◆趙 盟 王 馨 鄭一博 許 鵬

冀北智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

◆趙 盟2王 馨1鄭一博1許 鵬2

（1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 北京 100045；2.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司 北京 100053）

系統(tǒng)按需求集成多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，將設(shè)備基礎(chǔ)臺(tái)賬、空間信息、運(yùn)行信息、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、狀態(tài)監(jiān)測(cè)告警和公網(wǎng)氣象預(yù)警等信息整合在一起，實(shí)現(xiàn)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估、發(fā)布、預(yù)防和跟蹤；利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行深度挖掘，從不同維度分析出設(shè)備缺陷與生產(chǎn)廠家、設(shè)備缺陷與地理位置、設(shè)備缺陷與運(yùn)維管理水平之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成多層次全方位的電網(wǎng)管控體系，為公司領(lǐng)導(dǎo)提供全局概況；為生產(chǎn)管理部門提供輔助決策和智能化管理平臺(tái)。

業(yè)務(wù)集成；大數(shù)據(jù)分析；全局概況；智能化

0 引言

隨著國(guó)網(wǎng)信息化建設(shè)的推進(jìn)，一大批基礎(chǔ)平臺(tái)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)上線運(yùn)行，大幅提升了電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)維管理水平，同時(shí)也積累了海量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和歷史記錄，為下一代智能系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。但由于各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)繁多、分工精細(xì)，運(yùn)維人員需要訪問(wèn)不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，來(lái)回切換，很容易迷失在對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的操作中，難以對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行情況有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)。

智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)，為解決上述問(wèn)題提供了一種新的解決方法和途徑。智能運(yùn)維管控系統(tǒng)以電網(wǎng)GIS平臺(tái)、PMS2.0為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將多源、多業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)融合在一起，開(kāi)展基于數(shù)據(jù)的圖形展示與分析研究，實(shí)現(xiàn)了跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)了多緯度、多業(yè)務(wù)全局分析的功能，避免了多系統(tǒng)切換查看數(shù)據(jù)的尷尬，使運(yùn)維檢修管理工作更為全面和智能；同時(shí)系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)的圖形展示和分析手段，以地理信息、各類圖表將統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表達(dá)出來(lái)，更易看出變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律，并且直觀明了，使分析結(jié)果更加具有說(shuō)服力。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1多元信息融合技術(shù)

運(yùn)用包含企業(yè)服務(wù)總線ESB[1,2,3]、智能電網(wǎng)AC2總線[4]等在內(nèi)的多元信息融合方案，在包括設(shè)備靜態(tài)臺(tái)賬信息、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息、現(xiàn)場(chǎng)視頻信息、基礎(chǔ)地理信息、機(jī)器人無(wú)人機(jī)巡檢信息、電網(wǎng)資源地理信息等數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與雷電定位系統(tǒng)、D5000調(diào)度系統(tǒng)[5]、智能變電站、電能質(zhì)量、配電搶修等多種新建、在建信息系統(tǒng)的信息集成，形成豐富和較為完備的信息資源庫(kù)，將多維度、多種類、多結(jié)構(gòu)、多媒體信息進(jìn)行融合，綜合處理，綜合評(píng)價(jià)，從而全面掌控生產(chǎn)管理和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

1.2遠(yuǎn)程診斷技術(shù)

系統(tǒng)充分利用多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，電網(wǎng)空間分析與展示技術(shù)，通過(guò)對(duì)不良工況等相關(guān)信息的接入，擴(kuò)展對(duì)設(shè)備缺陷的診斷維度和設(shè)備覆蓋范圍，完善設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，運(yùn)用故障模式分析、故障樹(shù)分析等方法建立專家知識(shí)庫(kù)，運(yùn)用基于可信度的序慣推理及案例推理，充分考慮相關(guān)事件的影響，實(shí)現(xiàn)基于完備基礎(chǔ)信息接入的輸變電設(shè)備狀態(tài)診斷，從而提高檢修決策的針對(duì)性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期的狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估。

1.3設(shè)備智能診斷技術(shù)

