水電站輔助系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法及數(shù)據(jù)分析模型框架技術(shù)研究

付恩狄 歐澤波 張豪 莫理 張勇

摘要：文章簡(jiǎn)述水電站輔助系統(tǒng)的應(yīng)用情況，并探討可用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法與數(shù)據(jù)分析問題。結(jié)合水電站日常對(duì)輔助系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)維管理需要與作業(yè)習(xí)慣，注重基礎(chǔ)引擎、數(shù)據(jù)分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警等。以供參考。

關(guān)鍵詞：水電站;狀態(tài)監(jiān)測(cè);數(shù)據(jù)分析

引言

輔助系統(tǒng)設(shè)備雖然不是直接產(chǎn)生電能的裝置，但對(duì)穩(wěn)定水電站運(yùn)行，也有較大的作用?；陔娏π畔⒒到y(tǒng)，掌握設(shè)備工況，提煉出其運(yùn)行特征。通過實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，為設(shè)備提供可靠的管理保障。

一、輔助系統(tǒng)應(yīng)用狀況

現(xiàn)階段，水電站設(shè)有計(jì)算機(jī)監(jiān)控與諸多在線監(jiān)測(cè)等，用于日常管理的輔助系統(tǒng)，可以不間斷獲取監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，支持所需決策處理。但對(duì)于比較分散、信息量大的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通常會(huì)出現(xiàn)無法獲取的情況。目前，主要存在的系統(tǒng)應(yīng)用問題是：使用者無法清楚地表達(dá)對(duì)于數(shù)據(jù)資源的需求方向，系統(tǒng)未配備相應(yīng)的可用工具，導(dǎo)致需求描述上可能出現(xiàn)偏差。另外，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，即便使用者能夠確定實(shí)際需要，但沒有采取后續(xù)的處理，直接將數(shù)據(jù)輸出，沒能采取適宜的分析方式與輔助方法，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無法直觀反映設(shè)備的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，過于表面[1]。

二、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法與數(shù)據(jù)分析模型框架

根據(jù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)出現(xiàn)的問題，選擇運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)，讓所得數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備狀態(tài)表述更為直觀清楚，滿足相關(guān)應(yīng)用者的監(jiān)測(cè)工作需要與運(yùn)用習(xí)慣。對(duì)于故障檢測(cè)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，可讓應(yīng)用者更準(zhǔn)確地了解設(shè)備工作狀態(tài)，并預(yù)警隱藏的異常風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，基于狀態(tài)分析結(jié)果，系統(tǒng)能自動(dòng)從已有資料中，篩選出最佳的檢修方案，方便快速處理。針對(duì)水電站的輔助系統(tǒng)裝置，可圍繞機(jī)器學(xué)習(xí)，設(shè)置監(jiān)測(cè)算法與數(shù)據(jù)模型架構(gòu)，繼而得到具有實(shí)用性的系統(tǒng)模型，統(tǒng)一設(shè)置在數(shù)據(jù)平臺(tái)上，方便日常管理。

（一）總體分析

在開發(fā)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)算法與相關(guān)技術(shù)中，要求先制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)方案，保障為后期研究提供統(tǒng)籌指導(dǎo)?；谒娬井?dāng)下配備的監(jiān)控系統(tǒng)布設(shè)情況和應(yīng)用狀態(tài)，注重對(duì)輔助系統(tǒng)的設(shè)備工作情況，嘗試運(yùn)用好數(shù)據(jù)通信與分析、結(jié)果形成等多個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)用方式。而為支持實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)算法與模型框架的開發(fā)分析，需有足夠的配套裝置，以確保軟硬件開發(fā)、裝置調(diào)試和試運(yùn)效果等步驟得以順利進(jìn)行。

