基于高階桿塔建模的輸電線路巡線搶修決策平臺的設(shè)計

林晏，廖曉春，王慧瓊

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000；2.武漢華電順承科技有限公司，湖北 武漢 430071）

0 前言

目前輸電線路的桿塔建模在應(yīng)用領(lǐng)域存在明顯的功能局限，如提升基建效率的三維和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣1]、構(gòu)件與所受風(fēng)荷載之間可靠性關(guān)系參數(shù)建模[2]、支持人工智能快速辨識的數(shù)字化形態(tài)建模[3]以及面向事故分析和運維指導(dǎo)的過程建模[4-5]等，特征是專業(yè)性強(qiáng)、側(cè)重設(shè)計驗證、采用離線運行，因此存在重復(fù)建設(shè)、信息孤島、數(shù)據(jù)異構(gòu)及共享不充分等問題。

此外，桿塔模型受電力系統(tǒng)信息安全防護(hù)嚴(yán)格分區(qū)的技術(shù)層面軟約束，不同部門信息獲取渠道及發(fā)布時機(jī)不同步[6]，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制[7]，人工干預(yù)環(huán)節(jié)過多，制約了繼保智能化[8-9]和調(diào)控一體化的管理水平。

本文根據(jù)桿塔信息與調(diào)度管控各環(huán)節(jié)的耦合特性提出了一種基于高階桿塔建模的輸電線路巡線搶修決策平臺設(shè)計方法，通過數(shù)據(jù)、內(nèi)聯(lián)、控制和接口四層架構(gòu)整合桿塔數(shù)據(jù)，解決桿塔信息在事故處置指令流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)中的一致性和數(shù)據(jù)無延時跨區(qū)同步問題，滿足精益管理和高效運維的要求。

1 當(dāng)前巡線搶修機(jī)制

現(xiàn)行巡線搶修機(jī)制劃分為實時區(qū)和非實時區(qū)：電網(wǎng)故障的信息采集和事故診斷、控制指令等信息在實時區(qū)；戶外巡檢、事故上報、臺賬維護(hù)等信息在非實時區(qū)，整個過程涉及多個部門和專業(yè)口，各環(huán)節(jié)存在極大延時。如圖1所示。

圖1 現(xiàn)行巡線搶修機(jī)制

由圖1可見，實時區(qū)和非實時區(qū)各專業(yè)間對不同專業(yè)的信息需求差異考慮不足，數(shù)據(jù)處理成本高。

2 平臺設(shè)計

2.1 輸電線路巡線搶修決策平臺

根據(jù)電力系統(tǒng)的調(diào)度職能和輸電線路巡線搶修流程特點，按數(shù)據(jù)層、內(nèi)聯(lián)層、控制層和接口層的縱向遞進(jìn)模式設(shè)計平臺，各層之間由數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)抽象、業(yè)務(wù)處理和端口處理模塊進(jìn)行交互，層內(nèi)部信息處理保證獨立性和靈活性，如圖2。

圖2 輸電線路巡線搶修決策平臺

2.1.1 平臺架構(gòu)

1）數(shù)據(jù)層：平臺的核心部分，負(fù)責(zé)處理基礎(chǔ)桿塔臺賬信息、運行后的實時庫信息、歷史信息以及服務(wù)于數(shù)據(jù)管理模塊的時態(tài)信息。

2）內(nèi)聯(lián)層：負(fù)責(zé)處理平臺桿塔模型內(nèi)部數(shù)據(jù)同外部業(yè)務(wù)查詢之間的快速轉(zhuǎn)換和邏輯隔離。

3）控制層：負(fù)責(zé)處理外部請求與模型數(shù)據(jù)之間的指令翻譯和橫向協(xié)調(diào)，橫向協(xié)調(diào)內(nèi)容包括實時區(qū)和非實時區(qū)之間的信息同步、與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、傳輸機(jī)制等。

4）接口層：負(fù)責(zé)接收和處理人工請求指令和廠站端自動采集信息的匯集。

2.1.2 四層架構(gòu)模型設(shè)計原則

1）強(qiáng)一致性。模型數(shù)據(jù)的維護(hù)和同步由內(nèi)聯(lián)機(jī)制完成，信息變更的發(fā)布采用實時驅(qū)動方式，所有靜態(tài)存儲單元和動態(tài)接口請求所獲取的信息同步更新且保持一致。

2）低耦合性。功能實現(xiàn)分層遞進(jìn)，各層模塊獨立實現(xiàn)和運行，相互通過消息機(jī)制進(jìn)行脫敏通信，模塊之間采用實時庫進(jìn)行信息同步和交互，單個模塊的更新和退出不影響其他模塊，數(shù)據(jù)與具體存儲位置（本地、網(wǎng)絡(luò)）、載體（文件、數(shù)據(jù)庫等）無關(guān)，模型系統(tǒng)通過發(fā)布推送渠道自動告警和隔離故障域。

3）高安全性。模型對外提供統(tǒng)一接口和調(diào)用方法，應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層隔離，外部指令不能直接修改數(shù)據(jù)庫原始信息，實時庫中的信息以身份校驗和指令合法性校驗雙重認(rèn)證方式更新，實時庫信息回寫到數(shù)據(jù)庫之前需二次授權(quán)。

