大數(shù)據(jù)視域下變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的研究

薛晴予， 孫 婷

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司虞城縣供電公司， 河南 商丘 476300）

0 引言

變電站是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用是將高電壓電能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱燃?jí)符合用戶要求的低電壓電能，供應(yīng)給用戶使用[1]。傳統(tǒng)的變電站監(jiān)控采集系統(tǒng)通常采用手動(dòng)巡檢方式，并依靠人工對(duì)變電站內(nèi)的各種設(shè)備進(jìn)行巡視和檢測(cè)，以此來(lái)發(fā)現(xiàn)、報(bào)警電力設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，這種方法缺乏及時(shí)性、精準(zhǔn)性和可靠性，容易出現(xiàn)漏檢、誤判等問(wèn)題[2]。因此，需要對(duì)變電站進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制，即將計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)等高科技手段應(yīng)用于變電站管理控制中，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制[3]。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高效、精準(zhǔn)和可靠的監(jiān)測(cè)和控制[4]。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?yàn)樽冸娬咀詣?dòng)化監(jiān)測(cè)提供強(qiáng)有力的支撐。變電站運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨量的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，得到更加精準(zhǔn)和高效的監(jiān)控結(jié)果，幫助工作人員更快地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而保證整個(gè)變電站設(shè)備處于健康、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的建立和發(fā)展，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性、提高能源利用效率和確保用戶用電需求，具有極其重要的意義[5]。

1 變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)是一個(gè)基于傳感器監(jiān)測(cè)、通信技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的綜合性系統(tǒng)。要建立一個(gè)高質(zhì)量的變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，需要從控制架構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器選擇和布置、數(shù)據(jù)傳輸安全和數(shù)據(jù)處理等方面入手?；诖?，本文建立了一款變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，其架構(gòu)設(shè)計(jì)采用分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為三個(gè)模塊，即變電站設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，如圖1 所示。

圖1 變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

變電站設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊是系統(tǒng)的核心，該模塊在變電站的重要區(qū)域設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)變電站的各項(xiàng)電氣參數(shù)、溫度、濕度以及物理特性等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)設(shè)置了大量的傳感器，包括電流、電壓、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、溫度、濕度和氣體濃度等多個(gè)參數(shù)，并實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)傳輸方面，采取了分級(jí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)部所有數(shù)據(jù)都采集到本地服務(wù)器中，并通過(guò)專用通訊線路上傳到變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的服務(wù)器端。采用多條通訊線路網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)冗余傳輸，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蛯?shí)時(shí)性。同時(shí)，采用了數(shù)據(jù)加密技術(shù)和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，確保能安全、快速地傳輸數(shù)據(jù)。

對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)中的機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。建立了一個(gè)基于大數(shù)據(jù)的變電站監(jiān)測(cè)模型，將數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)和故障診斷。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以有效分析變電站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提取變電站運(yùn)行的特征參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)模式識(shí)別，從而可以在變電站發(fā)生故障之前進(jìn)行判斷和預(yù)測(cè)，提高了對(duì)變電站設(shè)備故障的診斷和預(yù)測(cè)能力。

綜合來(lái)看，變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力、遠(yuǎn)程控制能力、數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)分析處理能力。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，掌握變電站設(shè)備的重要數(shù)據(jù)，讓變電站管理人員可以遠(yuǎn)程管理和進(jìn)行在線決策。

2 基于大數(shù)據(jù)的變電站異常故障處理流程研究

變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的作用是對(duì)變電站運(yùn)行中存在的異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，對(duì)異常情況及時(shí)進(jìn)行處理和解決，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。在變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的工作場(chǎng)景中，異常故障處理是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。因此，本文在大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)上，探討并研究變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中的異常故障處理問(wèn)題，提出了基于知識(shí)庫(kù)和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)兩種變電站異常故障處理流程。

2.1 基于知識(shí)庫(kù)的變電站異常故障處理流程

一種基于知識(shí)庫(kù)的變電站異常故障處理流程，如圖2 所示。知識(shí)庫(kù)是一個(gè)包含了各種異常信息和故障數(shù)據(jù)的集合，這些異常信息和故障數(shù)據(jù)都可以被用于指導(dǎo)后續(xù)的故障診斷和處理。在使用該系統(tǒng)時(shí)，一旦出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，專業(yè)人員能夠快速地搜索到解決方案并有效處理，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和高效性。

圖2 基于知識(shí)庫(kù)的變電站異常故障處理流程

從變電站各重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)設(shè)備處提取其狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理和特征提取，以確保其準(zhǔn)確性和可用性。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，篩選出有效特征數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)輸入到異常故障預(yù)測(cè)診斷模型中進(jìn)行分析。該預(yù)測(cè)模型是通過(guò)訓(xùn)練模型、融合數(shù)據(jù)，應(yīng)用深度學(xué)習(xí)等技術(shù)設(shè)計(jì)的，該預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括變電站各重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)以及各種統(tǒng)計(jì)信息等多方面數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，可以提高預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。在模型中，異常數(shù)據(jù)會(huì)被及時(shí)識(shí)別和分類，并根據(jù)其特征歸類，導(dǎo)出故障預(yù)測(cè)結(jié)果。

