基于大数据与云计算的配电网设备状态监测与故障诊断关键技术研究申请书及可研报告(编辑修改稿)

基于大数据与云计算的配电网设备状态监测与故障诊断关键技术研究申请书及可研报告(编辑修改稿)内容摘要：

器，电力云计算平台，电网调度自动化实时仿真与在线监控一体化平台，电力系统高级应用软件开发平台，以及 BPA、 PSASP、 EMTDC 等先进仿真分析软件，可为电力系统安全稳定和经济运行提供强有力的技术支持。 广西大学电力系统最优化研究所 有着多年的调度自动化项目开发 17 和维护经验，所开发的 新一代电网 调度自动化系统采用最先进的Inter 中 间件技术和中间件技术，面向县级调度及中小型地调，在统一的平台上集调度自动化、配网自动化、电网分析软件、调度管理及配网管理等功能于一体，是新一代电力企业自动化应用支撑平台。 系统不仅完全具备国标《县级电网调度自动化功能规范》所规定的各项功能，满足电力系统调度运行的要求，还增加了用户管理、地理信息、系统对时、短信服务、移动办公等功能。 该系统获得 4 项专利： ZL 实现电网调度自动化方法 发明专利 ZL 电网调度 自动化控制装置 实用新型 ZL 网络单向通信控制装置 实用新型 ZL 调度子站通信集成服务器 实用新型 ZL 实现电力系统暂态稳定域可视化的方法 发明专利 配网自动化是 研究所 专注的重要领域，所承担的 智能 配电网 网系统关键技术研究 项目 ，配合广西电网公司已有和拟建的 配电网 网信息、生产管理系统，对比各个系统的特点，研究整合 配电网 网智能化运行的生产管理系统关键 技术，提出一套 配电网 网生产管理系统建设实施方案，开发一套智能 配电网 网生产管理系统数据测试分析软件。 该项目成果已应用于广西电网钦州供电局的配网管理自动化系统。 研究所 对 电力 高级应用软件的开发也有着诸多经验，其中与清华大学卢强院士团队共同研发的上海电网 AEMS 系统首次实现了最优潮流的在线应用，并被美国著名的 GE 公司嵌入其 EMS 系统中，走向世界。 开发的 7 个优化应用软件还嵌入南瑞 OPEN3000EMS 系统，应用于苏丹国家电网调度中心，是中国电力行业首个出口软件，项目实施过程中接受了世界上著名的德国监理 拉梅 尔国际咨询公司（ Lahmeyer International）的监督、考核，并获得了 SAT（现场测试）证书，通 18 过了后期 AVT（可靠性测试）。 此外，研究所还围绕交直流水火电力系统安全、稳定、经济运行和新能源开发利用等广西电力工业急需解决的重大技术问题，在电力系统最优运行的新理论及相关技术、大规模复杂电力系统的可靠性和稳定控制、大规模新能源接入智能电网关键技术等方向进 行了原创性的学术和应用研究，取得了一系列可喜的成果。 四、 项目研究内容 、技术路线与实施方案 1. 项目研究内容的详细说明 主要研究内容 配电网 设备综合智能检测终端技术研究 (1)配电网 检测装置通讯方式 的 研究 对局内目前使用的主要厂家的检测装置进行调研，制订 配电网 设备综合检测终端与检测装置间的数据通讯接口方式 ；针对 多种检测方式， 研究 检测装置数据转换接口 方式； 对 配电网 检测装置通讯方式进行深入研究， 并对 配电网 检测装置通讯 方式进行设计研究。 (2)配电网 检测装置数据分析算法研究 对相对成熟稳定的数据分析算法进行深入研究， 研究开发 智能 设备集成 检测终端。 (3)配电网 综合智能检测终端应用研发 对不同的作业模式进行业务分析 ； 对检测终端应用的数据结构 、界面 UI、功能架构进行 研究和 设计； 研发基于 Windows 平台的 配电网 综合智能检测终端。 研究检测类型管理（切换到相应的检测方式，应用将自动切换通讯方式）、检测基本参数管理、数据管理、诊断分析（包括各检测方式的单一诊断，针对同一设备的不同检测方式的综合诊断）、规程标准查询（提供国际、国家、行业、企业各种行业规范、试验流程查询） 等基本功能在检测终端的实现。 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 研究 带电检测与停电试验数据接入的研究 研究如何通过 4G 网络技术实现远程数据采集，研究检测装置的接入标准； 对平台和检测设备之间的通讯方式、数据传输速度的优化等 进行 专门研究。 研究 自动化的处理信道冲突 ， 实现通信系统封闭性，保证数据安全 的方法。 考虑系统未来 的扩展性，对智能检测装置、非智能检测装置的数据结构进行研究。 