國能大渡河新能源投資有限公司 鄒 浩 姚福明 舒曉東 侯 璐

隨著社會的不斷發(fā)展，時代的日益更迭，智能電網(wǎng)也逐步步入了成熟化發(fā)展里程，在結(jié)合通訊技術(shù)以及網(wǎng)絡技術(shù)的測量手段下，能夠?qū)﹄娏W(wǎng)絡的各個節(jié)點進行更加全面且深入地監(jiān)控，為精確掌握電氣設備的運行工況和事故提供決策信息[1]。對電氣設備進行溫度測量，是當前控制電路故障的主要方法之一，在超高壓和超高電磁等多種因素的影響下，電力系統(tǒng)若持續(xù)不斷地運行就必然會對其內(nèi)置設備產(chǎn)生破壞，一旦出現(xiàn)電力事故就會導致多條主干線路產(chǎn)生斷電的巨大危害。但是由于現(xiàn)階段我國對于電氣設備監(jiān)控關注的焦點依舊放在本體設備的故障信息收集當中，缺乏不同設備之間信息的有效交流，能夠進行關聯(lián)的有效數(shù)據(jù)不能形成閉環(huán)，對可能存在或者即將發(fā)生的事故不能作出及時預測[2]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要發(fā)揮的作用是對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行有效整合，在所需要的歷史數(shù)據(jù)中能夠形成聯(lián)系的網(wǎng)絡框架，以及對需要監(jiān)測的設備進行數(shù)據(jù)獲取和處理[3]。由于無線傳感系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點的體積設置過大，在對電氣設備進行全程溫度感知的時候，定位效果并不理想，這在一定程度上會導致數(shù)據(jù)的精準度出現(xiàn)偏低狀況，研究基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣設備溫度感知系統(tǒng)設計方法。此次在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下對電氣設備的感知系統(tǒng)進行科學設計，通過對不同線路中的電氣設備采集點進行設置，彌補原有無線傳感系統(tǒng)的不足，為電氣設備的穩(wěn)定運行提供理論方面的強力支持。

在硬件設計方面，以物聯(lián)網(wǎng)重新構(gòu)建溫度感知框架，對需要監(jiān)測的設備進行多個模塊設定。在軟件設計方面，基于物聯(lián)網(wǎng)定位電氣設備監(jiān)測節(jié)點，最小風險決策聯(lián)動感知設備溫度，完成基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣設備溫度感知系統(tǒng)方法設計。實驗結(jié)果表明：以實際運行的變壓器設備為測試條件，在進行超高壓電力運輸時監(jiān)測其實時溫度數(shù)據(jù)，本文系統(tǒng)感知到的溫度值與真實數(shù)據(jù)基本處于一致狀態(tài)，能夠及時對發(fā)生故障的裝置進行排查，具有實際應用效果。

1 電氣設備溫度感知系統(tǒng)設計硬件設計

以物聯(lián)網(wǎng)為整體框架，對需要監(jiān)測的電氣設備，在其設備內(nèi)部設計多個溫度感知標簽，獲取不同狀態(tài)下的設備數(shù)據(jù)，并根據(jù)標簽的內(nèi)容設定數(shù)據(jù)采集間隔，按照一定的頻率進行數(shù)據(jù)儲存和發(fā)送。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中對中心控制器進行選取，按照環(huán)境溫度的等效處理進行不同功能區(qū)域劃分，在每個模塊內(nèi)設置溫度感知標簽，具體框架示意圖如圖1所示。

根據(jù)圖1中內(nèi)容所示，物聯(lián)網(wǎng)溫度感知框架內(nèi)以需求為分類，分別按照設備供電模塊和電力控制模塊進行標簽設定，在每個單元內(nèi)進行溫度感知數(shù)據(jù)采集。其中控制模塊主要是對檢測到的數(shù)據(jù)進行信號轉(zhuǎn)換，以驅(qū)動供電電源進行相關傳感器和儲存器的運行，完成接收數(shù)據(jù)的處理工作[4]。供電模塊主要是為架構(gòu)內(nèi)運行的各個單元進行持續(xù)電能供給，并通過顯示燈閃爍模式來表示電路運行狀態(tài)，以此判斷供電模塊是否處于正常工作電壓范圍內(nèi)。將整個感知架構(gòu)進行分類，重新對需要監(jiān)測的電力設備進行標簽設定，在相應周期內(nèi)完成對其的溫度監(jiān)測。

