董蕓州，王 誠(chéng)，符方友，何啟遠(yuǎn)，林 師，王新玉，邢博翔

(海南電網(wǎng)信息通信分公司，海南 ?？?570100)

0 引言

電力通信網(wǎng)絡(luò)是保障電力系統(tǒng)正常供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，電力通信的安全穩(wěn)定運(yùn)行是確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，因此有必要及時(shí)準(zhǔn)確地掌握電力通信的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，而電力通信巡檢能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力通信的異常隱患和缺陷[1-2]。近年來(lái)，隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的要求也越來(lái)越高，電力通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維也面臨較大的挑戰(zhàn)[3-4]。當(dāng)前電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維大都采用的是人工運(yùn)維方式，主要是通過(guò)工作人員手動(dòng)攜帶檢測(cè)終端對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)運(yùn)維。由于電力通信網(wǎng)運(yùn)維呈現(xiàn)全程全網(wǎng)的特點(diǎn)，增加了人工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維方式的工作量和難度，同時(shí)人工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維方式容易受工作人員主觀因素影響，從而導(dǎo)致可靠性差和效率低等問(wèn)題[5-6]。

針對(duì)上述電力通信網(wǎng)運(yùn)維所面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，目前被廣泛應(yīng)用的方法之一是遠(yuǎn)程智能運(yùn)維方式[7-8]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，將電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維相結(jié)合，給電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維模式帶來(lái)了新的方式。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其他工業(yè)應(yīng)用中的信息感知、存儲(chǔ)、傳輸和處理等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)全面感知、快速靈活組網(wǎng)、信息高效融合、通信方式靈活和信息高速處理等，且具有應(yīng)用方便靈活和智能化程度高等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[9-10]。但是與電力系統(tǒng)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維在管理和控制方面具有一定的差異性。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于新一代電力通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，也面臨著較大的挑戰(zhàn)。

鑒于此，本文在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基礎(chǔ)上，分析和設(shè)計(jì)了一種電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)。介紹了電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本特征和架構(gòu)，詳細(xì)分析了電力通信網(wǎng)以及智能運(yùn)維總體架構(gòu)，并重點(diǎn)闡述了數(shù)據(jù)配置處理、故障智能分析和預(yù)警集中監(jiān)視等智能運(yùn)維核心功能模塊。最后，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維的有效性。

1 電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

1.1 電力物聯(lián)網(wǎng)基本特征

電力物聯(lián)網(wǎng)采用現(xiàn)代先進(jìn)通信和信息技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)中的人、機(jī)、物進(jìn)行連接，對(duì)電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行相互滲透和深度融合，形成以電網(wǎng)為樞紐的數(shù)據(jù)共享體系，進(jìn)而能夠全面感知整個(gè)系統(tǒng)及不同環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠?qū)ο到y(tǒng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，且可實(shí)現(xiàn)不同單元功能的便捷靈活應(yīng)用。除此之外，電力物聯(lián)網(wǎng)基于泛在感知、高性能通信、數(shù)據(jù)信息處理和高級(jí)電力應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)電力流、數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流的一體化深度融合，以提升電網(wǎng)的安全運(yùn)行性能和效率。

電力物聯(lián)網(wǎng)具有以下特征：

a.終端泛在接入。在源網(wǎng)荷各個(gè)環(huán)節(jié)布置各類(lèi)傳感器，能夠廣泛實(shí)時(shí)接入各類(lèi)息數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)資源可采用多層次通信網(wǎng)進(jìn)行交互。

b.平臺(tái)開(kāi)放共享。技術(shù)、業(yè)務(wù)層面具有高度開(kāi)放特性，數(shù)據(jù)模型呈現(xiàn)標(biāo)注化的發(fā)展形態(tài)，使得多源信息數(shù)據(jù)高效融合、共享。

c.計(jì)算云霧協(xié)同。部署智能網(wǎng)關(guān)、云平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分層處理，提升云端在處理和提取邊緣側(cè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)能力。

d.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)。廣泛采集多源異構(gòu)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電力業(yè)務(wù)關(guān)鍵有效信息進(jìn)行提取。

e.應(yīng)用隨需定制。云平臺(tái)匯集存儲(chǔ)了海量的電力應(yīng)用信息數(shù)據(jù)，通過(guò)電力流、數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流的實(shí)時(shí)處理，能夠根據(jù)需求靈活定制業(yè)務(wù)。

1.2 電力物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)

