AI智能分析技術(shù)在電力動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

劉詩焱,馬孟婷

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司信息通信公司,寧夏 吳忠 751100)

0 引言

隨著國家電網(wǎng)公司提出打造我國特色的、國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵階段,按照“圍繞一個主線,連接兩個空間,聚集四個鏈條、實現(xiàn)四個服務(wù)”的總思路,不斷完善頂層設(shè)計,強化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理,扎實推進數(shù)字電網(wǎng)建設(shè),支撐公司高質(zhì)量發(fā)展和新型電力系統(tǒng)建設(shè),服務(wù)數(shù)字中國建設(shè)的要求。為了實現(xiàn)電力通信設(shè)備運行、維護的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,參照國網(wǎng)企管電《電力通信機房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(2020-776號),在電力動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)上運用人工智能、智慧安防、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)進行探討[1]。

1 電力動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

電力動環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)是能源信息通信系統(tǒng)的重要組成部分,包括對電力通信局站機房環(huán)境、信息通信電源等設(shè)備進行監(jiān)控、保障和管理的作用。監(jiān)控的內(nèi)容:通信電源、DC變換電源、蓄電池、視頻圖像、溫濕度、煙霧感應(yīng)器、門磁、水浸、空調(diào)等。為了滿足動態(tài)感知、報警管理標準化、遠程操作和動態(tài)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)功能多樣化的內(nèi)在要求,應(yīng)用技術(shù)手段進行搭建。

目前,寧夏吳忠供電公司轄區(qū)內(nèi)的獨立通信站點和機房已配置了動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),管理存在以下問題:(1)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)采用遠程解析的方式。由中心站進行數(shù)據(jù)采集、處理、共享。(2)通信設(shè)備的信息點位不完整、不規(guī)范。(3)監(jiān)控數(shù)據(jù)單一,都是通過通信協(xié)議的數(shù)據(jù)訪問。(4)數(shù)據(jù)共享接口不規(guī)范,無法進行數(shù)據(jù)融合。

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

為了響應(yīng)國家電網(wǎng)“集約化、扁平化、專業(yè)化”的發(fā)展方向,建立新的一體化經(jīng)營模式,通過結(jié)合管理優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢,在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上研究電力動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)AI、3D與人工智能、數(shù)據(jù)分析、動態(tài)感知、報警管理標準化,遠程化操作,推動動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)智能化運維和管理[2]。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

按照國網(wǎng)動環(huán)集中監(jiān)控系統(tǒng)“平臺集中部署、數(shù)據(jù)集中處理、應(yīng)用分級開展”的原則,變電站通信電源的監(jiān)控模塊依據(jù)A接口規(guī)范與監(jiān)控單元(SU)互聯(lián);集中監(jiān)測系統(tǒng)與監(jiān)控單元應(yīng)依據(jù)B接口規(guī)范互聯(lián);集中監(jiān)測系統(tǒng)與其他通信電源監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)C接口規(guī)范級聯(lián),如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)通道

中心站與端站網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)雙通道進行數(shù)據(jù)傳輸,地市與端站采用SDH專用網(wǎng)絡(luò)傳輸,省公司與端站采用MIS網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸,端站設(shè)備通過不同的路由節(jié)點傳送至中心站,再經(jīng)過防火墻、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與其他系統(tǒng)互聯(lián)互通,如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)通道部署

在中心站部署一臺三層交換機,用于IP地址分配,一臺防火墻對交換機入口進行安全防護,策略由省公司統(tǒng)一部署。

2.3 站端監(jiān)測裝置

端站監(jiān)測裝置由監(jiān)測單元SU、傳感器等設(shè)備組成,如圖3所示。

圖3 站端監(jiān)測裝置架構(gòu)

端站的監(jiān)測單元采用 ARM嵌入式系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)本地協(xié)議解析,并按照Web Service(B接口)規(guī)范轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控數(shù)據(jù),同時具有監(jiān)控模塊工況監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)存儲、告警數(shù)據(jù)處理等功能,裝置支持模擬量、狀態(tài)量、RS485/RS232等接口設(shè)備接入功能,監(jiān)控單元硬件接口配置滿足國網(wǎng)企業(yè)標準。

監(jiān)測單元(DAU-01)提供2路以太網(wǎng)接口;6路RS485接口,4路RS232接口;16路模擬量輸入接口;16路狀態(tài)量輸入接口;8路遙控輸出;同時提供兩路DC48 V電源供電[3]。配置4英寸觸摸屏,可以本地顯示和本地告警聯(lián)動。設(shè)備采用標準19英寸機箱,方便固定安裝。