2.2 巡線搶修決策平臺的運作機(jī)制

圖3 巡線搶修決策平臺運作示意圖

基于高階桿塔建模的輸電線路巡線搶修決策平臺將故障采集、廠站監(jiān)視、調(diào)度系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、輸電所及設(shè)備部等監(jiān)視信息和專業(yè)請求納入到一個層面，人員通過各自終端渠道訪問平臺的接口，由平臺統(tǒng)一處理專業(yè)信息差異、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、診斷分析、存儲映射、歸檔發(fā)布等業(yè)務(wù)，信息由平臺內(nèi)部處理及跨區(qū)同步，與調(diào)用請求無關(guān)。如圖3。

平臺以接口層統(tǒng)一獲取和處理故障實時信息及各專業(yè)異步查詢請求，平臺內(nèi)部完成信息整合、計算、歸集等，對各級用戶提供反饋、推送和發(fā)布服務(wù)。故障處置對信息的獲取進(jìn)行異步化處理，調(diào)控中心和其他專業(yè)能夠在同一平臺上同步獲取信息，縮短了信息流轉(zhuǎn)時間。故障處置流程圖如圖4所示。

圖4 基于高階桿塔模型的故障處置流程圖

決策平臺將實時區(qū)和非實時區(qū)的信息發(fā)布進(jìn)行了統(tǒng)一和同步。

3 高階桿塔建模設(shè)計關(guān)鍵點

將桿塔臺賬、運行信息以及歷史記錄數(shù)據(jù)等組織起來統(tǒng)一管理，抽象出桿塔結(jié)構(gòu)特點，建立虛基類。導(dǎo)入描述桿塔的各類動態(tài)或靜態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的虛基類派生出不同類型桿塔的描述類，如直線塔、轉(zhuǎn)角塔等，消納吸收臺賬等桿塔信息建立實例，存入數(shù)據(jù)庫。

圖5 桿塔模型類

將桿塔離散、籠統(tǒng)的數(shù)據(jù)細(xì)分為制造信息、基建信息運行信息及調(diào)度信息，未識別的信息歸為其他，按照數(shù)據(jù)特點可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，如制造信息屬于靜態(tài)信息，消缺記錄屬于動態(tài)信息。靜態(tài)數(shù)據(jù)采用將桿塔的臺賬過濾后導(dǎo)入的方式；動態(tài)數(shù)據(jù)采用基于日志解析的方式來獲取信息，以保證其時效性。

各專業(yè)對桿塔數(shù)據(jù)的運用習(xí)慣和解讀方式有所區(qū)別，對靜態(tài)信息或動態(tài)信息的讀取存在語義或數(shù)據(jù)無法識別的情況。

采用模式匹配，依據(jù)為屬性的相似度，其簡易的測度公式：

式中S1,S2是表示屬性的數(shù)字和文字組合，PR（Pattern Recognition Algorithms）表示匹配算法，其方法如下：

1）相似測度：采用相似測度時，對于一個輸入屬性特征量V={v1，v2，…，vn}，標(biāo)準(zhǔn)屬性特征量為R={r1，r2，…，rn}，它們之間的距離為d，其定義為：

標(biāo)準(zhǔn)屬性與輸入屬性的距離計算出來以后，找出距離小于閾值的屬性值，即相似度較大，完成了輸入屬性的識別任務(wù)；

2）模糊測度：所有屬性組合空間設(shè)為Ω，其中有k個屬性，Ω={C1，C2，…，Ck}，取樣本F={f1，f2，…，fk}，其目的是將各異構(gòu)的桿塔屬性轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)語義。設(shè)定一個屬性庫，其中包含有每個屬性Ci的不同部門、定義或?qū)I(yè)的解讀。如果桿塔各項屬性在庫中匹配成功，即對任意i(1≤i≤k)，有fi∈Ci，那么將此樣本規(guī)范化。對于在匹配過程中難免存在不識別的情況，可進(jìn)行人工干預(yù)，隨著桿塔屬性庫的積累，轉(zhuǎn)換率也將會提高。

4 應(yīng)用分析

1）基于高階桿塔建模的數(shù)據(jù)在導(dǎo)入和查詢批量參數(shù)時對信息增量不敏感，這是由模型對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的異步處理特性決定。

2）在數(shù)據(jù)更新最大延時方面，過去由于實時區(qū)和非實時區(qū)的同步方面依靠人工手段，當(dāng)平臺將同步功能內(nèi)置化后，信息發(fā)布具有零延時優(yōu)勢。

3）高階平臺運用了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)挖掘算法后的首次桿塔定位精度明顯提高。

5 結(jié)束語

輸電線路桿塔故障的戶外搶修的管控是調(diào)控最大的盲區(qū)，也是電網(wǎng)事故上報信息化最滯后的環(huán)節(jié)，本文根據(jù)桿塔信息在各專業(yè)間流轉(zhuǎn)的特征提出了一種低耦合高內(nèi)聚特征的高階桿塔建模方法，提供接口層、控制層、內(nèi)聯(lián)層和數(shù)據(jù)層逐級遞進(jìn)的方式重建桿塔模型，并據(jù)此設(shè)計了新型輸電線路巡線搶修決策平臺。特點在于：應(yīng)用與計算分離。不同專業(yè)的數(shù)據(jù)請求通過統(tǒng)一接口實現(xiàn)；信息流轉(zhuǎn)快；電網(wǎng)事故監(jiān)視診斷和輸電線路戶外桿塔搶修的信息保持雙向傳遞及同步，延伸了調(diào)度對電網(wǎng)故障處置的管控能力；適用性強(qiáng)，提供統(tǒng)一決策支持，解決了信息孤島和數(shù)據(jù)碎片問題，提升了輸電線路巡線搶修的效率。