专家诊断方法的研究 19 （ 1） 数据模式识别的研究 对信号特征参数的提取和 数据模式识别 进行研究；研究 支持向量机分类模型识别超声波局部放电 的方法 ； 研究 基于控制图技术 的 红外测温图形智能识别 技术。 （ 2） 基于统计分析算法的规范标准值研究 在收集大量历史数据的基础上，利用统计分布曲线，拟合已有历史数据特性，研究 配电网 设备的局放状态 分界点和相关阀值等标准参数。 （ 3） 关柜局部放电超声波检测技术 研究 应 用语音处理技术对音频信号进行处理， 研究 表征局部放电的语音特征参数 提取方法 ， 以 提高局部放电检测效率。 (4)基于支持向量机和数据库的局放识别算法 研究 研究相关数据库的构建方法；研究 建立合适的支持向量机分类模型， 使得 新晋检测数据加入到数据库中反哺支持向量机分类模型。 (5)配电网 设备诊断知识库功能的研发 研究 检测数据库井动态更新 方法；研究数据 信息的归档和整理 方法 ，以达到智能分析电力设备绝缘状态的目的。 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 的研发 研究通过 无线网络实现对 配电网 设备的 带电检测 ； 研究 建立诊断知识库、应用各类诊断算法，对相关数据进行分析处理， 研究 数据交互与共享能力实现 的方法 ；研究平台的关键功能模块，包括 数据中心模块、带电检测模块、集合诊断模块，知识库管理模块、统计分析模块等 功能。 2 主要技术难点 （ 1）与 电网公司 现有的检测设备数据通讯 项目在多种装置通讯方式的解析上，面临着多种检测方式、检测装置、厂家、通讯协议，造成在多种检测通讯方式解析过程中较大的工作量，同时，由于各厂家协议开发程度不同，又给各通讯方式解析带来了一点困难。 在项目实 施过程中，本项目会与各检测装置厂家进行技术交流，保证各仪器检测通讯方式的统一，减低通讯方式解析风险。 （ 2）各类检测数据算法的解析 由于项目设计的算法 具有 跨专业性与集成性 的 特点 ，需要对各类检测算法进行深入分析，因此本项目的具体实施过程，需要和有一定研发能力、有 配电网 设备检测经验的厂家合作完成，保证各类检测算法的有效性，避免智能检测终端，仅完成数据采集，而无法进行数据高级分析的处境。 (3)诊断技术模型的建立 诊断技术模型的建立包括研建立 配电网 设备健康状态评估模型、风险评估模型以及经济评估模型，提出 配电网 设 备按照状态、风险、经济等多维度进行评估的科学评价方法。 (4)“云平台”信息系统开发 云系统开发涉及到通讯协同、虚拟桌面、数据存储、计算服务、系统维护、数据汇总、大数据分析、算法管理、权限管理、基本信息维护、软硬件协同开发、云 20 计算平台监控等关键技术，涉及的技术面广、所需投资大、开发时间长、开发难度大。 2. 项目研究拟采用的技术路线 总体 架构 系统总体采用平台化结构，基于 IEC 61970 标准和 SOA 架构，在基础平台上构建不同业务应用的系统框架，并实现平台和应用的匹配以及备应用的一体化建设，应用 功能采用模块化方式开发，在统一接口标准的基础上，实现应用功能在支撑平台上的“即插即用”，同时能把应用包装成服务功能，为其他应用提供功能服务。 用 户 访 问定 制 开 发 服 务云 服 务 器数 据 压 缩 服 务数 据 中 转 服 务诊 断 分 析 服 务专 家 知 识 库 支 持数 据 中 心 管 理检 测 管 理公 司 内 部 网 络数 据 采 集 模 块 选 择 设 备 模 块信 号 处 理 模 块无 线 网 络 模 块云 检 测 模 块数 据 管 理 模 块应 用 设 备 模 块功 能 显 示 模 块专用网络专用网络超 声 波 检 测 仪 振 荡 波 检 测 仪„ „平 板 设 备U S B 通 讯 接 口 图 1 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 部署架构 平台系统基于 4G 网络传输技术，具备检测及试验数据采集、储存、 21 分析、诊断、管理等功能，制定 配电网 设备检测统一接口标准，与检测装置直接通讯，获取现场检测数据；通过行波定位法、双端定位法、支持向量机分类识别、红外图像识别等算法为现场检测人员提供辅助分析的方法；同时，平台将搭建知识库模型，以实现通过多维度数据检测 信息的综合诊断功能；平台将通过南网标准接口与 配电网 生产系统通讯，获取设备台账数据。 平台通过信息化手段有效的管理带电检测数据、停电试验数据，进行检测专业化数据分析、诊断。 