（二）開發(fā)方向

對(duì)于輔助系統(tǒng)設(shè)備的日常檢修工作來說，為滿足現(xiàn)代化的經(jīng)營(yíng)需要，應(yīng)當(dāng)對(duì)相應(yīng)的輔助模型加以分析，支持日常管理任務(wù)。以當(dāng)前依舊比較成熟的電力平臺(tái)為基礎(chǔ)，掌握各設(shè)備的工作狀態(tài)與有關(guān)表述信息，并在大數(shù)據(jù)中，研究存在的規(guī)律性因素，由此掌握設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況變化之間，內(nèi)在聯(lián)系與整體走向，立足于機(jī)器學(xué)習(xí)，形成數(shù)據(jù)模型框架，在水電站中運(yùn)用到的模型有狀態(tài)評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)告警、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及智能選擇檢修方案等。

（三）系統(tǒng)功能

按照正常的管理應(yīng)用系統(tǒng)模型平臺(tái)設(shè)計(jì)，均要有搜索引擎，實(shí)現(xiàn)指定的操作界面跳轉(zhuǎn)以及其他的使用功能。在此數(shù)字化系統(tǒng)中，采用更多維的分析引擎，以求數(shù)據(jù)虛擬立方能完成基本的保存與邏輯映射等，按照操作界面的功能顯示，進(jìn)行有關(guān)操作，并直接生成若干sql查詢記錄，將查詢和信息結(jié)果進(jìn)行整合，支持多維分析。在系統(tǒng)應(yīng)用中，大部分監(jiān)測(cè)與評(píng)估等數(shù)據(jù)，均可以通過圖表的方式呈現(xiàn)。在不同主題下的操作界面，能采取整體的查詢篩選，使用者能根據(jù)查詢需要，挑選合適的過濾器，系統(tǒng)會(huì)基于設(shè)定條件，輸出對(duì)應(yīng)資料。另外，已選的限定條件，會(huì)直接在操作界面上方顯示，避免重復(fù)或漏選。在系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)并非完全獨(dú)立存在的，會(huì)有某些維度上的聯(lián)系，使用者在某個(gè)圖表上進(jìn)行調(diào)整，其余資料的相關(guān)數(shù)據(jù)也會(huì)隨之更新，可避免數(shù)據(jù)資料有出入。在操作界面上，能對(duì)各數(shù)據(jù)放大至全屏，把其他暫時(shí)無用的工具欄內(nèi)容隱藏起來，讓使用者能專注于工作，完成業(yè)務(wù)管理分析。在系統(tǒng)模型框架設(shè)計(jì)中，考慮到輔助設(shè)備狀態(tài)變化規(guī)律多以圖表形式呈現(xiàn)，因此，要保障圖表資料也能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)引擎操作。具體來說，首先，信息導(dǎo)出，使用者可查看所需資料，并能批量處理;其次，在統(tǒng)計(jì)圖上能進(jìn)行單選或多選，而且各圖表還有聯(lián)動(dòng)性，如果是散點(diǎn)圖，可畫出選擇區(qū)域;最后，系統(tǒng)管理，能針對(duì)組織、權(quán)限等采取后臺(tái)管理。此外，還應(yīng)考慮到數(shù)據(jù)集成的問題，采取SCADA系統(tǒng)，完成基本接入，保障動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息能穩(wěn)定收集。

（四）系統(tǒng)開發(fā)

