基于高階桿塔建模的輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)的設(shè)計(jì)

林晏，廖曉春，王慧瓊

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000；2.武漢華電順承科技有限公司，湖北 武漢 430071）

0 前言

目前輸電線(xiàn)路的桿塔建模在應(yīng)用領(lǐng)域存在明顯的功能局限，如提升基建效率的三維和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣1]、構(gòu)件與所受風(fēng)荷載之間可靠性關(guān)系參數(shù)建模[2]、支持人工智能快速辨識(shí)的數(shù)字化形態(tài)建模[3]以及面向事故分析和運(yùn)維指導(dǎo)的過(guò)程建模[4-5]等，特征是專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、側(cè)重設(shè)計(jì)驗(yàn)證、采用離線(xiàn)運(yùn)行，因此存在重復(fù)建設(shè)、信息孤島、數(shù)據(jù)異構(gòu)及共享不充分等問(wèn)題。

此外，桿塔模型受電力系統(tǒng)信息安全防護(hù)嚴(yán)格分區(qū)的技術(shù)層面軟約束，不同部門(mén)信息獲取渠道及發(fā)布時(shí)機(jī)不同步[6]，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制[7]，人工干預(yù)環(huán)節(jié)過(guò)多，制約了繼保智能化[8-9]和調(diào)控一體化的管理水平。

本文根據(jù)桿塔信息與調(diào)度管控各環(huán)節(jié)的耦合特性提出了一種基于高階桿塔建模的輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)數(shù)據(jù)、內(nèi)聯(lián)、控制和接口四層架構(gòu)整合桿塔數(shù)據(jù)，解決桿塔信息在事故處置指令流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)中的一致性和數(shù)據(jù)無(wú)延時(shí)跨區(qū)同步問(wèn)題，滿(mǎn)足精益管理和高效運(yùn)維的要求。

1 當(dāng)前巡線(xiàn)搶修機(jī)制

現(xiàn)行巡線(xiàn)搶修機(jī)制劃分為實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)：電網(wǎng)故障的信息采集和事故診斷、控制指令等信息在實(shí)時(shí)區(qū)；戶(hù)外巡檢、事故上報(bào)、臺(tái)賬維護(hù)等信息在非實(shí)時(shí)區(qū)，整個(gè)過(guò)程涉及多個(gè)部門(mén)和專(zhuān)業(yè)口，各環(huán)節(jié)存在極大延時(shí)。如圖1所示。

圖1 現(xiàn)行巡線(xiàn)搶修機(jī)制

由圖1可見(jiàn)，實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)各專(zhuān)業(yè)間對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的信息需求差異考慮不足，數(shù)據(jù)處理成本高。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)

根據(jù)電力系統(tǒng)的調(diào)度職能和輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修流程特點(diǎn)，按數(shù)據(jù)層、內(nèi)聯(lián)層、控制層和接口層的縱向遞進(jìn)模式設(shè)計(jì)平臺(tái)，各層之間由數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)抽象、業(yè)務(wù)處理和端口處理模塊進(jìn)行交互，層內(nèi)部信息處理保證獨(dú)立性和靈活性，如圖2。

圖2 輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)

2.1.1 平臺(tái)架構(gòu)

1）數(shù)據(jù)層：平臺(tái)的核心部分，負(fù)責(zé)處理基礎(chǔ)桿塔臺(tái)賬信息、運(yùn)行后的實(shí)時(shí)庫(kù)信息、歷史信息以及服務(wù)于數(shù)據(jù)管理模塊的時(shí)態(tài)信息。

2）內(nèi)聯(lián)層：負(fù)責(zé)處理平臺(tái)桿塔模型內(nèi)部數(shù)據(jù)同外部業(yè)務(wù)查詢(xún)之間的快速轉(zhuǎn)換和邏輯隔離。

3）控制層：負(fù)責(zé)處理外部請(qǐng)求與模型數(shù)據(jù)之間的指令翻譯和橫向協(xié)調(diào)，橫向協(xié)調(diào)內(nèi)容包括實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)之間的信息同步、與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、傳輸機(jī)制等。

