息確認統(tǒng)計出預警的準確度，準確度低的，表明指標庫存在改進的需求。指標的調(diào)整需要不斷觀察和總結(jié)、修改，逐步提高災害預警的準確度。

5 結(jié)語

智能運維管控系統(tǒng)的建設(shè)，為多元數(shù)據(jù)信息融合，建立多層次多方位的電網(wǎng)管控體系進行了一次富有成效地探索和研究。特別是將設(shè)備風險預警、在線監(jiān)測告警和公網(wǎng)氣象預警相結(jié)合，構(gòu)建了一套電網(wǎng)風險預警體系，實現(xiàn)了設(shè)備風險的評估、發(fā)布、預防和跟蹤，為電網(wǎng)運維提供了智能化手段，提升了電網(wǎng)運維管理的智能化水平。

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