主要包括设备数据中心、故障预警、专家诊断、专家诊断、决策模块、数据采集模块。 其结构如图 1 所示。 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 包括设备数据中心（包括震荡波局放检测数据、超声波局放检测数据、地电波局放检测数据、红外测温数据）、故障预警模块（包括设备故障识别、设备状态判断）、专家诊断模块（包括诊断结果、设备运维建议）、决策模块（包括 专家级决策知识库、诊断分析）如图 2 所示 设 备 数 据 中 心振 荡 波 局 放 检 测 数 据超 声 波 局 放 检 测 数 据雷 电 波 局 放 检 测 数 据红 外 测 温 数 据数 据 采 集 模 块无 线 数 据 接 入决 策 模 块专 家 级 决 策 知 识 库诊 断 分 析故 障 预 警故 障 识 别设 备 状 态 预 判专 家 诊 断诊 断 结 果设 备 运 维 建 议 图 2 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 功能架构 研究技术路线 22 主要的技术路线是研究两大部分： 配电网 设备综合智能检测终端技术研究和 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 研究。 配电网 设备综合智能检测终端技术研究 方案 基于 Windows 平台研发 配电网 设备综合检测终端应用，该终端应用于平板电脑，通过平板 USB 接口或 WIFI 与现场检测设备进行通讯互联，兼容超声波、地电波、红外、振荡波、超高频等多种检测方式、诊断算法于一身；检测人员只需更 换检测设备便可实现 1 终端对多类检测方式的操作。 同时，平板电脑通过无线网络与检测相关后台进行数据通讯，保证数据管理有效性、共享性。 (1)配电网 检测装置通讯方式研究 方案 通过对 配电网 检测的整体调研，充分了解目前 配电网 检测的主要检测方式，包括振荡波、超声波、地电波、红外检测方法等，并理解其检测技术的原理；对局内目前使用的主要厂家的检测装置进行调研，制订 配电网 设备综合检测终端与检测装置间的数据通讯接口，接口方式拟采用 WIFI 或 USB 接口方式；针对多种检测方式，可考虑增加检测装置数据转换接口。 本项目对 配电网 检测装置 通讯方式进行深入研究，最终提交 配电网 检测装置通讯设计报告。 (2)配电网 检测装置数据分析算法研究 方案 本项目将通过对主流检测方式的确定，对相对成熟稳定的数据分析算法进行深入研究，并集成于智能检测终端应用中，例如：振荡波行波定位、带通滤波算法、小波滤波算法、基于支持向量机的超声波模式识别、红外图像识别算法。 (3)配电网 综合智能检测终端应用研发 方案 配电网 综合智能检测终端应用，将引入不同的作业模式，并对不同的作业模式进行业务分析。 包括巡视过程、试验过程，同时，对检测终端应用的数据结构、界面 UI、功能架构进行设 计， 配电网 综合智 23 能检测终端将基于 Windows 平台进行研发，拟研发基本功能包括检测类型管理（切换到相应的检测方式，应用将自动切换通讯方式）、检测基本参数管理、数据管理、诊断分析（包括各诊断方式的单一诊断、针对同一设备的应用不同检测方式的综合诊断）、规范标准查询（提供国际、国家、行业、企业各种行业规范、试验流程查询）。 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 研究 方案 研究多种 配电网 检测装置通讯方式（包括振荡波、超声波、地电被、红外测温等），通过 4G 网络技术实现远程数据采集，并提出检测装置接入标准 ：课题结合检测业务、数据管理，融合行波点位算法，向量机算法识别、红外图像分析等多种检测算法，建立智能检测知识库，提出综合诊断方法；搭建 配电网 设备状态监测与故障诊断“云计算”平台 ，提供数据分析与诊断服务，减低现场检测对人员的专业化要求，提高检测效率。 (1)带电检测与停电试验数据接入的研究 方案 基于 配电网 设备带电检测及试验数据集成，应用 4G 网络技术实现数据无线通讯，建立数据中心是本项目的工作重点。 数据采集与数据管理功能可实现对众多智能前端检测单元的数据采集包括（荡波局放检测数据、超声波局放检测数据、地电波局放 检测数据、红外测温数据）；对平台和检测设备之间的通讯方式、数据传输速度的优化等课题将要做专门研究。 满足检测大数据量通信速率；自动化的处理信道冲突：实现。