基于大數(shù)據(jù)的運(yùn)維策略及安全管控的技術(shù)研究

喬立華 段文輝 王克謙 王鵬 陳海濤

摘 要：本文在對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行了前瞻性分析的基礎(chǔ)，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用的理論依據(jù)，提出基于大數(shù)據(jù)的模型構(gòu)建與智能處理技術(shù)的研究，包括電力運(yùn)維策略方法及應(yīng)用，圖像的智能分析等。在研究的基礎(chǔ)之上，分析如何實(shí)現(xiàn)變電站的安全管控，表明該技術(shù)成果應(yīng)用能顯著提高電網(wǎng)的安全水平。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；運(yùn)維策略；安全管控

近年來(lái)大數(shù)據(jù)不斷地向社會(huì)各行各業(yè)滲透，使得大數(shù)據(jù)的技術(shù)領(lǐng)域和行業(yè)邊界愈來(lái)愈模糊和變動(dòng)不居，應(yīng)用創(chuàng)新已超越技術(shù)本身更受到青睞。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以為每一個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)變革性影響，并且正在成為各行各業(yè)顛覆性創(chuàng)新的原動(dòng)力和助推器。

對(duì)電力行業(yè)而言，電力生產(chǎn)涉及的運(yùn)行工況、參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)所采集的設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)以及發(fā)電量、電壓穩(wěn)定性等方面的數(shù)據(jù)，電力企業(yè)運(yùn)營(yíng)和管理數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成了“電力大數(shù)據(jù)”。[1]目前，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在變電站生產(chǎn)運(yùn)維和安全管控中的應(yīng)用較少。而大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到電力生產(chǎn)運(yùn)維工作中將發(fā)揮巨大的作用和產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。[2]本文將大數(shù)據(jù)技術(shù)與最優(yōu)運(yùn)維策略、設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)預(yù)判、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管控、順控操作時(shí)遠(yuǎn)方視頻驗(yàn)證等方面進(jìn)行結(jié)合，來(lái)闡述對(duì)變電站運(yùn)維模式的改進(jìn)和提高運(yùn)維效率的作用。

1 理論依據(jù)

變電站在電力系統(tǒng)中有著重要的地位和作用，實(shí)現(xiàn)變電站的無(wú)人值守是當(dāng)今電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。但現(xiàn)有變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)雖可以實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控與報(bào)警信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的聯(lián)動(dòng)，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間遙信、遙測(cè)、遙視、遙控信息的系統(tǒng)級(jí)別的智能聯(lián)動(dòng)。變電站運(yùn)檢人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備巡視，只是對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行感觀的、簡(jiǎn)單的定性判斷，而還存在一些現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員靠肉眼無(wú)法完全發(fā)現(xiàn)的缺陷。如果這些缺陷未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，可能發(fā)生嚴(yán)重事故，造成不必要的損失。

將大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)引入，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)變被動(dòng)為主動(dòng)，從海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的信息提取，完成變電站設(shè)備的精益化安全管理。通過(guò)對(duì)站內(nèi)設(shè)備信息的提取結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)和運(yùn)行趨勢(shì)，從而進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判。同時(shí)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的挖掘，結(jié)合變電站運(yùn)維巡視制度，可以自動(dòng)形成變電站遠(yuǎn)程巡視的電子報(bào)告，實(shí)現(xiàn)替代人工到站巡檢方式，提高巡視效率。因此，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控相結(jié)合，應(yīng)用到變電站運(yùn)維值守中，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)維策略?xún)?yōu)化和遠(yuǎn)程安全管控。

2 基于大數(shù)據(jù)的模型構(gòu)建與智能處理技術(shù)

2.1運(yùn)維策略的算法和策略評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

變電站內(nèi)各種設(shè)備信息數(shù)據(jù)，如設(shè)備溫濕度，油位油壓，運(yùn)維人員的臨時(shí)任務(wù)等都時(shí)刻傳送到運(yùn)維數(shù)據(jù)的中心，使得運(yùn)維數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)量巨大。在面對(duì)如此繁多的的數(shù)據(jù)大規(guī)模的訪問(wèn)的情景下，如果僅僅考慮變電站數(shù)據(jù)的整體性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)維人員對(duì)多QOS的需要。因此，就迫切需要建立一種能滿(mǎn)足和適應(yīng)多種數(shù)據(jù)需求的運(yùn)維機(jī)制，不僅在可以確保運(yùn)維人員的多QOS需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源與運(yùn)維人員的最優(yōu)效用，而且能夠重視數(shù)據(jù)資源的有效利用和系統(tǒng)綜合性能的顯著提高。結(jié)合電力運(yùn)維數(shù)據(jù)的特征和在異構(gòu)環(huán)境下對(duì)QOS的研究，選取可靠性、時(shí)間參數(shù)、優(yōu)先級(jí)和安全性作為其約束條件，使用效用函數(shù)將QOS轉(zhuǎn)換為效用值，以評(píng)價(jià)運(yùn)維目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。

