基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測技術研究及應用

季良丹 楊敏紅 陳蕾

摘 要：現(xiàn)如今，國網(wǎng)輸電網(wǎng)絡由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃與標準，造成設備分散、數(shù)量多，特別容易形成數(shù)據(jù)孤島，讓各個功能分散，且相互之間協(xié)調困難。在日常運維中的工作量也十分巨大，由此造成了獨立系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無法共享。通過搭建基于主配網(wǎng)一體化的智能調度技術支持平臺，能夠實現(xiàn)統(tǒng)一主配網(wǎng)電網(wǎng)模型，消除信息孤島；以運行服務總線和數(shù)據(jù)中心的支撐平臺為基礎，搭建集合發(fā)電、輸電、變電、配電、用電全過程為一體的數(shù)據(jù)運行平臺；著重就主配網(wǎng)故障信息的綜合智能判斷、主配網(wǎng)轉供能力分析、主配網(wǎng)一體化的供電電源智能動態(tài)識別及供電范圍分析等主配網(wǎng)一體化故障檢測為一體的系統(tǒng)設計；實現(xiàn)業(yè)務橫向協(xié)同、縱向貫通；有效的解決現(xiàn)有系統(tǒng)的分散建設、功能分散、信息孤島、主配網(wǎng)相互之間協(xié)調困難等問題。

關鍵詞：電網(wǎng)大數(shù)據(jù)；標準化；主配網(wǎng)；一體化；故障檢測

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0183-02

1 立題意義、國內(nèi)外技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

近年來，隨著配電網(wǎng)網(wǎng)規(guī)模的快速發(fā)展以及配電網(wǎng)設備質量要求的迅速提升，配電網(wǎng)設備的定期檢修制度已不適應電網(wǎng)及設備的管理要求。針對不同設備的具體情況，充分利用配電網(wǎng)設備在線監(jiān)測系統(tǒng)、巡檢、各種試驗、檢修輔助決策系統(tǒng)等手段，開展科學的配電網(wǎng)網(wǎng)監(jiān)測和故障檢測勢在必行。電網(wǎng)公司已建成了配電網(wǎng)設備運維基層平臺，運行單位逐步結合巡檢開展了狀態(tài)監(jiān)測，分別覆蓋設備管理從建設、運維、檢修、監(jiān)測與監(jiān)控等各個環(huán)節(jié)的業(yè)務。雖然信息化建設開發(fā)的運維基層平臺對配電網(wǎng)設備監(jiān)測和故障檢測起到了積極作用，但也暴露出以下方面問題：

（1）缺乏專門針對配電網(wǎng)設備健康狀態(tài)移動檢測與檢測技術相結合的數(shù)據(jù)平臺，設備健康狀態(tài)的總體檢測與評價不夠。

目前，運行單位逐步結合巡視開展了狀態(tài)監(jiān)測，從設備管理、建設、運維、檢修、監(jiān)測與監(jiān)控等各個環(huán)節(jié)，已收集了大量的配電網(wǎng)設備相關數(shù)據(jù)。但針對配電網(wǎng)設備健康狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)研究的專業(yè)化不強，缺乏大數(shù)據(jù)整合分析、健康檢測、狀態(tài)評價的平臺，數(shù)據(jù)分類還很薄弱，缺乏從狀態(tài)評價需要的高度進行專項開發(fā)，特別是對不同類別，不同單位設備共性、普遍性的東西考慮較少，缺乏整體研究和描述，更沒有專家檢測方法的研究與應用。

（2）配電網(wǎng)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息模型有待建設。目前還沒有建立基于配電網(wǎng)設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息模型，仍需要建立配電網(wǎng)運行狀態(tài)評估模型、風險評估模型以及經(jīng)濟評估模型，提出配電網(wǎng)設備狀態(tài)、風險、經(jīng)濟等多維度的科學評價方法。難以通過計算機系統(tǒng)實現(xiàn)各類設備數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、狀態(tài)評估、故障預測等高級應用功能。

2 國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1 國外研究機構對本課題的研究情況

國外不少研究機構對電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測技術開始了積極的研究。1970年開始，美國的杜邦公司（I.D.Ouinn）就首先提出了配電網(wǎng)設備狀態(tài)檢修概念。八十年代開始，日本和許多歐洲國家都開始了對檢修體制的改革，其發(fā)展趨勢均為狀態(tài)檢修。例如 Integrated Maintenance System軟件系統(tǒng)，就應用了Intranet、Internet和GIS（地理信息系統(tǒng)等新型計算機技術，較為明顯地改變和提高了配電網(wǎng)設備的監(jiān)督管理水平。但是國外在局部放電在線監(jiān)測和集成化管理、設備健康狀態(tài)監(jiān)測集成化平臺化的研究較少。雖然美國和日本對“云計算”政府信息平臺建設進行了大規(guī)模的投資，但尚未有基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測技術研究見于報道。