基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，開(kāi)展智能診斷分析研究，建立基于設(shè)備臺(tái)賬運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、技術(shù)監(jiān)督信息、氣象、負(fù)荷等數(shù)據(jù)信息的設(shè)備智能診斷分析方法，預(yù)測(cè)故障發(fā)生和發(fā)展的可能，展示設(shè)備可靠性參數(shù)隨運(yùn)行年限、氣候環(huán)境、異常工況、負(fù)載狀態(tài)等相關(guān)因素的變化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸變電設(shè)備輸電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與維護(hù)決策的有效支撐。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型有設(shè)備圖形、設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)行狀態(tài)、雷電數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、360度全景照片、智能巡檢數(shù)據(jù)、專題圖數(shù)據(jù)、故障跳閘、輸電重要通道、交叉跨越等。每類數(shù)據(jù)都有各自的來(lái)源,電網(wǎng)GIS平臺(tái)提供設(shè)備圖形和專題圖數(shù)據(jù)；PMS2.0提供設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)行管理信息；狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；調(diào)度系統(tǒng)D5000提供雷電和故障跳閘記錄；氣象數(shù)據(jù)從公網(wǎng)接入；360度全景照片來(lái)自無(wú)人機(jī)近距離對(duì)線路和變電站的拍照；智能巡檢數(shù)據(jù)來(lái)自直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人巡檢記錄；專題圖數(shù)據(jù)則是電網(wǎng)公司每年制作的污區(qū)圖、風(fēng)區(qū)圖、雷害圖、冰區(qū)圖等。上述信息在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中心[6]和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匯聚，詳情如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源

3 總體設(shè)計(jì)

3.1應(yīng)用平臺(tái)

智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的應(yīng)用平臺(tái)有ArcGIS API for Flex[7]和Oracle 11g，前者用于前端界面的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)在地圖上疊加電網(wǎng)資源、繪制設(shè)備符號(hào)、標(biāo)注相關(guān)信息，進(jìn)行空間計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化分析；后者用來(lái)存儲(chǔ)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、公網(wǎng)氣象、巡檢機(jī)器人和無(wú)人機(jī)定時(shí)和實(shí)時(shí)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)配置等數(shù)據(jù)。

3.2架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能運(yùn)維管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備空間圖形、基礎(chǔ)臺(tái)賬和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成，通過(guò)空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)的融合、分析計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)信息的可視化綜合展示。系統(tǒng)總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、應(yīng)用服務(wù)層、表現(xiàn)層[8]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，對(duì)接入的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、公網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)、雷電數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置信息，包括圖形、屬性，通過(guò)數(shù)據(jù)層進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)管理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析存儲(chǔ)系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，包括圖形數(shù)據(jù)、智能巡檢數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還有用戶、權(quán)限、配置等數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層提供訪問(wèn)數(shù)據(jù)的接口，業(yè)務(wù)邏輯層通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)和文件中的圖形數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)和臺(tái)賬數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢?cè)L問(wèn)；數(shù)據(jù)訪問(wèn)層同時(shí)提供數(shù)據(jù)接入服務(wù)，用于訪問(wèn)其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)以服務(wù)方式對(duì)外發(fā)布的數(shù)據(jù)，完成對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)、氣象服務(wù)器數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和存儲(chǔ)入庫(kù)工作。

（3）應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層提供各類數(shù)據(jù)信息展現(xiàn)和查詢分析服務(wù)，主要包含電網(wǎng)圖形服務(wù)、屬性信息服務(wù)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù)、其它信息服務(wù)四大類，每大類服務(wù)又包含不同的信息服務(wù)，這些服務(wù)通過(guò)封裝不同的業(yè)務(wù)邏輯組件實(shí)現(xiàn)，另外還可以通過(guò)企業(yè)服務(wù)總線調(diào)用其他業(yè)務(wù)服務(wù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)部分功能。這些服務(wù)可以被表現(xiàn)層各類應(yīng)用調(diào)用。

（4）表現(xiàn)層

表現(xiàn)層通過(guò)調(diào)用應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)前端業(yè)務(wù)功能，供用戶交互操作。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，主要用來(lái)訪問(wèn)電網(wǎng)GIS平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心，通過(guò)使用富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，形象直觀的提供電網(wǎng)圖形瀏覽、業(yè)務(wù)信息展示、綜合告警管理、統(tǒng)計(jì)分析和圖表綜合展示功能；此外可以直接查看電網(wǎng)圖形關(guān)聯(lián)的設(shè)備臺(tái)賬信息和其他相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)圖數(shù)互查等交互界面相對(duì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景。

