基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)分析

蔣 晟

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司無錫供電分公司，江蘇 無錫 214062）

0 引 言

智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新系統(tǒng)，為電力行業(yè)的變電站運(yùn)營維護(hù)提供了全新的解決方案。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)特性，將各個設(shè)備和傳感器連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、傳輸和分析，具有重要的技術(shù)價值和實(shí)際意義。首先，智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)可以提高變電站的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。其次，智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)可以降低運(yùn)維成本，提升運(yùn)維安全性。最后，智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)分析和預(yù)測的能力，為變電站的運(yùn)維決策提供科學(xué)依據(jù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)將會在電力行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，為電力供應(yīng)的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)[1]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層3個層次組成，如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集層是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要由智能傳感器組成。智能傳感器具有感知和處理功能，可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。通過與變電站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)連接，采集變電站內(nèi)各個設(shè)備的信息，并將這些信息傳輸?shù)奖O(jiān)控服務(wù)器。監(jiān)控服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)通信連接各個智能設(shè)備，并將采集的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控軟件。監(jiān)控軟件負(fù)責(zé)接收所有智能設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析。

數(shù)據(jù)處理層是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要由監(jiān)控系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、測控系統(tǒng)以及故障診斷系統(tǒng)等組成。監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)處理層的核心，主要由監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器、智能設(shè)備等組成，可以監(jiān)控各個模塊的運(yùn)行狀態(tài)，并對系統(tǒng)的異常情況進(jìn)行記錄和報(bào)警。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是數(shù)據(jù)處理層的重要組成部分，可以監(jiān)測和分析整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)絎eb服務(wù)器，從而為故障診斷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。故障診斷系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中起到輔助作用，可以分析和診斷故障發(fā)生的原因，為檢修人員提供參考依據(jù)。

數(shù)據(jù)應(yīng)用層是整個系統(tǒng)的核心，主要由人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器、Web服務(wù)器等組成。人機(jī)界面是數(shù)據(jù)應(yīng)用層的重要組成部分，主要由登錄界面、操作界面、查詢界面、控制界面以及數(shù)據(jù)顯示界面等組成。網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器的主要功能是監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各個功能模塊的運(yùn)行情況，可以查詢和存儲數(shù)據(jù)，從而為其他模塊提供數(shù)據(jù)支持。Web服務(wù)器的主要功能是維護(hù)和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線升級。

通過數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層的協(xié)調(diào)使用，可以監(jiān)測和控制系統(tǒng)，從而提升系統(tǒng)的可靠性和安全性[2]。

2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證文章研究的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)的可靠性和適用性，開展實(shí)驗(yàn)分析，數(shù)據(jù)代碼如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)代碼

2.1 網(wǎng)絡(luò)通信可靠性實(shí)驗(yàn)

基于智能變電站的所有設(shè)備設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，包括智能一次設(shè)備、智能終端以及后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)等，并將其分為2個部分。第一部分，為智能變電站的全部設(shè)備設(shè)置一個具有32個端口的網(wǎng)卡，其中有2個端口處于空閑狀態(tài)。該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲兄挥幸粋€端口處于工作狀態(tài)。第二部分，設(shè)置3條虛擬光纖鏈路，分別為網(wǎng)絡(luò)鏈路、交換機(jī)鏈路以及主機(jī)鏈路，其中網(wǎng)絡(luò)鏈路是2個端口間的雙向傳輸鏈路，交換機(jī)鏈路是4個端口間的單向傳輸鏈路[3]。開展實(shí)驗(yàn)前，對所有設(shè)備的接口進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。每個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠加幸粋€特定的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址，分別是192.168.0.0、192.168.0.10以及192.168.0.200。設(shè)備連接完成后，通過軟件設(shè)置路由器的IP地址與路由器的連接，并通過路由器將主機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。

