劉詩焱,馬孟婷

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司信息通信公司,寧夏 吳忠 751100)

0 引言

隨著國家電網(wǎng)公司提出打造我國特色的、國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵階段,按照“圍繞一個(gè)主線,連接兩個(gè)空間,聚集四個(gè)鏈條、實(shí)現(xiàn)四個(gè)服務(wù)”的總思路,不斷完善頂層設(shè)計(jì),強(qiáng)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理,扎實(shí)推進(jìn)數(shù)字電網(wǎng)建設(shè),支撐公司高質(zhì)量發(fā)展和新型電力系統(tǒng)建設(shè),服務(wù)數(shù)字中國建設(shè)的要求。為了實(shí)現(xiàn)電力通信設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,參照國網(wǎng)企管電《電力通信機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(2020-776號(hào)),在電力動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)上運(yùn)用人工智能、智慧安防、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)進(jìn)行探討[1]。

1 電力動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

電力動(dòng)環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)是能源信息通信系統(tǒng)的重要組成部分,包括對(duì)電力通信局站機(jī)房環(huán)境、信息通信電源等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、保障和管理的作用。監(jiān)控的內(nèi)容:通信電源、DC變換電源、蓄電池、視頻圖像、溫濕度、煙霧感應(yīng)器、門磁、水浸、空調(diào)等。為了滿足動(dòng)態(tài)感知、報(bào)警管理標(biāo)準(zhǔn)化、遠(yuǎn)程操作和動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)功能多樣化的內(nèi)在要求,應(yīng)用技術(shù)手段進(jìn)行搭建。

目前,寧夏吳忠供電公司轄區(qū)內(nèi)的獨(dú)立通信站點(diǎn)和機(jī)房已配置了動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),管理存在以下問題:(1)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)采用遠(yuǎn)程解析的方式。由中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、共享。(2)通信設(shè)備的信息點(diǎn)位不完整、不規(guī)范。(3)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)單一,都是通過通信協(xié)議的數(shù)據(jù)訪問。(4)數(shù)據(jù)共享接口不規(guī)范,無法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了響應(yīng)國家電網(wǎng)“集約化、扁平化、專業(yè)化”的發(fā)展方向,建立新的一體化經(jīng)營模式,通過結(jié)合管理優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢,在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上研究電力動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)AI、3D與人工智能、數(shù)據(jù)分析、動(dòng)態(tài)感知、報(bào)警管理標(biāo)準(zhǔn)化,遠(yuǎn)程化操作,推動(dòng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)智能化運(yùn)維和管理[2]。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

按照國網(wǎng)動(dòng)環(huán)集中監(jiān)控系統(tǒng)“平臺(tái)集中部署、數(shù)據(jù)集中處理、應(yīng)用分級(jí)開展”的原則,變電站通信電源的監(jiān)控模塊依據(jù)A接口規(guī)范與監(jiān)控單元(SU)互聯(lián);集中監(jiān)測系統(tǒng)與監(jiān)控單元應(yīng)依據(jù)B接口規(guī)范互聯(lián);集中監(jiān)測系統(tǒng)與其他通信電源監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)C接口規(guī)范級(jí)聯(lián),如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)通道

中心站與端站網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)雙通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,地市與端站采用SDH專用網(wǎng)絡(luò)傳輸,省公司與端站采用MIS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,端站設(shè)備通過不同的路由節(jié)點(diǎn)傳送至中心站,再經(jīng)過防火墻、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與其他系統(tǒng)互聯(lián)互通,如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)通道部署

在中心站部署一臺(tái)三層交換機(jī),用于IP地址分配,一臺(tái)防火墻對(duì)交換機(jī)入口進(jìn)行安全防護(hù),策略由省公司統(tǒng)一部署。

2.3 站端監(jiān)測裝置

端站監(jiān)測裝置由監(jiān)測單元SU、傳感器等設(shè)備組成,如圖3所示。

圖3 站端監(jiān)測裝置架構(gòu)

端站的監(jiān)測單元采用 ARM嵌入式系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)本地協(xié)議解析,并按照Web Service(B接口)規(guī)范轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),同時(shí)具有監(jiān)控模塊工況監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、告警數(shù)據(jù)處理等功能,裝置支持模擬量、狀態(tài)量、RS485/RS232等接口設(shè)備接入功能,監(jiān)控單元硬件接口配置滿足國網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