4）接口層：負(fù)責(zé)接收和處理人工請(qǐng)求指令和廠(chǎng)站端自動(dòng)采集信息的匯集。

2.1.2 四層架構(gòu)模型設(shè)計(jì)原則

1）強(qiáng)一致性。模型數(shù)據(jù)的維護(hù)和同步由內(nèi)聯(lián)機(jī)制完成，信息變更的發(fā)布采用實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)方式，所有靜態(tài)存儲(chǔ)單元和動(dòng)態(tài)接口請(qǐng)求所獲取的信息同步更新且保持一致。

2）低耦合性。功能實(shí)現(xiàn)分層遞進(jìn)，各層模塊獨(dú)立實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行，相互通過(guò)消息機(jī)制進(jìn)行脫敏通信，模塊之間采用實(shí)時(shí)庫(kù)進(jìn)行信息同步和交互，單個(gè)模塊的更新和退出不影響其他模塊，數(shù)據(jù)與具體存儲(chǔ)位置（本地、網(wǎng)絡(luò)）、載體（文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等）無(wú)關(guān)，模型系統(tǒng)通過(guò)發(fā)布推送渠道自動(dòng)告警和隔離故障域。

3）高安全性。模型對(duì)外提供統(tǒng)一接口和調(diào)用方法，應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層隔離，外部指令不能直接修改數(shù)據(jù)庫(kù)原始信息，實(shí)時(shí)庫(kù)中的信息以身份校驗(yàn)和指令合法性校驗(yàn)雙重認(rèn)證方式更新，實(shí)時(shí)庫(kù)信息回寫(xiě)到數(shù)據(jù)庫(kù)之前需二次授權(quán)。

2.2 巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)的運(yùn)作機(jī)制

圖3 巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)運(yùn)作示意圖

基于高階桿塔建模的輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)將故障采集、廠(chǎng)站監(jiān)視、調(diào)度系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、輸電所及設(shè)備部等監(jiān)視信息和專(zhuān)業(yè)請(qǐng)求納入到一個(gè)層面，人員通過(guò)各自終端渠道訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)的接口，由平臺(tái)統(tǒng)一處理專(zhuān)業(yè)信息差異、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、診斷分析、存儲(chǔ)映射、歸檔發(fā)布等業(yè)務(wù)，信息由平臺(tái)內(nèi)部處理及跨區(qū)同步，與調(diào)用請(qǐng)求無(wú)關(guān)。如圖3。

平臺(tái)以接口層統(tǒng)一獲取和處理故障實(shí)時(shí)信息及各專(zhuān)業(yè)異步查詢(xún)請(qǐng)求，平臺(tái)內(nèi)部完成信息整合、計(jì)算、歸集等，對(duì)各級(jí)用戶(hù)提供反饋、推送和發(fā)布服務(wù)。故障處置對(duì)信息的獲取進(jìn)行異步化處理，調(diào)控中心和其他專(zhuān)業(yè)能夠在同一平臺(tái)上同步獲取信息，縮短了信息流轉(zhuǎn)時(shí)間。故障處置流程圖如圖4所示。

圖4 基于高階桿塔模型的故障處置流程圖

決策平臺(tái)將實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)的信息發(fā)布進(jìn)行了統(tǒng)一和同步。

3 高階桿塔建模設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

將桿塔臺(tái)賬、運(yùn)行信息以及歷史記錄數(shù)據(jù)等組織起來(lái)統(tǒng)一管理，抽象出桿塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立虛基類(lèi)。導(dǎo)入描述桿塔的各類(lèi)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的虛基類(lèi)派生出不同類(lèi)型桿塔的描述類(lèi)，如直線(xiàn)塔、轉(zhuǎn)角塔等，消納吸收臺(tái)賬等桿塔信息建立實(shí)例，存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖5 桿塔模型類(lèi)

將桿塔離散、籠統(tǒng)的數(shù)據(jù)細(xì)分為制造信息、基建信息運(yùn)行信息及調(diào)度信息，未識(shí)別的信息歸為其他，按照數(shù)據(jù)特點(diǎn)可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如制造信息屬于靜態(tài)信息，消缺記錄屬于動(dòng)態(tài)信息。靜態(tài)數(shù)據(jù)采用將桿塔的臺(tái)賬過(guò)濾后導(dǎo)入的方式；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采用基于日志解析的方式來(lái)獲取信息，以保證其時(shí)效性。

