基于云計(jì)算的電網(wǎng)設(shè)備全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

吳振揚(yáng)

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司，吉林長(zhǎng)春 130000）

0 引言

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，它是冰心計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算等計(jì)算模式與虛擬化、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、快速讀取等技術(shù)綜合發(fā)展的結(jié)果，是將互聯(lián)網(wǎng)上眾多的資源與信息整合以共享方式提供給用戶計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備，滿足單一設(shè)備功能不足的問題。核心是通過了解用戶需求，將大量計(jì)算機(jī)資源集中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和讀取，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)池，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供數(shù)據(jù)及應(yīng)用服務(wù)。而這個(gè)資源池，因其規(guī)模大、可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展壓縮、無(wú)固定存儲(chǔ)位置被稱作“云”。因此，云計(jì)算實(shí)際上是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心，通過虛擬化技術(shù)手段將各個(gè)單一的資源聚集在一個(gè)平臺(tái)上，形成的動(dòng)態(tài)可伸縮，并有著強(qiáng)大計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、交互能力的統(tǒng)一體系[1]。

目前的電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷已從計(jì)劃?rùn)z修慢慢過度到狀態(tài)監(jiān)測(cè)上，但是仍只是側(cè)重于單臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備，檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法共享[2]。對(duì)于不同設(shè)備間的運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)法全方位分析，統(tǒng)籌能力亟待解決，仍不能滿足智能電網(wǎng)對(duì)全景狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)的要求[3]。智能電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境下的狀態(tài)數(shù)據(jù)量是數(shù)以千億計(jì)的，包括了一二次設(shè)備的基本信息、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行情況、缺陷處理情況、巡視檢查情況，以及實(shí)時(shí)在線狀態(tài)數(shù)據(jù)。而這些數(shù)據(jù)都是分布式的、異構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些海量數(shù)據(jù)用常規(guī)存儲(chǔ)和分析方法是無(wú)法解決的，而大數(shù)據(jù)的云計(jì)算技術(shù)使得其成為可能。

1 云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[4]

（1）整合大量分布式、異構(gòu)的計(jì)算資源。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模式應(yīng)用范圍較小，一旦計(jì)算資源在某方面有較大差異，就無(wú)法整合計(jì)算。而云計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)的兼容性較強(qiáng)，對(duì)計(jì)算設(shè)備軟硬件的共性無(wú)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量無(wú)限制的計(jì)算。

（2）無(wú)限動(dòng)態(tài)擴(kuò)展壓縮能力。云計(jì)算系統(tǒng)可以搭載在上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器的平臺(tái)之上，從而滿足智能電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的海量數(shù)據(jù)處理需求，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)各服務(wù)器之間的資源共享，解決目前電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)孤立于各個(gè)設(shè)備間的問題。

（3）虛擬化各類資源。將整合的數(shù)據(jù)分成若干部分，在合適的設(shè)備上處理，有效利用系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)算資源轉(zhuǎn)變成服務(wù)的形式提供給用戶，可在短時(shí)間內(nèi)獨(dú)立地動(dòng)態(tài)分析，而當(dāng)平臺(tái)升級(jí)時(shí)也不必將所有設(shè)備更新，只需添加新設(shè)備滿足功能要求即可，提高了設(shè)備的利用率。

（4）安全可靠?；诨ヂ?lián)網(wǎng)模式的云計(jì)算兼容了國(guó)際通行的通信協(xié)議，有利于云計(jì)算與通用軟件的全面接觸和融合。又因?yàn)殡娋W(wǎng)設(shè)備其獨(dú)立于外部互聯(lián)網(wǎng)，又在一定程度上保證了信息的安全性。所以基于云計(jì)算平臺(tái)的國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)具有非常廣闊的空間，有利于智能電網(wǎng)的建成和發(fā)展。

2 全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過收集在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巡視信息、例行檢查及故障診斷和試驗(yàn)結(jié)果等全景化的信息，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況給予綜合評(píng)價(jià)和分析，同時(shí)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)診斷、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出檢修策略和維護(hù)手段及計(jì)劃，及時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行方式并對(duì)狀態(tài)檢修工作提供技術(shù)支撐[5]。其本質(zhì)是收集變電站設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)信息，將其匯總并處理分析，比對(duì)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、EMS（Energy Management System，能量管理系統(tǒng)）、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）等信息采集系統(tǒng)獲取的設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備臺(tái)賬、試驗(yàn)、運(yùn)行、故障的數(shù)據(jù)整合，從而提高在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)的處理、分析、應(yīng)用水平。對(duì)于不同時(shí)間和環(huán)境變化的多維度場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)為電網(wǎng)提供智能化、人性化的服務(wù)體驗(yàn)，為電網(wǎng)發(fā)展提供有效的信息資源支撐。