2.2 國內(nèi)研究機構對本課題的研究情況

在國內(nèi)，河北、山東、浙江、江蘇、湖北等電力公司開展了配電網(wǎng)設備狀態(tài)檢修試點工作，支撐和推動了當?shù)氐呐潆娋W(wǎng)網(wǎng)設備狀態(tài)檢修工作。福建省內(nèi)部分城市開展了一些配電網(wǎng)網(wǎng)設備狀態(tài)檢修的初步工作，但總體水平相對滯后，處于起步階段。目前還沒有建立基于配電網(wǎng)設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息模型，需要建立一套關于配電網(wǎng)運行狀態(tài)評估模型、風險評估模型以及經(jīng)濟評估模型體系，提出配電網(wǎng)設備安裝狀態(tài)、風險、經(jīng)濟等多維度的科學評價方法。在局部放電在線監(jiān)測和集成化管理、設備健康狀態(tài)監(jiān)測集成化平臺化方面的研究較少。尚未有基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測技術研究見于報道。

3 主要技術（理論）難點

（1）與電網(wǎng)公司現(xiàn)有的相關設備數(shù)據(jù)通訊。項目在多種裝置通訊方式的解析上，面臨著多種檢測方式、檢測裝置、廠家、通訊協(xié)議，造成在多種檢測通訊方式解析過程中較大的工作量，同時，由于各廠家協(xié)議開發(fā)程度不同，又給各通訊方式解析帶來了一點困難。在項目實施過程中，本項目會與各檢測裝置廠家進行技術交流，保證各儀器檢測通訊方式的統(tǒng)一，減低通訊方式解析風險。

（2）各類檢測數(shù)據(jù)算法的解析。由于本身項目設計的算法的跨專業(yè)性與集成性，需要對各類檢測算法進行深入分析，因此本項目的具體實施過程，需要和有一定研發(fā)能力、有配電網(wǎng)設備檢測經(jīng)驗的廠家合作完成，保證各類檢測算法的有效性，避免智能檢測終端，僅完成數(shù)據(jù)采集，而無法進行數(shù)據(jù)高級分析的處境。

（3）檢測技術模型的建立。診斷技術模型的建立包括研建立配電網(wǎng)設備健康狀態(tài)評估模型、風險評估模型以及經(jīng)濟評估模型，提出配電網(wǎng)設備按照狀態(tài)、風險、經(jīng)濟等多維度進行評估的科學評價方法。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)應用技術

物聯(lián)網(wǎng)技術是在互聯(lián)網(wǎng)技術上延伸而成的新型網(wǎng)絡技術，可以通過互聯(lián)網(wǎng)將網(wǎng)絡延伸到任何物品之間，實現(xiàn)物品之間的即時數(shù)據(jù)交換和通訊。所以，所謂物聯(lián)網(wǎng)技術是指運用射頻識別技術（RFID）、紅外感應器等硬件設備，搜集信息并將信息傳遞給設備，然后按照網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，實現(xiàn)任何物品之間的數(shù)據(jù)項鏈，進行數(shù)據(jù)交換和通信。最終，通過物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)智能化定位、識別、跟蹤、監(jiān)控和管理，這一新型技術統(tǒng)稱為物聯(lián)網(wǎng)技術。

5 基于國網(wǎng)設備大數(shù)據(jù)存儲

大數(shù)據(jù)（big data），或稱巨量資料，指的是所涉及的資料量規(guī)模巨大到無法通過目前主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的的資訊。大數(shù)據(jù)分析相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉庫應用，具有數(shù)據(jù)量大、查詢分析復雜等特點。國網(wǎng)設備大數(shù)據(jù)有以下特點：

（1）數(shù)據(jù)體量巨大。從TB級別，躍升到PB級別。

（2）數(shù)據(jù)類型繁多。網(wǎng)絡日志、視頻、圖片、地理位置信息等等。

（3）處理速度快。可從各種類型的數(shù)據(jù)中快速獲得高價值的信息，這一點也是和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術有著本質的不同。

（4）只要合理利用數(shù)據(jù)并對其進行正確、準確的分析，將會帶來很高的價值回報。

6 平臺設計思路

基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)基于Web的業(yè)務平臺提供了一整套全面而且緊密集成的功能，融合當前主流的企業(yè)級應用集成平臺理念，是新一代面向服務的開放的企業(yè)系統(tǒng)集成和應用綜合平臺，能針對電力企業(yè)復雜多變的需求一致地創(chuàng)建和維護業(yè)務模型，并為個性化應用開發(fā)提供完備的基礎設施，自動或輔助應用系統(tǒng)的生成，最大程度提高應用系統(tǒng)的開發(fā)和實施效率。構建其上的電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)將高度統(tǒng)一并具有很好的持續(xù)擴展能力，能在符合標準規(guī)范的前提下最大限度滿足各試點網(wǎng)省的個性化需要。