各專(zhuān)業(yè)對(duì)桿塔數(shù)據(jù)的運(yùn)用習(xí)慣和解讀方式有所區(qū)別，對(duì)靜態(tài)信息或動(dòng)態(tài)信息的讀取存在語(yǔ)義或數(shù)據(jù)無(wú)法識(shí)別的情況。

采用模式匹配，依據(jù)為屬性的相似度，其簡(jiǎn)易的測(cè)度公式：

式中S1,S2是表示屬性的數(shù)字和文字組合，PR（Pattern Recognition Algorithms）表示匹配算法，其方法如下：

1）相似測(cè)度：采用相似測(cè)度時(shí)，對(duì)于一個(gè)輸入屬性特征量V={v1，v2，…，vn}，標(biāo)準(zhǔn)屬性特征量為R={r1，r2，…，rn}，它們之間的距離為d，其定義為：

標(biāo)準(zhǔn)屬性與輸入屬性的距離計(jì)算出來(lái)以后，找出距離小于閾值的屬性值，即相似度較大，完成了輸入屬性的識(shí)別任務(wù)；

2）模糊測(cè)度：所有屬性組合空間設(shè)為Ω，其中有k個(gè)屬性，Ω={C1，C2，…，Ck}，取樣本F={f1，f2，…，fk}，其目的是將各異構(gòu)的桿塔屬性轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)義。設(shè)定一個(gè)屬性庫(kù)，其中包含有每個(gè)屬性Ci的不同部門(mén)、定義或?qū)I(yè)的解讀。如果桿塔各項(xiàng)屬性在庫(kù)中匹配成功，即對(duì)任意i(1≤i≤k)，有fi∈Ci，那么將此樣本規(guī)范化。對(duì)于在匹配過(guò)程中難免存在不識(shí)別的情況，可進(jìn)行人工干預(yù)，隨著桿塔屬性庫(kù)的積累，轉(zhuǎn)換率也將會(huì)提高。

4 應(yīng)用分析

1）基于高階桿塔建模的數(shù)據(jù)在導(dǎo)入和查詢(xún)批量參數(shù)時(shí)對(duì)信息增量不敏感，這是由模型對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的異步處理特性決定。

2）在數(shù)據(jù)更新最大延時(shí)方面，過(guò)去由于實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)的同步方面依靠人工手段，當(dāng)平臺(tái)將同步功能內(nèi)置化后，信息發(fā)布具有零延時(shí)優(yōu)勢(shì)。

3）高階平臺(tái)運(yùn)用了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)挖掘算法后的首次桿塔定位精度明顯提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

輸電線(xiàn)路桿塔故障的戶(hù)外搶修的管控是調(diào)控最大的盲區(qū)，也是電網(wǎng)事故上報(bào)信息化最滯后的環(huán)節(jié)，本文根據(jù)桿塔信息在各專(zhuān)業(yè)間流轉(zhuǎn)的特征提出了一種低耦合高內(nèi)聚特征的高階桿塔建模方法，提供接口層、控制層、內(nèi)聯(lián)層和數(shù)據(jù)層逐級(jí)遞進(jìn)的方式重建桿塔模型，并據(jù)此設(shè)計(jì)了新型輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修決策平臺(tái)。特點(diǎn)在于：應(yīng)用與計(jì)算分離。不同專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求通過(guò)統(tǒng)一接口實(shí)現(xiàn)；信息流轉(zhuǎn)快；電網(wǎng)事故監(jiān)視診斷和輸電線(xiàn)路戶(hù)外桿塔搶修的信息保持雙向傳遞及同步，延伸了調(diào)度對(duì)電網(wǎng)故障處置的管控能力；適用性強(qiáng)，提供統(tǒng)一決策支持，解決了信息孤島和數(shù)據(jù)碎片問(wèn)題，提升了輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)搶修的效率。