2.2 模擬人眼技術(shù)

在變電站日常的巡檢工作中，對(duì)于目標(biāo)不同方位和層次的觀察是通過(guò)運(yùn)維人員的眼睛來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而對(duì)于不同角度的觀察由走動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是現(xiàn)場(chǎng)的攝像機(jī)獲取的圖像具有平面性、單一性，進(jìn)而失去了立體感。[3]怎樣使變電站運(yùn)維工作中的攝像機(jī)的捕捉的畫(huà)面具有立體感，帶來(lái)更真實(shí)的視覺(jué)運(yùn)維，是我們?cè)谧冸娬局悄苎矙z運(yùn)維中要面臨的首要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)Hou方法的研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)攝像機(jī)采集的平面圖像立體化，使不同攝像機(jī)的畫(huà)面組合，模擬人眼在現(xiàn)場(chǎng)觀察目標(biāo)，可以確保了遠(yuǎn)程智能巡檢的質(zhì)量和效果。

2.3 圖像智能分析技術(shù)

識(shí)別變電站中儀表讀數(shù)，隔離開(kāi)關(guān)、斷路器和高壓開(kāi)關(guān)等的分合狀態(tài)需要借助基于視頻運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)實(shí)際視場(chǎng)建立高魯棒性的背景模型分析，集成混合高斯和運(yùn)動(dòng)差分算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器和高壓開(kāi)關(guān)的智能分析。[4]首先通過(guò)背景模型對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)建立多個(gè)多維高斯分布來(lái)混合模擬該點(diǎn)的背景值，然后通過(guò)對(duì)高斯模型的匹配，混合高斯模型的更新，生產(chǎn)新的背景模型，融入幀間差分的背景更新，最后進(jìn)行交替進(jìn)行的圖像差分法來(lái)提取背景模型，同時(shí)對(duì)進(jìn)行背景減除法進(jìn)行圖像檢測(cè)，如果圖像的背景整體發(fā)生了較大的變化時(shí)，結(jié)合混合高斯模型和幀間差分相融合的自適應(yīng)背景更新算法進(jìn)行背景的更新和運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表和各種開(kāi)關(guān)的檢測(cè)。

3 變電站安全管控的研究

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分——變電站，其穩(wěn)定持續(xù)工作是變電站工作的首要目標(biāo)。[5]由于設(shè)備具有高壓帶電的特點(diǎn)，所以對(duì)設(shè)備的運(yùn)維檢修時(shí)，檢修人員的安全保障措施變得非常重要。根據(jù)電力系統(tǒng)變電站對(duì)設(shè)備巡視、檢修工作的安全管理和變電站安全生產(chǎn)管理的需求，本文擬通過(guò)在普通視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充必要的信息設(shè)備，豐富站內(nèi)數(shù)據(jù)采集手段，預(yù)判設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；運(yùn)維優(yōu)化策略，減少到站巡視次數(shù)；實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)智能預(yù)警，提前消除隱患；實(shí)現(xiàn)故障告警和順控操作驗(yàn)證技術(shù)，及時(shí)處理設(shè)備故障等方法結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘和分析方法實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的安全管控。

4 小結(jié)

本文通過(guò)多QOS評(píng)價(jià)模型運(yùn)維策略的算法和策略評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建，模擬人眼技術(shù)以及圖像智能分析技術(shù)的研究，在變電站內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)運(yùn)維的研究。同時(shí)，通過(guò)對(duì)豐富站內(nèi)數(shù)據(jù)采集手段，優(yōu)化運(yùn)維策略，研究設(shè)備數(shù)據(jù)智能預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)故障告警和順控操作驗(yàn)證技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的安全管控。

參考文獻(xiàn)：

[1]張東霞，苗新，劉麗平，等.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（01）：2-12.

[2]陳龍，萬(wàn)明，李世鋒.基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)信息運(yùn)維主動(dòng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)[J].電氣應(yīng)用，2015，34（S2）：522-525.

[3]王潤(rùn)芳，張倩.基于人眼模擬視覺(jué)的小區(qū)域車(chē)輛路徑選擇仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2015，32（05）：399-402.

[4]張召峰，孫慶森，楊軍.圖像智能分析技術(shù)在輸電線路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2017，36（07）：96-100.

[5]李志霞，王曉雷，張路，等.基于區(qū)域識(shí)別的變電站作業(yè)安全智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究[J].電力信息與通信技術(shù)，2018，16（07）：28-33.