供電方式:監(jiān)測單元SU采用站內(nèi)通信電源進行供電,支持主備用雙電源的供電方式。

協(xié)議處理:監(jiān)測單元具有本地協(xié)議解析及轉(zhuǎn)發(fā)功能、監(jiān)控模塊工況監(jiān)視功能以及本地歷史數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)處理和存儲的功能,當(dāng)傳輸鏈路中斷恢復(fù)應(yīng)能上報至集中系統(tǒng)。監(jiān)測單元同時具有環(huán)境采集和上傳功能。

采集方式:采集方式以協(xié)采為主,直采方式作為可選項;若協(xié)采信息不滿足監(jiān)測指標要求,增加直采裝置。

通信接口:監(jiān)測裝置支持B接口標準規(guī)范,可以進行數(shù)據(jù)雙向發(fā)送。

基于Linux的數(shù)據(jù)采集單元采用嵌入式操作系統(tǒng),集成了計算機技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。并具備本地實時監(jiān)測、本地數(shù)據(jù)處理、本地顯示、本地聯(lián)動等功能。負責(zé)對站端各種通信電源、DC變換電源、環(huán)境等設(shè)備的集中接入,配置電源協(xié)議解析動態(tài)庫、接摸屏數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備采集狀態(tài),并提供WebService、IEC61850、ModBus等規(guī)約服務(wù)。

2.4 監(jiān)測內(nèi)容及方式

監(jiān)測對象包括通信電源、通信專用DC/DC變換電源、蓄電池、溫濕度、水浸、煙霧、視頻等。

通信電源協(xié)議采集:對通信電源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測,通過通信電源系統(tǒng)的監(jiān)控單元的RS232/RS485接口連接端站的監(jiān)測單元SU,由監(jiān)測單元負責(zé)數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、B接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。通信電源系統(tǒng)核心監(jiān)測指標包括交流輸入電壓、整流輸出電壓、蓄電池組充放電電流、蓄電池組熔絲狀態(tài)、整流模塊狀態(tài)、通信狀態(tài)。

通信電源的直采:對于協(xié)議采集的通信電源數(shù)據(jù)監(jiān)測指標滿足不了要求的,通過增加電壓、電流等傳感器完善開關(guān)電源監(jiān)測指標,滿足通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的要求。傳感器直接接入至端站的監(jiān)測單元,由監(jiān)測單元負責(zé)將傳感器采集的數(shù)據(jù)與協(xié)議采集的數(shù)據(jù)進行整合,融合成開關(guān)電源的完整數(shù)據(jù),再通過標準B接口規(guī)范進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

通信專用 DC/DC 電源系統(tǒng): 對通信專用 DC/DC 電源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測,通過開關(guān)電源的監(jiān)控單元的RS232/RS485接口連接端站的監(jiān)測單元SU,由監(jiān)測單元負責(zé)數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、B接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。對于協(xié)議采集DC/DC電源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測指標滿足不了要求的,通過增加電壓、電流等傳感器完善DC/DC電源監(jiān)測指標,滿足通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的要求。通信專用DC/DC電源系統(tǒng)核心監(jiān)測指標包括直流輸入電壓、直流輸出電壓、DC/DC模塊狀態(tài)、通信狀態(tài)。

本地顯示:站端數(shù)據(jù)采集單元配有4寸觸摸屏,在屏幕上的“監(jiān)控設(shè)備列表”中可以查看到當(dāng)前設(shè)備告警信息。

聲光告警:在機柜頂上配置聲光報警器,對數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置越限閾值。當(dāng)發(fā)生告警時,聲光報警器發(fā)生告警提示,根據(jù)設(shè)備的告警等級顯示不同的顏色,方便巡檢人員及時發(fā)現(xiàn)告警。

3 AI技術(shù)核心應(yīng)用分析

智能數(shù)據(jù)采集:系統(tǒng)結(jié)合“視覺+AI”,利用光學(xué)、計算成像、智能算法等感知技術(shù),對收集的數(shù)據(jù)進行清理,以驗證和補充收集數(shù)據(jù)的準確性。系統(tǒng)根據(jù)規(guī)定的清洗條件對異常數(shù)據(jù)進行排除和過濾預(yù)處理,并針對缺失數(shù)據(jù)進行補充,以確保對應(yīng)數(shù)據(jù)收集的實效性和完備性,從而為后續(xù)數(shù)據(jù)進入深度智能分析提供基本保障。