監(jiān)測單元(DAU-01)提供2路以太網(wǎng)接口;6路RS485接口,4路RS232接口;16路模擬量輸入接口;16路狀態(tài)量輸入接口;8路遙控輸出;同時(shí)提供兩路DC48 V電源供電[3]。配置4英寸觸摸屏,可以本地顯示和本地告警聯(lián)動(dòng)。設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)箱,方便固定安裝。

供電方式:監(jiān)測單元SU采用站內(nèi)通信電源進(jìn)行供電,支持主備用雙電源的供電方式。

協(xié)議處理:監(jiān)測單元具有本地協(xié)議解析及轉(zhuǎn)發(fā)功能、監(jiān)控模塊工況監(jiān)視功能以及本地歷史數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的功能,當(dāng)傳輸鏈路中斷恢復(fù)應(yīng)能上報(bào)至集中系統(tǒng)。監(jiān)測單元同時(shí)具有環(huán)境采集和上傳功能。

采集方式:采集方式以協(xié)采為主,直采方式作為可選項(xiàng);若協(xié)采信息不滿足監(jiān)測指標(biāo)要求,增加直采裝置。

通信接口:監(jiān)測裝置支持B接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向發(fā)送。

基于Linux的數(shù)據(jù)采集單元采用嵌入式操作系統(tǒng),集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。并具備本地實(shí)時(shí)監(jiān)測、本地?cái)?shù)據(jù)處理、本地顯示、本地聯(lián)動(dòng)等功能。負(fù)責(zé)對(duì)站端各種通信電源、DC變換電源、環(huán)境等設(shè)備的集中接入,配置電源協(xié)議解析動(dòng)態(tài)庫、接摸屏數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備采集狀態(tài),并提供WebService、IEC61850、ModBus等規(guī)約服務(wù)。

2.4 監(jiān)測內(nèi)容及方式

監(jiān)測對(duì)象包括通信電源、通信專用DC/DC變換電源、蓄電池、溫濕度、水浸、煙霧、視頻等。

通信電源協(xié)議采集:對(duì)通信電源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測,通過通信電源系統(tǒng)的監(jiān)控單元的RS232/RS485接口連接端站的監(jiān)測單元SU,由監(jiān)測單元負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、B接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。通信電源系統(tǒng)核心監(jiān)測指標(biāo)包括交流輸入電壓、整流輸出電壓、蓄電池組充放電電流、蓄電池組熔絲狀態(tài)、整流模塊狀態(tài)、通信狀態(tài)。

通信電源的直采:對(duì)于協(xié)議采集的通信電源數(shù)據(jù)監(jiān)測指標(biāo)滿足不了要求的,通過增加電壓、電流等傳感器完善開關(guān)電源監(jiān)測指標(biāo),滿足通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的要求。傳感器直接接入至端站的監(jiān)測單元,由監(jiān)測單元負(fù)責(zé)將傳感器采集的數(shù)據(jù)與協(xié)議采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,融合成開關(guān)電源的完整數(shù)據(jù),再通過標(biāo)準(zhǔn)B接口規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

通信專用 DC/DC 電源系統(tǒng): 對(duì)通信專用 DC/DC 電源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測,通過開關(guān)電源的監(jiān)控單元的RS232/RS485接口連接端站的監(jiān)測單元SU,由監(jiān)測單元負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、B接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。對(duì)于協(xié)議采集DC/DC電源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測指標(biāo)滿足不了要求的,通過增加電壓、電流等傳感器完善DC/DC電源監(jiān)測指標(biāo),滿足通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)的要求。通信專用DC/DC電源系統(tǒng)核心監(jiān)測指標(biāo)包括直流輸入電壓、直流輸出電壓、DC/DC模塊狀態(tài)、通信狀態(tài)。

本地顯示:站端數(shù)據(jù)采集單元配有4寸觸摸屏,在屏幕上的“監(jiān)控設(shè)備列表”中可以查看到當(dāng)前設(shè)備告警信息。

聲光告警:在機(jī)柜頂上配置聲光報(bào)警器,對(duì)數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置越限閾值。當(dāng)發(fā)生告警時(shí),聲光報(bào)警器發(fā)生告警提示,根據(jù)設(shè)備的告警等級(jí)顯示不同的顏色,方便巡檢人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)告警。

3 AI技術(shù)核心應(yīng)用分析

智能數(shù)據(jù)采集:系統(tǒng)結(jié)合“視覺+AI”,利用光學(xué)、計(jì)算成像、智能算法等感知技術(shù),對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清理,以驗(yàn)證和補(bǔ)充收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)根據(jù)規(guī)定的清洗條件對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行排除和過濾預(yù)處理,并針對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充,以確保對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)收集的實(shí)效性和完備性,從而為后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)入深度智能分析提供基本保障。

