傳感器網絡和云計算的電力安全器具管理研究

袁 超，黃 濤，劉 全，韓文建，吳木木

（江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京 211100）

目前電力行業設備密集且種類繁多，電力安全器具的使用次數不斷增加[1]，電力安全器具的資料信息較為分散，導致錄入信息時難以保證完全錄入，在海量電力安全器具的運行與資料信息搜索過程中，很難快速且準確地搜索到目標信息[2]。器具信息的準確搜索與實時錄入可便于電力作業人員實時性地全面了解器具信息，保障其安全施工。因此，必須對電力安全器具實施全面的管理。通過對電力安全器具進行管理，能夠實現更加規范、安全的生產，保障電網的平穩運行與電力部門的正常生產[3-4]。因此，設計一種高效、全面的電力安全器具管理方法，成為當前電力領域的研究熱點。

文獻[5]采用遺傳算法，求出計量中心自動化存儲系統的最優存儲位置，優化了計量中心自動化存儲系統中計量器具的搜索時間。該方法能夠有效降低計量器具的搜索時間，提高了系統的搜索效率，但該方法未考慮信息錄入全面的問題。文獻[6]采用物聯網技術，通過傳感器和服務器，管控人員安全器具，并結合數據庫優化系統算法，完成了電力安全作業管理系統的設計。該方法能夠減少作業風險，但該系統的實時性較差。

針對上述問題，文中提出了應用傳感器網絡和云計算技術實現電力安全器具管理的方法，通過運用傳感器網絡和云計算技術獲取電力安全器具管理數據，構建電力安全器具在位狀態監測模型和電力安全器具管理模型，從而實現科學、高效、全面的電力安全器具管理。

1 基于傳感器網絡和云計算技術的電力安全器具管理方法

1.1 獲取電力安全器具管理數據

利用云計算技術在電力數據庫[7]中對電力安全器具管理數據進行計算，獲取電力安全器具管理數據，實現資源數據的集中管理，能夠動態地獲取電力安全器具管理數據，云計算技術為管理電力安全器具數據提供強大的計算能力[8]。由于電力安全器具的數量以及使用次數較多，故需構建電力安全器具使用的全過程信息化數據集合，方便對其進行集中管理以及數字化管理。獲取電力安全器具管理數據的具體步驟如下：

為了提高搜索效率，保證目標搜索項目均可被搜索到，設計整體項目集A（項目集A包括電力安全器具從采購、檢測、入庫、領用、臺賬、檢查、維護、實驗到報廢全過程的信息化數據），在項目集A中挑選k個數據對首個頻繁項集B1（電力安全器具維護與實驗數據集合）進行構造，其數據的選取原則為P≥q，其中，P表示數據的求取概率，q表示項目集的最小支持度。其構造表達式具體為：

式（1）中，b表示頻繁項集B1中的構成項。

構造數據的候選集C（電力安全器具維護數據集合）與其第二個頻繁項集B2（電力安全器具入庫數據集合），其中候選集C的構造數據需要在首個頻繁項集B1中選出，選擇基準為刨除包含非頻繁項的二維項集E（電力安全器具采購數據集合）；第二個頻繁項集B2則在候選集C中選取數據，其數據的選取原則[9]為P

式（3）中，a表示頻繁項集B2中的構成項。

當首個頻繁項集B1和第二個頻繁項集B2的構成項滿足b=a時，對二者進行合并[10]。同理，合并其他頻繁項集，最終完成候選集的構造：

式（4）中，Bn表示第n個頻繁項集，Bn+1表示第n+1 個頻繁項集，ai表示第n個頻繁項集Bn中的構成項；bi表示第n+1 個頻繁項集Bn+1中的構成項。

頻繁項集的合并過程具體如圖1 所示。

圖1 頻繁項集的合并過程

然后同上一步驟，構造數據的第n個頻繁項集；

在構造的n個頻繁項集中對關聯規則進行考察，其關聯規則置信度公式為：

按照式（5）預設值小于置信度的規則，可實現對數據的有效獲取。

按照上述步驟，利用云計算技術對電力數據庫中電力安全器具管理關聯數據進行計算，獲取的數據包括電力安全器具的資料數據與安全管理數據[11]。

1.2 監測電力安全器具在位狀態

基于獲取的電力安全器具管理數據，應用傳感器網絡構建一個電力安全器具在位狀態監測模型，對電力安全器具實施在位狀態監測。構建的電力安全器具在位狀態監測模型的構成模塊為終端監測模塊、數據傳輸模塊以及現場檢測模塊[12-14]，這些模塊均需要依托傳感器網絡實現其具體功能，模型具體構造如圖2 所示。

圖2 電力安全器具在位狀態監測模型具體構造模塊圖

終端監測模塊、數據傳輸模塊以及現場檢測模塊能夠通過傳感器網絡實施數據交互，交互數據包括控制及狀態數據流[15]。

其中終端監測模塊的作用是對電力安全器具的在位狀態實施遠程監測，該模塊是整個模型的應用層，能夠為電力安全器具管理人員提供快捷方便的在位狀態監測界面[16]。終端監測模塊匯集了現場檢測模塊收集的節點設備信息，能夠進行數據的展示、預警以及存儲[17]。利用終端監測模塊，電力安全器具管理人員能夠實時獲取電力安全器具在位數據，其預警功能能夠對電力安全器具的無端調動進行預警，當管理人員收到警報后，能夠在后臺對該電力安全器具的整體調動數據進行獲取，并對相關處理人員進行調配。