對交換機(jī)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后，設(shè)置其端口的IP地址。通過模擬實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將所有設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接在一起，并在后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)上啟動相應(yīng)的功能。當(dāng)所有的設(shè)備運(yùn)行完畢后，后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)上出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警信息。選取2023年4月1日的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，網(wǎng)絡(luò)通信可靠性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)通信可靠性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)存在故障時，后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠自動通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。此外，各個端口上運(yùn)行的設(shè)備都能正常運(yùn)行，沒有出現(xiàn)任何故障。采用本文提出的方法設(shè)計(jì)智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)完全可行。

2.2 傳感器性能實(shí)驗(yàn)

智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)中，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術(shù)實(shí)時采集變電站內(nèi)的相關(guān)信息，并將采集的信息上傳至后臺服務(wù)器[4]。由于智能變電站的傳感網(wǎng)絡(luò)分布較廣，且節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，當(dāng)其中一處發(fā)生故障時，故障點(diǎn)的定位較為困難。為實(shí)快速定位變電站內(nèi)故障點(diǎn)，提升傳感器性能，提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變電站故障定位方法。

在智能變電站的不同位置安裝監(jiān)測傳感器，實(shí)時監(jiān)控智能變電站運(yùn)行狀態(tài)。文章選擇一處測點(diǎn)安裝監(jiān)測傳感器，并將其采集的數(shù)據(jù)傳輸至后臺服務(wù)器。在不同位置安裝監(jiān)測傳感器時，可以采用以下2種方式：一是安裝在智能變電站的任意位置；二是安裝在智能變電站某個特定位置。第一種方式可以實(shí)現(xiàn)對智能變電站的全面監(jiān)控，但在實(shí)際安裝時，需要考慮智能變電站的布局情況和管理人員的具體工作需求；第二種方式在安裝時需要考慮管理人員的具體工作需求，同時需要保證智能變電站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。對2種不同安裝方式進(jìn)行測試后，發(fā)現(xiàn)第二種安裝方式能夠更加有效地采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，滿足智能變電站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控要求。

2.3 異常診斷實(shí)驗(yàn)

文章提出的異常診斷方法大致過程如下：通過處理智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)采集的信息，檢測特征信息中的異常事件，根據(jù)檢測結(jié)果對異常事件進(jìn)行分類。在實(shí)驗(yàn)室中，分別采用不同數(shù)量的傳感器采集變電站的電壓、電流、溫度等信息，同時采集時序信息，將其組合成一個特征向量，對其進(jìn)行特征提取后，將其作為異常診斷模型的輸入?yún)?shù)[5]。

以某220 kV智能變電站為例，該變電站正常運(yùn)行時的電壓、電流和溫度值都較為穩(wěn)定，但在某一天突然出現(xiàn)異常值。該異常值呈周期性變化，最大值的出現(xiàn)時間約為03:00，最小值的出現(xiàn)時間約為06:00。其中，異常值出現(xiàn)的時間點(diǎn)較為密集，平均間隔時間為25 min左右，并且異常值的變化規(guī)律較為復(fù)雜，最大值出現(xiàn)的時間約為3：00，最小值出現(xiàn)的時間約為6：00。

為驗(yàn)證異常診斷模型，文章以該變電站為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將采集的數(shù)據(jù)信息輸入特征提取模塊，結(jié)果如表3所示。該模型能夠?qū)φ＿\(yùn)行時的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行特征提取，并將其存儲在數(shù)據(jù)庫。

表3 變電站實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

智能變電站的建設(shè)與發(fā)展是推動電力行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措。智能運(yùn)維管理系統(tǒng)作為其核心組成部分，對確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。值得強(qiáng)調(diào)的是，智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用并非孤立存在，而是與信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等多個領(lǐng)域相互融合。未來隨著科技的不斷發(fā)展，智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)將不斷演進(jìn)與完善，其應(yīng)用范圍也將更加廣泛，為電力行業(yè)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更全面的保障。