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

由于云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)越性，可以實(shí)現(xiàn)各區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的快速通信交互，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域間的數(shù)據(jù)共享，隨時(shí)獲得其他區(qū)域電網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)其他區(qū)域設(shè)備的數(shù)據(jù)研判當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的危險(xiǎn)性[6-8]。

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。由于各區(qū)域電力設(shè)備間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，采用分布式存儲(chǔ)方式，將當(dāng)前信息就地存儲(chǔ)，遠(yuǎn)程調(diào)閱，云端分析的模式，有效避免數(shù)據(jù)庫(kù)龐大冗余，提高數(shù)據(jù)調(diào)取和分析的效率。當(dāng)需要獲取其他信息時(shí)，只需要通過云端的加密門即可向云系統(tǒng)發(fā)送調(diào)閱請(qǐng)求，當(dāng)請(qǐng)求信息通過后，云系統(tǒng)查找可用數(shù)據(jù)，向數(shù)據(jù)端發(fā)送調(diào)用指令，數(shù)據(jù)端將加密數(shù)據(jù)發(fā)至云端，調(diào)閱端在云端完成數(shù)據(jù)分析比對(duì)，將結(jié)果返回本數(shù)據(jù)端，以此得到相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

（2）運(yùn)行狀態(tài)信息全景監(jiān)測(cè)。將運(yùn)行的設(shè)備信息通過模塊化形式全景展示，包括完整的臺(tái)賬、巡查、試驗(yàn)信息，在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)及環(huán)境、電氣和圖像、歷史趨勢(shì)、預(yù)警信息等參數(shù)的可視化翻閱。綜合運(yùn)行信息，利用相關(guān)安全分析理論和技術(shù)，判斷就地信息的準(zhǔn)確性，并將已校核的準(zhǔn)確信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，為電力設(shè)備的安全運(yùn)行和維護(hù)管理提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）交互應(yīng)用及平臺(tái)管理。需要交互的信息多種多樣：有智能調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的SCADA 和WAMS（Wide Area Measurement System，廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）信息交互；生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)信息、設(shè)備臺(tái)賬、狀態(tài)維修以及巡檢試驗(yàn)數(shù)據(jù)的交互；有智能監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)的生產(chǎn)管理多環(huán)節(jié)信息的綜合監(jiān)測(cè)分析。實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)信息的隨時(shí)共享和調(diào)取的便捷性。同時(shí)這些信息的全景化展示也亟待進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。例如將SCADA 數(shù)據(jù)、WAMS 數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、帶電檢測(cè)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過智能化方法特別是信息融合、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)、數(shù)字影像分析等技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)評(píng)估和診斷中得到更好的應(yīng)用。

（4）指標(biāo)量化與策略判斷。基于全景監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的電力設(shè)備缺陷識(shí)別應(yīng)建立在應(yīng)用智能化的圖像技術(shù)，通過分析電力設(shè)備各類隱患極易歷史故障的典型圖片、參數(shù)特征，實(shí)現(xiàn)按危險(xiǎn)程度劃分不同隱患和故障等級(jí)，將這些不同等級(jí)的隱患好故障參數(shù)提出缺陷的量化評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)基本判斷策略和辨別方法。

云計(jì)算技術(shù)仍處于加快發(fā)展階段，各方面的技術(shù)和理論研究還不夠成熟，一些關(guān)鍵性問題仍處于模糊階段，因此其應(yīng)用尚未得到大范圍的采納。比如信息的資源共享是各個(gè)電力企業(yè)比較憂慮的方面，因其開放是基于互聯(lián)網(wǎng)，越高的信息交互需承擔(dān)更高的風(fēng)險(xiǎn)，所以電力企業(yè)尚未建立完全的云端交互平臺(tái)。對(duì)于自有的信息準(zhǔn)確性也無(wú)法完全保證，故障設(shè)備的參數(shù)有無(wú)校核是一個(gè)歷史過程，需要更多電網(wǎng)人對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性提供保障，對(duì)于失效數(shù)據(jù)的判別存在不一的判定，這些都影響了云計(jì)算在電力設(shè)備全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用。同時(shí)，原有的電力系統(tǒng)的計(jì)算和分析是基于小規(guī)模的電網(wǎng)設(shè)備提出的理論依據(jù)，當(dāng)擴(kuò)展到云平臺(tái)，在運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)的時(shí)候應(yīng)注意根據(jù)其大規(guī)模的分布式特點(diǎn)考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

通過與我國(guó)現(xiàn)有的智能電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較，提出基于云計(jì)算的電力設(shè)備全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)。以電力設(shè)備的特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，分析了云計(jì)算在其領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及可行性。提出了將電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)向全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展的觀點(diǎn)，并分析了闡述了如何實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算的電網(wǎng)設(shè)備全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以解決各區(qū)域系統(tǒng)間數(shù)據(jù)壁壘實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，降低運(yùn)行成本，提高判斷設(shè)備事故、處理設(shè)備缺陷的效率，保障智能電網(wǎng)在突發(fā)情況下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。