電力物聯(lián)網(wǎng)的功能集成能量流、信息流和業(yè)務(wù)流于一體，其總體架構(gòu)如圖1所示，主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。其中，感知層通過(guò)多類(lèi)型傳感器設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面感知，結(jié)合感知的海量數(shù)據(jù)和控制決策單元對(duì)電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行感知；網(wǎng)絡(luò)層是以新一代通信技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)信息交互通道，網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景定制合理的通信方式；平臺(tái)層對(duì)電力系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)信息的互通和共享；應(yīng)用層是在平臺(tái)層基礎(chǔ)上，搭建多種應(yīng)用類(lèi)型的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的感知互動(dòng)。

圖1 電力物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)

2 電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)

2.1 電力通信網(wǎng)定義

電力通信網(wǎng)是一種為電網(wǎng)各種業(yè)務(wù)服務(wù)的專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)，是采用特定方式及通信方法，將終端裝置、傳輸設(shè)備和交換系統(tǒng)所連起來(lái)的一種通信整體。電力通信網(wǎng)的基本架構(gòu)如圖2所示。

圖2 電力通信網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)

電力通信網(wǎng)主要包括傳輸網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)和支撐網(wǎng)。其中，傳輸網(wǎng)是通信網(wǎng)的基礎(chǔ)，主要由傳輸設(shè)備和傳輸介質(zhì)所組成；業(yè)務(wù)網(wǎng)是通過(guò)傳輸網(wǎng)構(gòu)建的一種應(yīng)用網(wǎng)，協(xié)同支撐網(wǎng)來(lái)完成電網(wǎng)的不同業(yè)務(wù)應(yīng)用；支撐網(wǎng)是保證通信網(wǎng)能夠正常工作的網(wǎng)絡(luò)。

2.2 智能運(yùn)維總體架構(gòu)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，電力通信網(wǎng)所承載的業(yè)務(wù)量日益增多，傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)運(yùn)維模式限制了電力通信網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)運(yùn)維方式的弊端主要體現(xiàn)在：電力通信網(wǎng)運(yùn)維工作量日益加劇、運(yùn)維管理技術(shù)落后，以及缺乏有效的智能信息化管理手段。

針對(duì)傳統(tǒng)電力通信網(wǎng)運(yùn)維模式存在的不足，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息化運(yùn)維，有效減少運(yùn)維人員的工作量和提升電力通信網(wǎng)的運(yùn)維管理水平。結(jié)合電力物聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)的總體架構(gòu)，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 電力通信網(wǎng)智能運(yùn)維總體架構(gòu)

電力通信網(wǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)主要包括應(yīng)用層、技術(shù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)資源層和基礎(chǔ)設(shè)施層。其中，應(yīng)用層主要包括運(yùn)維知識(shí)庫(kù)、運(yùn)維決策、故障處理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、消息推送和待辦事項(xiàng)等；技術(shù)服務(wù)層利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)智能運(yùn)維的底層框架，包括應(yīng)用程序框架和服務(wù)程序框架；數(shù)據(jù)資源層主要是對(duì)采集的電力通信網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分類(lèi)、篩選、轉(zhuǎn)換、分析和處理等，利用電力物聯(lián)網(wǎng)的多源數(shù)據(jù)配置功能，能夠統(tǒng)一管理和調(diào)度電力通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)設(shè)施層是智能運(yùn)維的關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、服務(wù)器、物聯(lián)傳感器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)配置和無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)等。

2.3 智能運(yùn)維功能模塊

2.3.1 數(shù)據(jù)配置處理模塊

基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)配置處理模塊是電力通信網(wǎng)智能運(yùn)維的關(guān)鍵支撐模塊，其處于智能運(yùn)維體系的數(shù)據(jù)資源層，主要作用是快速采集、構(gòu)建信息系統(tǒng)，基本架構(gòu)如圖4所示。數(shù)據(jù)配置處理模塊采用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)通信網(wǎng)的多源信息進(jìn)行特征提取，構(gòu)建抽象元模型；采用新一代分布式面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)來(lái)描述模型的行為特征。相對(duì)于傳統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)配置處理模塊，可有效提升電力通信網(wǎng)運(yùn)維的數(shù)據(jù)配置處理速度和服務(wù)水平。

圖4 數(shù)據(jù)配置處理模塊基本架構(gòu)