智能故障告警:系統(tǒng)以專家知識(shí)庫中的大量錯(cuò)誤信息及其原因用作基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并進(jìn)行模擬運(yùn)算,以建立用于動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)測的通用警報(bào)信息和原因模型數(shù)據(jù)庫。通過智能搜索和論證技術(shù)綜合分析各通信局站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)每個(gè)站點(diǎn)的隱藏錯(cuò)誤,并發(fā)出警報(bào)。主要包括數(shù)據(jù)溢出、設(shè)備報(bào)警、遠(yuǎn)程信號(hào)轉(zhuǎn)移、設(shè)備故障、庫存不足、亞健康設(shè)備和提升節(jié)點(diǎn)等。能在第一時(shí)間讓用戶了解動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)控中存在的異常信息。

智能運(yùn)維:基于AI技術(shù)的應(yīng)用,開發(fā)了能結(jié)合實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)分析結(jié)果的系統(tǒng),并使用自主學(xué)習(xí)技術(shù)來檢測系統(tǒng)故障的原因、影響范圍、處理方案等,自動(dòng)創(chuàng)建運(yùn)維故障單,同時(shí),系統(tǒng)將故障單分配給維護(hù)人員,可以快捷有效地提升運(yùn)維速度與維保率。

智能趨勢分析:系統(tǒng)結(jié)合大量變電站的采集數(shù)據(jù),針對(duì)通信電源運(yùn)作的情況、電源充放電的周期和時(shí)長、電源浮充時(shí)間和規(guī)律、機(jī)房溫度等數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)挖掘和推理技術(shù),建立準(zhǔn)確可靠的預(yù)測模型進(jìn)行綜合智能趨勢分析。從而對(duì)電源模塊配置、蓄電池備用時(shí)間、溫度變化等信息進(jìn)行預(yù)測,為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供輔助決策。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)分析:系統(tǒng)通過海量歷史數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合軟計(jì)算、圖譜分析、分析決策等技術(shù),獲得數(shù)據(jù)整體特征描述、關(guān)聯(lián)分析、精細(xì)化分類、模式識(shí)別等,這是無法用傳統(tǒng)查詢統(tǒng)計(jì)方法獲取的。為了得到這些有用信息,需要采用數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù),自動(dòng)智能地對(duì)大數(shù)據(jù)分析、探索、挖掘,探尋數(shù)據(jù)的模式及特征,尋找數(shù)據(jù)的信息變化,從而最終能使用蘊(yùn)藏在數(shù)據(jù)中的信息和知識(shí)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用前景

基于AI智能分析技術(shù)在電力動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用,加強(qiáng)對(duì)通信設(shè)備的管理,可以提高對(duì)通信機(jī)房和設(shè)備監(jiān)控的準(zhǔn)確性、完整性和及時(shí)性,強(qiáng)化對(duì)通信設(shè)備運(yùn)行過程中的故障預(yù)判能力,保障通信設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定及指標(biāo)正常;通過統(tǒng)一的管理界面和靈活多變的告警機(jī)制,實(shí)現(xiàn)對(duì)通信電源、專用DC電源系統(tǒng)、溫濕度、水浸、煙霧、蓄電池等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)控,能夠?qū)⒐收蠌氖潞筇幚磙D(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)監(jiān)控預(yù)防,若發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常,可以及時(shí)準(zhǔn)確地通知維修員,既能提高應(yīng)急處理的響應(yīng)速度,又能提升運(yùn)維能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)通信室和設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控、預(yù)判、告警、運(yùn)行分析和評(píng)估的一體化智能管控。

本系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)下動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求,實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)的采集、分析到管理、監(jiān)控,形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。并借助AI技術(shù)的優(yōu)勢提高系統(tǒng)的可拓展性、靈活性與穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

基于AI智能分析技術(shù)的電力動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),是綜合利用嵌入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等構(gòu)成的系統(tǒng)。基于電力動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)安全態(tài)勢感知開發(fā),可以形成基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用在不同業(yè)務(wù)場景下實(shí)際落地的安全解決方案。實(shí)現(xiàn)了通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理,提升了對(duì)通信設(shè)備的管理水平,并提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息和決策平臺(tái)。簡而言之,基于現(xiàn)有條件,研究了動(dòng)環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行模式的優(yōu)化和改進(jìn),以實(shí)現(xiàn)動(dòng)環(huán)監(jiān)測的智能化運(yùn)行和管理。