4 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)作為PMS2.0的高級(jí)應(yīng)用，按照業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)了圖形管理、信息統(tǒng)計(jì)、通道管理、智能巡檢、在線監(jiān)測(cè)、特殊區(qū)域、雷電管理、360全景掃描、故障測(cè)距、氣象展示、運(yùn)維檢修、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、缺陷分析、狀態(tài)分析、技術(shù)監(jiān)督、多源數(shù)據(jù)可視化等大功能模塊，其中后六個(gè)模塊為系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用功能。每一個(gè)功能模塊由若干小模塊和功能點(diǎn)組成，共同完成同一業(yè)務(wù)所涉及的功能。

由于功能模塊多不能一一介紹，下面以在線監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊為例，介紹系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)情況。

4.1在線監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)包括輸電在線監(jiān)測(cè)和變電在線監(jiān)測(cè)兩大類。模塊提供總覽和分項(xiàng)設(shè)備信息展示窗口?？傆[頁(yè)面提供監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行年限統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)廠家統(tǒng)計(jì)、資產(chǎn)歸屬統(tǒng)計(jì)等功能；分項(xiàng)設(shè)備信息展示窗口提供裝置地理分布圖、導(dǎo)航樹(shù)、簡(jiǎn)要統(tǒng)計(jì)面板、詳細(xì)信息展示以及歷史數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)功能。地理分布圖上形象展示分項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)備裝置地理分布情況；導(dǎo)航樹(shù)提供監(jiān)測(cè)設(shè)備在輸電線路、變電站下的安裝情況；簡(jiǎn)要統(tǒng)計(jì)面板統(tǒng)計(jì)該類監(jiān)測(cè)設(shè)備的總量及各地市安裝量；詳細(xì)信息展示面板提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、各類統(tǒng)計(jì)曲線，繪制日平均值的月度/年度曲線、日最大值的月度/年度曲線，展示一段歷史時(shí)間內(nèi)的最大值、最小值、平均值等。

借助上述功能點(diǎn)的操作，運(yùn)維檢修員可以全面掌握輸電線路、變電站內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況，當(dāng)前運(yùn)行情況，查看監(jiān)測(cè)點(diǎn)的當(dāng)前測(cè)量值和變化趨勢(shì)。

4.2風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是系統(tǒng)的核心功能，包括輸電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警、在線監(jiān)測(cè)告警、公網(wǎng)氣象預(yù)警和火山預(yù)警6個(gè)高級(jí)功能。每個(gè)功能背后建立了相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及閥值條件，以及配合這些條件自行處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的流程步驟，集成了多種分析手段，體現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化水平。下面以公網(wǎng)氣象預(yù)警為例來(lái)說(shuō)明風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

（1）建立氣象災(zāi)害預(yù)警量化指標(biāo)庫(kù)

通過(guò)分析近幾年來(lái)由氣象災(zāi)害引發(fā)的電網(wǎng)故障及其發(fā)生的原因，以及故障發(fā)生時(shí)的氣象條件，初步確定各類氣象災(zāi)害可能發(fā)生的量化的氣象指標(biāo)條件。

為了規(guī)則庫(kù)的修改維護(hù)方便和靈活，這些氣象災(zāi)害類型、等級(jí)以及氣象指標(biāo)條件可以進(jìn)行自定義。氣象災(zāi)害預(yù)警量化指標(biāo)庫(kù)的建立，為氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化批量處理與實(shí)時(shí)在線決策分析提供了基礎(chǔ)。

（2）建立智能氣象災(zāi)害預(yù)警機(jī)制

氣象災(zāi)害預(yù)警機(jī)制是處理氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，生成氣象災(zāi)害預(yù)警信息的一套流程(見(jiàn)圖3)，主要分為數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、指標(biāo)判定、預(yù)警記錄生成、預(yù)警區(qū)域圖形生成、預(yù)警區(qū)域圖形融合、預(yù)警影響范圍分析、提煉預(yù)警信息和發(fā)送預(yù)警信息九個(gè)步驟。流程執(zhí)行實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

①系統(tǒng)通過(guò)后臺(tái)任務(wù)定時(shí)獲取氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行解析和存儲(chǔ)；

