鄭 磊 王 楠 陳 俊 廖 海 陳 茜

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司遵義供電局）

0 引言

電力供應(yīng)是現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)電力供應(yīng)的可靠性和連續(xù)性要求越來(lái)越高。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用，傳統(tǒng)的人工操作和監(jiān)控方式逐漸不能滿足對(duì)變電站穩(wěn)定運(yùn)行和安全性要求的需求。無(wú)人值守變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控方法的研究可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)，從而減少人力投入、提高操作的安全性和效率［1］。因此，尋求一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的方法成為了必要。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)維人員可以隨時(shí)隨地對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，減少了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巡視的依賴(lài)，提高了運(yùn)維工作的效率。可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障、異常情況，提前采取相應(yīng)的維護(hù)措施，避免或減少停電和損失。為此，諸多學(xué)者對(duì)該方法進(jìn)行了研究，如：位剛利用PLC和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)［2］。王志磊等人通過(guò)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)研究變電站消防遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)［3］。但是上述方法在進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)需要通過(guò)長(zhǎng)距離的有線網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ猛ㄐ啪€路傳輸，這可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲和不穩(wěn)定性，進(jìn)而影響變電站監(jiān)控的監(jiān)控性能。

隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度逐漸提高?，F(xiàn)代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)如4G、5G等提供了高速的數(shù)據(jù)傳輸，可以滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸需求。且無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣泛，可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的通信和數(shù)據(jù)傳輸。為此，本文研究基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人值守變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控方法。

1 無(wú)人值守變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控方法設(shè)計(jì)

1.1 基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控采集

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是一種通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)使設(shè)備和系統(tǒng)能夠進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)交換和通信的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋類(lèi)型可以分為區(qū)域覆蓋、點(diǎn)覆蓋和帶狀覆蓋三種類(lèi)型。對(duì)于無(wú)人值守變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋類(lèi)型中較為適用的是區(qū)域覆蓋。區(qū)域覆蓋是指在一定范圍內(nèi)建立一個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，覆蓋整個(gè)區(qū)域的通信需求［4］。具體如下圖1所示。

圖1 區(qū)域覆蓋結(jié)構(gòu)

通過(guò)在無(wú)人值守變電站范圍內(nèi)布置無(wú)線通信基站或設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制。上圖中的正四邊形布局可以實(shí)現(xiàn)全方位的覆蓋，所帶來(lái)的覆蓋效率值最大。以便運(yùn)維人員遠(yuǎn)程監(jiān)控變電站的設(shè)備狀態(tài)、故障報(bào)警以及實(shí)施必要的操作［5］。

覆蓋程度是指所有通信節(jié)點(diǎn)能夠構(gòu)成的覆蓋區(qū)域面積大小與待覆蓋區(qū)域面積大小的比例大小，能夠反映網(wǎng)絡(luò)覆蓋的覆蓋質(zhì)量好壞，通常這個(gè)比值是小于1的，在待覆蓋區(qū)域被通信節(jié)點(diǎn)完全覆蓋后，比值等于或大于1。小于1說(shuō)明待覆蓋區(qū)域未被完全覆蓋，大于1說(shuō)明覆蓋區(qū)域存在網(wǎng)絡(luò)冗余，即有節(jié)點(diǎn)被通信節(jié)點(diǎn)多重覆蓋。表達(dá)式為：

式中，Si表示第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，N表示通信節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，A表示目標(biāo)區(qū)域的面積。

所有的通信節(jié)點(diǎn)對(duì)待覆蓋區(qū)域的覆蓋區(qū)域的面積與所有的通信節(jié)點(diǎn)自身的覆蓋面積累加之和兩者之間的比值，為覆蓋效率。可以反映整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的冗余程度以及覆蓋效果。表達(dá)式為：

在無(wú)人值守變電站監(jiān)控中，混合感知模型可以通過(guò)融合不同類(lèi)型的傳感器和數(shù)據(jù)源，獲取多方面的信息。無(wú)人值守變電站監(jiān)控需要綜合考慮設(shè)備狀態(tài)、異常行為、環(huán)境變化等多個(gè)因素，而不同類(lèi)型的傳感器可以提供各自特定的信息?；旌细兄Ｐ涂梢詫⑦@些變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息進(jìn)行整合收集，可以提高無(wú)人值守變電站監(jiān)控的可靠性。

混合感知模型是將概率感知模型與布爾感知模型進(jìn)行結(jié)合，將概率感知模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，設(shè)定一個(gè)概率邊界，未達(dá)到概率邊界最小值時(shí)，使用0-1模型，超過(guò)概率邊界值時(shí)，依然使用概率感知模型，這種混合感知模型，在遵循感知能力隨距離增加而減弱的真實(shí)情況時(shí)，也將模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化?；旌细兄Ｐ偷臄?shù)學(xué)模型如下所示：