2 電氣設備溫度感知系統(tǒng)設計軟件設計

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)定位電氣設備監(jiān)測節(jié)點

根據(jù)傳感器的接入位置設計溫度監(jiān)測節(jié)點，在線路的主導位置以多條鏈路組合的方式進行終端設備的擬合連接，分別將監(jiān)測節(jié)點安置在傳感器的多個方位中。此次監(jiān)測節(jié)點務必要避免體積過大影響，在裝置的兩頭分別設置開合閘位置，以雙重確認的方式進行溫度感知數(shù)據(jù)的采集[5]。在監(jiān)測傳感器定位的電氣設備中，根據(jù)不同位置角度來進行旋轉(zhuǎn)采集，可以對平行角度內(nèi)的相關設備進行判斷，按照是否能夠完成開閘和合閘兩個模式進行數(shù)據(jù)的讀取和儲存。

以物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的傳感器開合位置，能夠?qū)⒐潭c位的信息按照設計線路依次有序傳輸，在對輸出的無源節(jié)點時直接進行關聯(lián)補充，減少空白數(shù)據(jù)和缺失數(shù)據(jù)的接受風險，實現(xiàn)對電氣設備的雙重數(shù)據(jù)確認[6]。根據(jù)采集到的有效數(shù)據(jù)，在傳感器將狀態(tài)信號上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺中時，需要對后臺的數(shù)據(jù)按照時間順序進行依次整合，采用最小風險決策法完成數(shù)據(jù)關聯(lián)，以此感知不同線路中電氣設備的運行溫度。

2.2 最小風險決策聯(lián)動感知設備溫度

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用下多個傳感器對電氣設備的溫度監(jiān)測節(jié)點設計，能夠?qū)\行中的實時數(shù)據(jù)進行采集和儲存，當出現(xiàn)異常溫度數(shù)據(jù)時作出響應，以此保護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。但由于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的數(shù)據(jù)本身存在分型特性，在進行數(shù)據(jù)整合是需要將其進行濾波處理，從而得到相對簡單的數(shù)據(jù)序列結(jié)構(gòu)，在規(guī)律的變化函數(shù)內(nèi)進行溫度的及時預測，以濾波定義公式進行多組數(shù)據(jù)處理，設定原有產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)集合為qi，在濾波處理完成后能夠得到相似序列和殘缺序列，表達式為：

公式中：原始集合中的數(shù)據(jù)序號用i來表示，其中i=1,2……濾波處理后的原始數(shù)據(jù)集合會分為兩個序列，相似序列用wi來表示，殘缺序列用ei來表示，將兩個序列在神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的接入下進行數(shù)據(jù)序列的組合預測。根據(jù)數(shù)據(jù)作出的反饋結(jié)果，進行設備的臨界值溫度判斷，引入上下文管理模塊在兩個集合內(nèi)進行組合調(diào)整，以最小風險決策法完成對電氣設備的實時溫度感知處理。其中最小風險決策以平均函數(shù)進行計算，表達式為：

公式中：殘缺序列集合設置為狀態(tài)集用K=(e1,…,ei)來表示，相似序列集合設置為決策集用J=(w1,…,wi)來表示，其中ei在對應情況內(nèi)會啟動wi決策方案，使之產(chǎn)生對應風險函數(shù)體系用z(ei,wi)來表示。當產(chǎn)生的對應風險函數(shù)符合決策集合預選值，則表示此刻產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)在正常運行標準之內(nèi)，反之會超過標準值。至此，在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)接入感知架構(gòu)內(nèi)，通過多個傳感器的采集點設置對不同電氣設備的實時溫度數(shù)據(jù)進行處理，完成基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣溫度感知系統(tǒng)設計。