2.3.2 故障智能分析模塊

電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維的故障智能分析系統(tǒng)處于智能運(yùn)維體系的應(yīng)用層，主要包括故障歷史知識(shí)庫(kù)、故障定位、故障判斷、業(yè)務(wù)影響分析、故障關(guān)聯(lián)分析和故障預(yù)警等功能。其中，故障歷史知識(shí)庫(kù)是記錄電力通信網(wǎng)的不同故障數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建的故障知識(shí)庫(kù)，為后續(xù)故障決策提供參考；故障定位和判斷主要是從電力通信網(wǎng)的空間物理位置以及網(wǎng)路邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)定位顯示故障，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的判斷和定位；業(yè)務(wù)影響分析是對(duì)引起電力通信網(wǎng)絡(luò)故障的影響因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析；故障關(guān)聯(lián)分析是對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)不同故障之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析；故障預(yù)警是利用電力通信網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史知識(shí)庫(kù)，依據(jù)智能預(yù)警算法來(lái)對(duì)電力通信網(wǎng)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。以上功能模塊的共同作用即可實(shí)現(xiàn)故障智能決策。此外，系統(tǒng)根據(jù)故障歷史知識(shí)庫(kù)，采用人工智能算法對(duì)故障進(jìn)行診斷，并將故障診斷結(jié)果歸檔至故障歷史知識(shí)庫(kù)。故障智能分析系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 電力通信網(wǎng)故障智能分析模塊邏輯結(jié)構(gòu)

2.3.3 預(yù)警集中監(jiān)視模塊

預(yù)警配置管理能夠接收、處理和展示預(yù)警定義功能，而集中監(jiān)視模塊實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)預(yù)警信息和業(yè)務(wù)信息的集中匯總，并進(jìn)行了統(tǒng)一分類(lèi)展示，能夠集中監(jiān)視以及管理電力通信網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。其中，電力通信網(wǎng)按照網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型可分為工業(yè)以太網(wǎng)、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)和無(wú)線公網(wǎng)等。預(yù)警監(jiān)視主要包括預(yù)警采集、預(yù)警分類(lèi)、預(yù)警顯示、預(yù)警提示、預(yù)警操作、預(yù)警狀態(tài)計(jì)算和預(yù)警查詢等。預(yù)警集中監(jiān)視模塊的基本結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 預(yù)警集中監(jiān)視模塊邏輯結(jié)構(gòu)

3 實(shí)際測(cè)試結(jié)果

為驗(yàn)證基于物聯(lián)網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)的有效性，在國(guó)內(nèi)某局部電網(wǎng)進(jìn)行了電力通信網(wǎng)智能運(yùn)維的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的性能進(jìn)行了對(duì)比分析[6]。其中，傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)運(yùn)維系統(tǒng)存在運(yùn)維方式煩瑣、信息量遺漏、設(shè)備核實(shí)難度大等弊端，通信數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和處理效率較低。電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。

圖7 電力通信網(wǎng)通信數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果

由仿真結(jié)果可以看出，采用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)，在通信數(shù)據(jù)采集、傳輸以及分析處理方面的效率和準(zhǔn)確度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)，使電力通信網(wǎng)的運(yùn)維精度提高25%左右。

因此，采用基于電力物聯(lián)網(wǎng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)之后，利用物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)等技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過(guò)專(zhuān)控的移動(dòng)終端技術(shù)能夠?qū)﹄娏νㄐ啪W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行可視化管理，從而構(gòu)建可視化、主動(dòng)化、智能化的電力通信網(wǎng)絡(luò)在線運(yùn)維體系，有效提高了電網(wǎng)專(zhuān)業(yè)管理人員以及電力通信網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)檢修、運(yùn)維人員的效率。智能運(yùn)維系統(tǒng)以實(shí)時(shí)化信息共享交互手段、網(wǎng)絡(luò)化在線技術(shù)有效提升了電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的智能化水平，實(shí)現(xiàn)了高效、可靠和安全的電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維存在的不足，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)，以及利用人工智能的機(jī)房智能巡檢、輔助排障和作業(yè)監(jiān)護(hù)裝置應(yīng)用的電力通信信息網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)。首先介紹了電力物聯(lián)網(wǎng)的基本特征和功能架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了電力通信網(wǎng)總體架構(gòu)和智能運(yùn)維總體架構(gòu)，并重點(diǎn)闡述了數(shù)據(jù)配置處理模塊、故障智能分析模塊和預(yù)警集中監(jiān)視模塊等智能運(yùn)維核心功能模塊。所設(shè)計(jì)的智能運(yùn)維系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)電力通信數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和管控，能夠完成電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管控平臺(tái)的互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)絡(luò)的智能化運(yùn)維目標(biāo)，為機(jī)房智能巡檢、巡視機(jī)器人等形態(tài)的人工智能技術(shù)手段應(yīng)用于機(jī)房的智能化運(yùn)維提供方向性的指引。最后，將所提的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)在實(shí)際電網(wǎng)中進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明，所提的電力通信網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維系統(tǒng)，有效提升了電力通信網(wǎng)絡(luò)的信息應(yīng)用管控水平、運(yùn)維工作效率和安全可靠性。