基于物聯(lián)網(wǎng)的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法

摘 要：電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法主要利用離散小波變換處理設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，但該方法易受降采樣分量噪聲影響，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)無法擬合。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)生成了電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測算法，實(shí)現(xiàn)了電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該監(jiān)測方法監(jiān)測的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合較好，監(jiān)測歸一化指標(biāo)較高，具有可靠性，為提高電力設(shè)備的運(yùn)行安全性、降低電力設(shè)備維護(hù)難度作出了一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；電力；全維度；狀態(tài)監(jiān)測；設(shè)備維護(hù)；電氣安全

中圖分類號(hào)：TP27；TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）09-00-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.010

0 引 言

電力設(shè)備是一種重要的輸配電設(shè)備，具備電壓轉(zhuǎn)換、控制保護(hù)功能。常見的電力設(shè)備包括發(fā)配電設(shè)備、控制設(shè)備、保護(hù)設(shè)備等[1-2]。全維度監(jiān)測指對(duì)設(shè)備的不同維度進(jìn)行全面監(jiān)測預(yù)警[3]，可以提高設(shè)備使用效果[4]。為保證電力系統(tǒng)供配電質(zhì)量，需要一種可靠的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

方法。

電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）通過紅外線等手段監(jiān)測電力設(shè)備的溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的過熱和異常發(fā)熱情況，預(yù)防因溫度過高而引起的設(shè)備故障[5]；

（2）通過振動(dòng)傳感器監(jiān)測電力設(shè)備的振動(dòng)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的振動(dòng)異常和機(jī)械故障，保障設(shè)備的安全；

（3）通過測量電力設(shè)備的絕緣電阻、介質(zhì)損耗等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣故障和老化問題[6]；

（4）通過監(jiān)測電力設(shè)備的電流、電壓等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的電氣故障和異常運(yùn)行情況，保障設(shè)備的電氣安全[7]。

但上述方法易受降采樣分量噪聲影響，得到的監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，本文基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法。

1 電力全維度設(shè)備狀態(tài)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測方法設(shè)計(jì)

1.1 處理電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息

設(shè)計(jì)的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法首先利用信息聚合法處理了電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息處理的必要步驟生成電力全維度設(shè)備狀態(tài)信息處理模型，如

圖1所示。電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息處理的關(guān)鍵步驟[8]如下：

第一步，清洗交換采集的電力設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，剔除噪聲數(shù)據(jù)，并壓縮數(shù)據(jù)；

第二步，將采集到的監(jiān)測狀態(tài)信息進(jìn)行有效分類與二維關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集聚合；

第三步，根據(jù)多維關(guān)聯(lián)信息的相似度匹配狀態(tài)提取全景特征，作為決策支持；

第四步，決策級(jí)融合[9]，按照監(jiān)測需求修正決策分區(qū)，輸出可靠狀態(tài)監(jiān)測信息數(shù)據(jù)。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)生成全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以全面感知電力設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測?；谖锫?lián)網(wǎng)生成的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如

圖2所示。

在設(shè)備感知層，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)部署傳感器，如RFID、溫濕度傳感器、壓力傳感器等，實(shí)時(shí)采集狀態(tài)信息[10]；在數(shù)據(jù)傳輸層，通過物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，即采用ZigBee、WiFi等無線傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)處理層，利用云計(jì)算處理海量數(shù)據(jù)，提取狀態(tài)信息，并評(píng)估和預(yù)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；在設(shè)備監(jiān)測層，通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)展示；在預(yù)警與控制層[11]，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)預(yù)警和智能控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，通過智能控制技術(shù)遠(yuǎn)程控制設(shè)備。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以最大程度提高電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的可靠性。

1.3 設(shè)計(jì)電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測算法

電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測過程中計(jì)算量較大、計(jì)算難度大，容易增加監(jiān)測時(shí)延，降低實(shí)時(shí)性。為解決該問題，設(shè)計(jì)了電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測算法，首先提取電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測特征D，公式為：

（1）

式中：ak代表監(jiān)測采樣幅值；x（n）代表監(jiān)測輸出分量；gn代表監(jiān)測參數(shù)。變換處理不同的監(jiān)測特征，表達(dá)式如下：

（2）

式中：x（t）代表監(jiān)測時(shí)域：Kr代表監(jiān)測瞬時(shí)頻率。不同類型的監(jiān)測特征具備不同的擬合關(guān)系，可以對(duì)其進(jìn)行變換分析，生成監(jiān)測變換式如下：