智能故障告警:系統(tǒng)以專家知識庫中的大量錯誤信息及其原因用作基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并進行模擬運算,以建立用于動態(tài)環(huán)監(jiān)測的通用警報信息和原因模型數(shù)據(jù)庫。通過智能搜索和論證技術(shù)綜合分析各通信局站的實時運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),及時發(fā)現(xiàn)每個站點的隱藏錯誤,并發(fā)出警報。主要包括數(shù)據(jù)溢出、設(shè)備報警、遠程信號轉(zhuǎn)移、設(shè)備故障、庫存不足、亞健康設(shè)備和提升節(jié)點等。能在第一時間讓用戶了解動態(tài)環(huán)監(jiān)控中存在的異常信息。

智能運維:基于AI技術(shù)的應(yīng)用,開發(fā)了能結(jié)合實時采集數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)分析結(jié)果的系統(tǒng),并使用自主學(xué)習(xí)技術(shù)來檢測系統(tǒng)故障的原因、影響范圍、處理方案等,自動創(chuàng)建運維故障單,同時,系統(tǒng)將故障單分配給維護人員,可以快捷有效地提升運維速度與維保率。

智能趨勢分析:系統(tǒng)結(jié)合大量變電站的采集數(shù)據(jù),針對通信電源運作的情況、電源充放電的周期和時長、電源浮充時間和規(guī)律、機房溫度等數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)挖掘和推理技術(shù),建立準確可靠的預(yù)測模型進行綜合智能趨勢分析。從而對電源模塊配置、蓄電池備用時間、溫度變化等信息進行預(yù)測,為風(fēng)險評估提供輔助決策。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)分析:系統(tǒng)通過海量歷史數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合軟計算、圖譜分析、分析決策等技術(shù),獲得數(shù)據(jù)整體特征描述、關(guān)聯(lián)分析、精細化分類、模式識別等,這是無法用傳統(tǒng)查詢統(tǒng)計方法獲取的。為了得到這些有用信息,需要采用數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù),自動智能地對大數(shù)據(jù)分析、探索、挖掘,探尋數(shù)據(jù)的模式及特征,尋找數(shù)據(jù)的信息變化,從而最終能使用蘊藏在數(shù)據(jù)中的信息和知識。

4 系統(tǒng)應(yīng)用前景

基于AI智能分析技術(shù)在電力動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用,加強對通信設(shè)備的管理,可以提高對通信機房和設(shè)備監(jiān)控的準確性、完整性和及時性,強化對通信設(shè)備運行過程中的故障預(yù)判能力,保障通信設(shè)備的運行穩(wěn)定及指標正常;通過統(tǒng)一的管理界面和靈活多變的告警機制,實現(xiàn)對通信電源、專用DC電源系統(tǒng)、溫濕度、水浸、煙霧、蓄電池等設(shè)備運行狀態(tài)的集中監(jiān)控,能夠?qū)⒐收蠌氖潞筇幚磙D(zhuǎn)變?yōu)橹鲃颖O(jiān)控預(yù)防,若發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常,可以及時準確地通知維修員,既能提高應(yīng)急處理的響應(yīng)速度,又能提升運維能力,實現(xiàn)對通信室和設(shè)備運行的監(jiān)控、預(yù)判、告警、運行分析和評估的一體化智能管控。

本系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)下動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求,實現(xiàn)從數(shù)據(jù)的采集、分析到管理、監(jiān)控,形成一個完整的系統(tǒng)。并借助AI技術(shù)的優(yōu)勢提高系統(tǒng)的可拓展性、靈活性與穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

基于AI智能分析技術(shù)的電力動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),是綜合利用嵌入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等構(gòu)成的系統(tǒng)?；陔娏迎h(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)安全態(tài)勢感知開發(fā),可以形成基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用在不同業(yè)務(wù)場景下實際落地的安全解決方案。實現(xiàn)了通信設(shè)備的標準化運行管理,提升了對通信設(shè)備的管理水平,并提供了一個動態(tài)實時數(shù)據(jù)信息和決策平臺。簡而言之,基于現(xiàn)有條件,研究了動環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)運行模式的優(yōu)化和改進,以實現(xiàn)動環(huán)監(jiān)測的智能化運行和管理。