式中，Pth是概率最小邊界取值，R是感知半徑的等價(jià)值，當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)到通信節(jié)點(diǎn)的距離小于R時(shí)，有pi(sj)≥Pth，在此情況下，則認(rèn)為通信節(jié)點(diǎn)可直接感知到目標(biāo)點(diǎn)。

基于上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控模型構(gòu)建，完成變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息的收集。

1.2 變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控

根據(jù)上述混合感知模型收集到的變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，進(jìn)行變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控。將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換：

公式中，Xt表示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)規(guī)范格式；Xi表示收集到的變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，其中i的取值為i=1，2，…，t，t表示監(jiān)控時(shí)刻。將上述格式數(shù)據(jù)作為監(jiān)控系統(tǒng)的輸出結(jié)果，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

通過(guò)大數(shù)據(jù)分類(lèi)算法對(duì)轉(zhuǎn)換后的變電站數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，按照數(shù)據(jù)特征明確變電站運(yùn)行狀態(tài)屬于正常數(shù)據(jù)，還是異常數(shù)據(jù)。按照數(shù)據(jù)集中正常數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)的比例，在近鄰值中選擇多個(gè)數(shù)據(jù)與最初選取的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而完成數(shù)據(jù)歸類(lèi)，歸類(lèi)公式δ為：

式中，k表示近鄰值，rand表示隨機(jī)函數(shù)。將上述分類(lèi)算法作為監(jiān)控預(yù)警模型的核心，通過(guò)對(duì)分類(lèi)結(jié)果的擬合計(jì)算，提升預(yù)警數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而完成監(jiān)控預(yù)警模型的整體設(shè)計(jì)。具體監(jiān)控流程如下圖2所示。

圖2 監(jiān)控流程

基于上述內(nèi)容完成無(wú)人值守變電站監(jiān)控研究。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸完整性是指在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的保持完整、準(zhǔn)確和無(wú)丟失的程度。完整性的高低直接影響到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的可信度和有效性。表達(dá)式：

式中，S表示傳輸成功的數(shù)據(jù)量，T表示總數(shù)據(jù)傳輸量。傳輸成功率越高，說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾栽胶谩?/p>

變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控的準(zhǔn)確性是指監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)變電站設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行情況的判斷和預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確程度。準(zhǔn)確性的高低直接影響到監(jiān)控系統(tǒng)的可信度和實(shí)際應(yīng)用效果。表達(dá)式：

式中，TP表示正確判斷為異常的監(jiān)控結(jié)果，TN表示正確判斷為正常的監(jiān)控結(jié)果，F(xiàn)P表示錯(cuò)誤判斷為異常的監(jiān)控結(jié)果，F(xiàn)N表示錯(cuò)誤判斷為正常的監(jiān)控結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸完整性為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸完整性

分析表1可知，隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量的增加，所提方法的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸完整度由97%下降到93%，但始終高于90%。文獻(xiàn)［2］方法的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸完整度最高僅為89，%且隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量的增加而進(jìn)一步下降，最低時(shí)僅為82%。文獻(xiàn)［3］方法較文獻(xiàn)［2］方法的完整性更差，最高僅為79%。由此說(shuō)明所提方法的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸性能較優(yōu)。這時(shí)由于本文采用區(qū)域覆蓋類(lèi)型的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，可以在待覆蓋區(qū)域內(nèi)建立多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，并使它們相互連接。每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都能夠監(jiān)測(cè)和收集變電站的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

在對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸完整性測(cè)試的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步驗(yàn)證遠(yuǎn)程監(jiān)控的準(zhǔn)確性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控的準(zhǔn)確性

分析圖3可知，所提方法隨著迭代次數(shù)的增加，監(jiān)控的準(zhǔn)確性的變化始終被控制在92%~97%范圍內(nèi)。文獻(xiàn)［2］方法監(jiān)控的準(zhǔn)確性被控制在73%~87%范圍內(nèi)，文獻(xiàn)［3］方法監(jiān)控的準(zhǔn)確性被控制在77%~83%范圍內(nèi)，說(shuō)明提出方法具有較好的監(jiān)控性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

人值守變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控方法的研究可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)，從而減少人力投入、提高操作的安全性和效率。對(duì)此，本文提出了一種基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人值守變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸完整度始終高于90%，監(jiān)控的準(zhǔn)確性始終被控制在92%~97%范圍內(nèi)，表明所提方法能夠有效促進(jìn)變電站的智能化管理和運(yùn)維效率的提升。