將異常故障監(jiān)測(cè)結(jié)果輸入到異常故障診斷知識(shí)庫(kù)中，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)分類，檢查是否在當(dāng)前已有知識(shí)庫(kù)中有相關(guān)記錄。若存在，則確認(rèn)為異常故障，并提供相關(guān)的解決方案。若該異常未被解決，系統(tǒng)就會(huì)生成異常報(bào)告，并進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理，進(jìn)而完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新。

2.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變電站異常故障處理流程

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變電站異常故障處理流程是一個(gè)集各種數(shù)據(jù)采集、分析、診斷、定位和解決方案輸出于一體的先進(jìn)系統(tǒng)，如圖3 所示。首先，獲取變電站各重點(diǎn)區(qū)域位置的監(jiān)測(cè)參數(shù)，并利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行標(biāo)簽識(shí)別。一旦發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，系統(tǒng)將很快進(jìn)入專家系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷流程。該專家系統(tǒng)擁有海量數(shù)據(jù)、研究經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等資源，并有著自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)性等高級(jí)功能，可以對(duì)異常信號(hào)快速進(jìn)行分析和診斷。

圖3 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變電站異常故障處理流程

在故障診斷階段，系統(tǒng)將對(duì)故障進(jìn)行定位、確定故障原因、進(jìn)行失效模式分析和失效機(jī)理分析，并輸出設(shè)備健康狀態(tài)，完善故障診斷記錄，進(jìn)而輸出解決方案。通過(guò)運(yùn)用數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)建模技術(shù)，可以對(duì)異常數(shù)據(jù)和故障的原因、機(jī)理進(jìn)行科學(xué)分析，從眾多解決方案中選擇最優(yōu)解決方案，并及時(shí)糾正和優(yōu)化故障處理流程，全面提高故障處理的效率。

2.3 兩種流程的對(duì)比研究

變電站異常故障處理是電力系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，變電站異常故障處理的方式也得到了一定程度的革新和創(chuàng)新?；诖?，本文提出了一種基于知識(shí)庫(kù)的變電站異常故障處理流程和一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變電站異常故障處理流程。

基于知識(shí)庫(kù)的異常故障處理流程是一種比較傳統(tǒng)的處理方式，是基于已有的專家、前人經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則等知識(shí)，建立起來(lái)的一個(gè)完整系統(tǒng)。在操作過(guò)程中，用于處理的數(shù)據(jù)會(huì)被分析和比較，從而匹配存在的故障模式，并通過(guò)查詢知識(shí)庫(kù)中的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則來(lái)解決問(wèn)題。這種方式所需的專業(yè)知識(shí)較為豐富和廣泛，建立知識(shí)庫(kù)所需要的資料和信息較為復(fù)雜，具有較高的使用難度和成本。而基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的異常故障處理方式則是一種新穎的處理方式，是在大數(shù)據(jù)支持下，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)和診斷變電站的異常狀態(tài)。這種方式所需的資源和技術(shù)比基于知識(shí)庫(kù)的方式較少，對(duì)于自動(dòng)化程度的提高和故障檢測(cè)的效率改善有顯著的作用?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的異常故障處理方式是從數(shù)據(jù)中獲取經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律進(jìn)行缺陷分析的，比基于知識(shí)庫(kù)的方法更加準(zhǔn)確。但是，如果樣本數(shù)據(jù)不充分，這種方法的優(yōu)勢(shì)就會(huì)銳減。

在變電站異常故障處理場(chǎng)景中，基于知識(shí)庫(kù)的處理方式和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的處理方式各有優(yōu)勢(shì)。前者的優(yōu)勢(shì)在于熟知故障模式，并且可以快速響應(yīng)。后者通過(guò)學(xué)習(xí)和分析大量數(shù)據(jù)，能夠提升效率和準(zhǔn)確性。因此，選擇哪一種方式取決于不同的工作場(chǎng)景和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，需要綜合考慮使用的成本、可靠性和可擴(kuò)展性等因素。

3 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測(cè)方法存在著監(jiān)測(cè)精度低、數(shù)據(jù)分析處理效率低、數(shù)據(jù)安全性差等一系列問(wèn)題，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今電網(wǎng)管理的需要。因此，本文在大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)上，探討并提出了一種變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為三個(gè)模塊：變電站設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。該系統(tǒng)在不同重點(diǎn)區(qū)域設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安裝大量傳感器來(lái)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)匯總至監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)，再將其上傳至變電站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，方便人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)和服務(wù)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)上傳至大數(shù)據(jù)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程訪問(wèn)，從而對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)和管理。

變電站異常故障處理是電力系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文提出了一種基于知識(shí)庫(kù)和一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變電站異常故障處理流程，并對(duì)二者的優(yōu)劣進(jìn)行了深入分析。結(jié)果表明，二者均有優(yōu)劣，選擇哪一種方式取決于不同的工作場(chǎng)景和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，需要綜合考慮使用的成本、可靠性和可擴(kuò)展性等因素。