6.1 集成性

通過在現(xiàn)有的IT系統(tǒng)中嵌入SOA應用，平臺可以就相關信息進行分析，從而制定涵蓋參與價值鏈的人員的商業(yè)流程，有助于流程上每個人員的知識交流與協(xié)作，可以快速制定滿足業(yè)務需求的解決方案，從而實現(xiàn)商務需求的需要，提升系統(tǒng)的集成性要求。

6.2 開放性

平臺按面向服務架構SOA構建，流程的主要處理機能封裝在業(yè)務流程管理引擎中，與具體的業(yè)務邏輯完全分離，加上完整的圖形化GUI設置工具，業(yè)務人員能方便地調整現(xiàn)有項目管理流程和創(chuàng)建新的項目管理流程。

6.3 安全性

系統(tǒng)為每個用戶設定一定的權限，各個用戶在選線內(nèi)展開各項工作的開展。另外，為了確保系統(tǒng)安全運轉，在平臺上提供完善的授權機制，部分權限只能在授權范圍內(nèi)實現(xiàn)。

平臺建立完善的應用系統(tǒng)日志，在系統(tǒng)的每一步操作都記錄在日志上，以便隨時跟蹤操作人的操作過程，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)非法登錄或者非法操作，可以立即關閉并報警，啟動應急機制，避免遭受損失。

平臺支持多層安全模型，在每個訪問頁面都有相對應的授權對象來控制訪問和操作。每個訪問對象都包含若干個字段，字段里有各種單元信息，通過對這些單元信息賦值，就可以實現(xiàn)訪問頁面的授權。用戶通過訪問這些參數(shù)文件，實現(xiàn)系統(tǒng)的授權。通過這種多層的授權模型，可以靈活地控制用戶的權限。

7 解決方案

系統(tǒng)的總體技術架構遵循IEC61970/61968的標準架構和接口方式技術，實現(xiàn)從各個異構系統(tǒng)EMS（電能量）、DMS（配電）、OMS（停電）、GIS、PMS等系統(tǒng)的業(yè)務邏輯處理后的數(shù)據(jù)采集工作，并通過以IEB總線的方式傳遞相關數(shù)據(jù)，同時利用EJB技術實現(xiàn)應用系統(tǒng)的重組和整合，形成多信息系統(tǒng)的集成和綜合展示。

根據(jù)本次設計的理念，將電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質量檢測標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)劃分為三個主要層次，每個層次的基本功能及框架如下：

系統(tǒng)展現(xiàn)層采是以Weblogic為中間件，采用B/S結構，用JSP的方式，實現(xiàn)人機交互及信息共享。在客戶端瀏覽器實現(xiàn)流程任務的顯示和操作，文檔數(shù)據(jù)的獲取與傳遞、業(yè)務流程和看板的展現(xiàn)、以及圖表的輸出等。由于Weblogic 中間件具有良好的安全性和高性能性，能夠確保系統(tǒng)高效、安全的運轉。通過該系統(tǒng)的有效協(xié)作，能夠確保系統(tǒng)展示層所需的功能全部實現(xiàn)。另外，為了讓整個界面更加美觀，可以增加Flash等其他插件讓系統(tǒng)更加人性化。

業(yè)務邏輯層主要實現(xiàn)業(yè)務規(guī)則的制定、業(yè)務流程的實現(xiàn)，以及業(yè)務需求有關的系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，扮演的是中介角色，也是本系統(tǒng)的核心部件。通過業(yè)務邏輯層，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，起著承上啟下的作用。對于數(shù)據(jù)模型來說，業(yè)務邏輯層既是調用者，也是被調用者，主要依賴于業(yè)務邏輯層能否順利實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，采用Spring框架處理業(yè)務邏輯層，不僅僅可以避免各種耦合關系的發(fā)生，減少組件之間的以來關系，實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)的進度，提升系統(tǒng)的運行效率。

數(shù)據(jù)訪問層通過DAL對數(shù)據(jù)庫進行的SQL語句等操作?；陔娋W(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲主要通過關系型數(shù)據(jù)庫為存儲基礎，采用數(shù)據(jù)倉庫的架構技術，對EMS、DMS、OMS、GIS、CIS、PMS等系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)進行抽取，并根據(jù)業(yè)務過程及系統(tǒng)展示的要求進行必要的存儲?；陔娋W(wǎng)大數(shù)據(jù)質量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)使用ORM框架實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。

參考文獻

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