在水電站中，輔助設(shè)備是指壓油設(shè)備、排水與空壓機(jī)系統(tǒng)，而應(yīng)用于此類系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必須要對(duì)這三種裝置的狀態(tài)情況，可以進(jìn)行評(píng)估分析與監(jiān)測(cè)作業(yè)，基于此，建立相應(yīng)的狀態(tài)模型，秉承對(duì)不同設(shè)備工作狀態(tài)的量化分析原則。在狀態(tài)模型系統(tǒng)使用中，日常的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，要參照設(shè)備已有的歷史記錄資料，提煉出其運(yùn)行特征量，繼而得到其設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中，動(dòng)態(tài)性的基本規(guī)律。根據(jù)相關(guān)人員日常的管理需要，可支持以圖表的形式呈現(xiàn)，讓其能直接看出規(guī)律性波動(dòng)，迅速發(fā)現(xiàn)異常。另外，基于設(shè)備狀態(tài)特征的實(shí)際情況，結(jié)合可用算法，得到設(shè)備正常運(yùn)行的閾值區(qū)間。在試運(yùn)及正式應(yīng)用中，能根據(jù)不間斷監(jiān)測(cè)到的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行閾值比對(duì)，一旦未穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)，會(huì)立即給出告警反饋。而在評(píng)估設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)中，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集到的狀態(tài)資料，智能分析狀態(tài)量化起伏情況，同樣能選擇圖表輸出，保障狀態(tài)評(píng)估的實(shí)用性。在最終確定評(píng)分中，需考慮到特征量與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，以提高評(píng)分結(jié)果的合理性與可靠性，而后根據(jù)評(píng)分結(jié)果，劃分不同的健康級(jí)別，完成輔助設(shè)備可用性的評(píng)估，為后續(xù)使用管理，提供所需要資料[2]。

開發(fā)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)模型，主要是為預(yù)防與及時(shí)處理的異常風(fēng)險(xiǎn)問題，所以要求數(shù)據(jù)模型擁有對(duì)設(shè)備運(yùn)行異常的識(shí)別判斷能力，結(jié)合有關(guān)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)分析出設(shè)備工作的隱患問題，以及由此能引發(fā)的損失量等，設(shè)置對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估指標(biāo)與規(guī)則，基于此，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和級(jí)別，給維修管理予以大體上的方向。在完成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，對(duì)于有異常的系統(tǒng)設(shè)備，需及時(shí)安排檢修處理。在該系統(tǒng)模型運(yùn)行中，需配備檢修方案的數(shù)據(jù)庫(kù)，將已有的相關(guān)記錄，直接錄入到系統(tǒng)中，要求包含水電站所有輔助裝置，如壓油設(shè)備，以此形成歷史資料庫(kù)，在識(shí)別出故障后，可從中選擇更為貼近的故障類型方案，可供需檢修人員快速確定作業(yè)方向與具體程序，借此還能減少人為判斷失誤，帶來的風(fēng)險(xiǎn)。在檢修方案的設(shè)置處理上，其包含大量的要素，還面對(duì)多決策者的問題，為滿足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用訴求，選擇模糊多屬性決策等分析算法，以形成檢修方案數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，通過打造多維數(shù)據(jù)的立方模型，具體的構(gòu)成要素有維度及成員、監(jiān)控度量、計(jì)算規(guī)則及頻率等。借此參照系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果與風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)等信息，支持后續(xù)的完成多角度數(shù)據(jù)分析。在運(yùn)用該模型進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算中，由于系統(tǒng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)是進(jìn)行不間斷檢測(cè)，所以搭配的計(jì)算分析模塊，會(huì)獲取動(dòng)態(tài)的源數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)進(jìn)行相關(guān)處理。同時(shí)，也能根據(jù)水電站管理情況，設(shè)置成定期處理與分析模式，完成一系列轉(zhuǎn)換與度量的計(jì)算保存。

結(jié)束語

經(jīng)過上文內(nèi)容討論，了解到水電站輔助系統(tǒng)的應(yīng)用不足。而利用機(jī)器學(xué)習(xí)，提高監(jiān)測(cè)分析的智能化，更直觀地反映出設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，做到盡早發(fā)現(xiàn)異常，按照問題的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與故障具體類型，選擇最優(yōu)檢修方案，并給設(shè)備“退役”提供決策思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]李彥浩.伊辛巴水電站水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2021，（04）：40-42.

[2]何志鋒，代開鋒，何昌炎，等.巴基斯坦卡洛特水電站水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水利水電快報(bào)，2020，（03）：96-99.