（3）

式中：τ代表監(jiān)測時(shí)寬；Δt代表監(jiān)測采樣間隔；f代表變換頻域；H代表變換參量。根據(jù)上述變換式得到監(jiān)測互相關(guān)系數(shù)C（τ）表達(dá)式如下：

（4）

式中：FΩ代表子時(shí)間窗口；FΩ+1代表監(jiān)測窗口；代表向量歸一化計(jì)算。根據(jù)相關(guān)系數(shù)確定監(jiān)測數(shù)據(jù)集合特征，生成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測算法表達(dá)式為：

（5）

式中：SKmax代表異常監(jiān)測維度。利用該監(jiān)測算法可以獲取監(jiān)測時(shí)間維度參數(shù)，提高監(jiān)測實(shí)時(shí)性。

2 實(shí) 驗(yàn)

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法的監(jiān)測效果，本文選取了可靠的監(jiān)測實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將本文方法與文獻(xiàn)[6]、文獻(xiàn)[7]的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)要求，選取Hadoop集群搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并通過Linux系統(tǒng)輔助開發(fā)，核心為Ubuntu Server，共包括7臺(tái)14核主機(jī)（6臺(tái)為雙核，內(nèi)存為2 GB；1臺(tái)為Dell 4核服務(wù)器主機(jī)，內(nèi)存為256 GB）。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為Hadoop 1.0.4、Hbase 0.90.3、Java 1.6，利用交換機(jī)與通信組網(wǎng)連接。為降低設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)的運(yùn)算難度，本文調(diào)整6臺(tái)主機(jī)配置為DataNode＼JobTracker，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。

待集群主機(jī)結(jié)構(gòu)連接后，配置實(shí)驗(yàn)軟件及參數(shù)，其中NameNode主機(jī)的IP設(shè)置為192.168.0.2，使用JDK、SSH、Hadoop、Hbase安裝軟件安裝，承擔(dān)主/從節(jié)點(diǎn)任務(wù)；NameNode01、NameNode02、NameNode03、NameNode04、NameNode05、NameNode06主機(jī)的IP分別設(shè)置為192.168.0.11、192.168.0.12、192.168.0.13、192.168.0.14、192.168.0.15、192.168.0.16，使用JDK、SSH、Hadoop、Hbase安裝軟件安裝，承擔(dān)從節(jié)點(diǎn)1、2、3、4、5、6任務(wù)。根據(jù)監(jiān)測任務(wù)數(shù)量進(jìn)行占用內(nèi)存配置與調(diào)優(yōu)，設(shè)置的實(shí)驗(yàn)Hbase內(nèi)存配置代碼如圖4所示。

對(duì)上述代碼進(jìn)行處理后，輸出實(shí)驗(yàn)任務(wù)執(zhí)行端口號(hào)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)歸一化指標(biāo)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

選取某500 kV變電站變壓器作為研究對(duì)象，分別采用本文方法、文獻(xiàn)[6]的基于模糊層次分析的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法以及文獻(xiàn)[7]的考慮自適應(yīng)去噪算法的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1所列。其中：a為合閘時(shí)間；b為合閘速度；c為分閘時(shí)間；d為分閘速度；e為合閘直流電阻；f為分閘直流電阻；g為三相電流不平衡度。

由表1可知，本文監(jiān)測方法在不同監(jiān)測狀態(tài)量下監(jiān)測的電力設(shè)備數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)較擬合，歸一化指標(biāo)較高，監(jiān)測時(shí)延較短，且能成功進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警；文獻(xiàn)[6]的監(jiān)測方法以及文獻(xiàn)[7]的監(jiān)測方法在不同監(jiān)測狀態(tài)量下監(jiān)測的電力設(shè)備數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)相差較大，且歸一化指標(biāo)偏低，監(jiān)測時(shí)延較長，在部分狀態(tài)下難以進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的電力全維度設(shè)備監(jiān)測方法的監(jiān)測效果較好，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 語

電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測是指對(duì)電力設(shè)備的各種參數(shù)進(jìn)行全面監(jiān)測和分析，包括溫度、振動(dòng)、絕緣等參數(shù)。受信號(hào)特征處理等因素的影響，常規(guī)的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法的監(jiān)測效果較差，不符合目前的監(jiān)測要求。因此，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種全新的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的電力全維度設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法的監(jiān)測效果較好，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價(jià)值，為提高設(shè)備的安全可靠性、降低設(shè)備的維護(hù)成本作出了一定的貢獻(xiàn)。

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收稿日期：2024-01-17 修回日期：2024-02-19

作者簡介：劉金浦（1979—），女，河南南陽人，碩士，副教授，研究方向?yàn)殡姎夤こ獭?/p>