3 測試與結(jié)果分析

為驗證此次設計的系統(tǒng)具有實際應用效果，可對不同的電氣設備進行實時溫度感知，采用實驗測試的方式進行驗證。選取實際運行的某省電力系統(tǒng)，以其中變壓器為此次監(jiān)測的電氣設備，在持續(xù)運行10小時的狀態(tài)下會產(chǎn)生較高電壓，變壓器內(nèi)部的電阻裝置對應產(chǎn)生超高溫度。變壓器的正常運行電壓在220V到360V范圍內(nèi)，當處于臨界值時，若不及時停止變壓器使供電更改傳輸線路，會發(fā)生系統(tǒng)故障，針對選定的電力系統(tǒng)線路變壓器裝置，采集12月10號的運行電壓進行實驗測試，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 變壓器的運行電壓數(shù)據(jù)（V）

根據(jù)表1中內(nèi)容所示，在該線路中共監(jiān)測了四組變壓器裝置，每組變壓器的工作初始電壓均為220V，在運行時間段內(nèi)，I1組和I2組變壓器裝置出現(xiàn)高壓數(shù)據(jù)。按照顯示可知其出現(xiàn)高壓以后并沒有停止運行，但會產(chǎn)生線路故障。將選取數(shù)據(jù)接入MATLAB測試平臺中，通過引入傳統(tǒng)無線傳感系統(tǒng)進行對比測試，分別對上述數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，超高壓監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同系統(tǒng)應用下的電力數(shù)據(jù)監(jiān)測對比

根據(jù)圖2中內(nèi)容所示，以兩組不同系統(tǒng)接入模擬線路中，分別對變壓器裝置進行電壓監(jiān)測，按照其持續(xù)運行時間為監(jiān)測間隔，只有本文系統(tǒng)能夠在出現(xiàn)超高壓數(shù)值時進行有效識別。綜合實驗結(jié)果來看：傳統(tǒng)系統(tǒng)均在高壓持續(xù)一段時間內(nèi)進行標記，一旦超過臨界值會發(fā)生線路故障，造成整個系統(tǒng)的短路影響；本文系統(tǒng)在出現(xiàn)超高壓的對應時間段內(nèi)，能夠直接對高壓數(shù)據(jù)進行標記，及時對電氣設備作出反饋，具有實際應用意義。

為進一步驗證本文系統(tǒng)，能夠?qū)﹄姎庠O備的溫度檢測結(jié)果提高準確度，在兩組系統(tǒng)均能夠產(chǎn)生識別的檢測時間內(nèi)，進行臨界點高壓狀態(tài)的變壓器溫度測試。采用感知測溫儀進行溫度測試，其中I1組和I2組變壓器裝置的溫度分別為32℃和36℃，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對線路運行的第6小時進行兩組變壓器裝置的溫度測試，多輪測試結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2中內(nèi)容所示，通過多輪測試可知不同系統(tǒng)的感知結(jié)果各不相同，在本文系統(tǒng)應用下測試結(jié)果與實際數(shù)據(jù)一致，傳統(tǒng)無線傳感系統(tǒng)的測試結(jié)果偏低，一旦發(fā)生線路故障不能及時作出響應。綜合結(jié)果來看：以不同運行狀態(tài)的變壓器為測試對象，本文系統(tǒng)能夠?qū)ζ鋵嶋H的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，且在超高壓產(chǎn)生時能夠準確感知器裝置溫度，完成對電氣設備的有效監(jiān)測，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，具有實際應用意義。

表2 不同系統(tǒng)變壓器溫度監(jiān)測結(jié)果（℃）

4 結(jié)語

本次在物聯(lián)網(wǎng)的基礎上進行電氣設備溫度感知系統(tǒng)設計，對數(shù)據(jù)采集架構(gòu)和節(jié)點重新設置，利用最小風險濾過法進行電氣控制。實驗結(jié)果表明：在多個變電器設備監(jiān)測中，運用本文系統(tǒng)進行溫度感知控制，其產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)能夠與實際值一致，具有實際應用效果。但由于本人時間限制，在研究過程中仍存在些許不足，實驗測試過程中僅能對單一設備進行測試，所得結(jié)果具有偏差性。后續(xù)研究中會利用多種設備共同進行溫度感知測試，為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供理論支持。