②根據(jù)預(yù)警指標(biāo)庫(kù)中指標(biāo)對(duì)氣象數(shù)據(jù)文件中的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，用于氣象預(yù)警分析；

③然后根據(jù)氣象預(yù)警類型的氣象指標(biāo)條件進(jìn)行SQL提取，將各類氣象預(yù)警類的氣象指標(biāo)條件翻譯成對(duì)氣象數(shù)據(jù)的條件過(guò)濾語(yǔ)句，對(duì)氣象數(shù)據(jù)表執(zhí)行過(guò)濾查詢；

④將過(guò)濾查詢結(jié)果即氣象預(yù)警記錄存儲(chǔ)到單獨(dú)的表中，再根據(jù)預(yù)警類型及預(yù)警級(jí)別閥值對(duì)氣象預(yù)警信息分類；

⑤將氣象預(yù)警記錄與測(cè)點(diǎn)記錄表進(jìn)行關(guān)聯(lián)，獲取預(yù)警記錄的位置信息。通過(guò)位置信息生成一個(gè)空間點(diǎn)，對(duì)空間點(diǎn)執(zhí)行空間緩沖區(qū)分析，使用的緩沖半徑取自預(yù)警類型中的影響半徑的定義；

⑥對(duì)于同一天同一預(yù)警類型且同一級(jí)別的預(yù)警區(qū)域圖形，如果相交，則需要進(jìn)行合并，生成一個(gè)新的預(yù)警區(qū)域圖形對(duì)象；

⑦每一預(yù)警區(qū)域圖形對(duì)象作為空間查詢對(duì)象，對(duì)設(shè)備圖層（桿塔、變電站等）執(zhí)行空間查詢（包含關(guān)系），查詢結(jié)果為該預(yù)警區(qū)域圖形對(duì)象的影響范圍；

⑧對(duì)這些查詢結(jié)果（設(shè)備記錄）進(jìn)行單獨(dú)存儲(chǔ)（存到預(yù)警區(qū)域影響范圍表），同時(shí)記錄與之相關(guān)的預(yù)警區(qū)域圖形對(duì)象ID；匯總分析預(yù)警區(qū)域圖形的影響范圍，生成一條有關(guān)氣象預(yù)警時(shí)間、內(nèi)容的消息記錄；

⑨以手機(jī)短息和郵件形式自動(dòng)將預(yù)警信息發(fā)送給生產(chǎn)一線專責(zé)。

整個(gè)流程涉及GIS空間分析、消息發(fā)送和數(shù)據(jù)分析多項(xiàng)技術(shù)。

系統(tǒng)每天自動(dòng)接收氣象局提供的未來(lái)三天的氣象預(yù)報(bào)信息和天氣預(yù)報(bào)信息，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析后根據(jù)預(yù)警類型指標(biāo)定義自動(dòng)提取預(yù)警區(qū)域和受影響的范圍，經(jīng)手機(jī)短信和郵件形式自動(dòng)將預(yù)警信息發(fā)給生產(chǎn)一線專責(zé)。

圖3 氣象在災(zāi)害預(yù)警機(jī)制

（3）氣象災(zāi)害預(yù)警信息確認(rèn)

由系統(tǒng)自動(dòng)生成的預(yù)警信息經(jīng)人工檢驗(yàn)后，在預(yù)警記錄信息上添加確認(rèn)標(biāo)簽和注釋信息。通過(guò)信息確認(rèn)統(tǒng)計(jì)出預(yù)警的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度低的，表明指標(biāo)庫(kù)存在改進(jìn)的需求。指標(biāo)的調(diào)整需要不斷觀察和總結(jié)、修改，逐步提高災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確度。

5 結(jié)語(yǔ)

智能運(yùn)維管控系統(tǒng)的建設(shè)，為多元數(shù)據(jù)信息融合，建立多層次多方位的電網(wǎng)管控體系進(jìn)行了一次富有成效地探索和研究。特別是將設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、在線監(jiān)測(cè)告警和公網(wǎng)氣象預(yù)警相結(jié)合，構(gòu)建了一套電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估、發(fā)布、預(yù)防和跟蹤，為電網(wǎng)運(yùn)維提供了智能化手段，提升了電網(wǎng)運(yùn)維管理的智能化水平。

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