數據傳輸模塊負責對電力安全器具在位狀態數據進行傳輸[18]，該模塊是整個模型的最底層，也是模型的基礎配置，利用智能設備能夠采集并傳輸電力安全器具的在位狀態數據，該模塊具備實時性。

現場檢測模塊處于數據傳輸模塊與終端監測模塊之間，負責獲取并處理現場監測設備數據[19]，獲取設備數據后能夠對設備數據進行發送和處理、對數據趨勢進行分析以及將數據發送至數據傳輸模塊。

利用電力安全器具在位狀態監測模型能夠對電力安全器具實施實時監測[20]，當在位狀態發生變化時，狀態數據會被自動記錄，并對當前狀態進行自動更新，電力安全器具管理人員能夠實時獲取電力安全器具當前的狀態，以對其進行管理。

1.3 實現電力安全器具管理

完成電力安全器具在位狀態監測后，應用云計算技術構建一個電力安全器具管理模型，最大程度地實現電力安全器具管理的優化和效率的提升[21]。根據云計算智能化管理、資源維護和自動化查詢等特點，構建的電力安全器具管理模型包括維護基礎信息模塊、管理電力安全器具模塊、查詢統計模塊。

電力安全器具管理模型的具體模塊構成如圖3所示。

圖3 電力安全器具管理模型模塊構成

分析圖3 可知，在維護基礎信息模塊中，各單元的具體功能如下：電力安全器具歸屬信息維護單元具體功能包括新供電所添加、供電所刪除、供電所對應信息修改；電力安全器具供應商信息維護單元具體功能包括新供應商添加、供應商刪除、供應商對應信息修改；電力安全器具時間信息設置單元具體功能包括對檢驗設置提示時間、對報廢工具設置提示時間、對未歸還工具設置提示時間；設定保管柜信息單元具體功能包括保管柜具體位置信息添加、保管柜具體位置信息修改以及保管柜具體位置信息刪除。

管理電力安全器具模塊主要應用云計算技術實現其管理功能，其構造包括7 個單元，各單元對應的功能分別為管理器具申購流程、管理器具發放流程、管理器具接收管理流程、管理器具領用流程、管理器具退還流程、管理器具檢驗流程、管理器具廢棄流程。

查詢統計模塊中各單元的具體功能為供電所實時臺賬查詢、供給商實時信息查詢、供電所實時信息查詢、工具領用、廢棄與檢查實時信息查詢。

2 實驗驗證與分析

2.1 搭建測試環境

對設計的應用傳感器網絡和云計算技術的電力安全器具管理方法進行實驗驗證。搭建的測試環境具體如表1 所示。

表1 搭建的測試環境

在搭建的測試環境下進行電力安全器具管理實驗，測試電力安全器具管理方法的器具搜索性能。為了對比實驗方法的器具搜索性能，需要比較實驗方法的器具搜索效率與器具錄入全面性，當器具搜索效率更高且器具錄入更全面時，即可證明實驗電力安全器具管理方法的器具搜索性能更好。

2.2 實驗結果分析

為了確保實驗結果具備對比性與可靠性，實驗選取1 000 個電力安全器具信息數據作為實驗數據，分別采用文獻[5]方法、文獻[6]方法和所提方法的電力安全器具管理方法，對電力安全器具信息數據進行6 次搜索后，比較不同方法的電力安全器具管理方法的器具搜索效率，對比結果如圖4 所示。

圖4 不同方法的器具搜索效率對比

分析圖4 可知，采用不同方法的電力安全器具管理方法對器具信息數據進行6 次搜索后，文獻[5]方法的平均器具搜索效率為61%，文獻[6]方法的平均器具搜索效率為32%，而所提方法的平均器具搜索效率為95%。由此可知，所提方法的器具搜索效率較高，該文主要采用傳感器網絡，通過構建的終端監測模塊，實現電力安全器具信息在位狀態監測，達到快速搜索數據的功能，從而提高器具搜索效率。

為了驗證電力安全器具信息錄入的實時性，分別采用文獻[5]方法、文獻[6]方法和所提方法的電力安全器具管理方法，對選取的1 000 個電力安全器具信息數據進行錄入，對比不同方法的電力安全器具管理方法的器具信息錄入時間，其結果如圖5 所示。

圖5 不同方法的器具信息錄入時間對比

分析圖5 可知，當器具信息數據量為600 MB 時，文獻[5]方法的器具信息錄入時間為28 s，文獻[6]方法的器具信息錄入時間為38 s，而所提方法的器具信息錄入時間為7 s；當器具信息數據量為1 000 MB時，文獻[5]方法的器具信息錄入時間為32 s，文獻[6]方法的器具信息錄入時間為42 s，而所提方法的器具信息錄入時間為8 s。由此可知，所提方法的器具信息錄入時間最短，其信息錄入的實時性較好，該文所構建的數據傳輸模塊，能夠實時傳輸電力安全器具的在位狀態數據，使器具信息錄入具有較高的實時性。

在此基礎上驗證不同方法的器具信息錄入的全面性，其對比結果如表2 所示。

表2 不同方法的器具信息錄入對比

根據表2 可以看出，文獻[5]方法的電力安全器具管理方法中安全圍欄（網）的器具信息未錄入，文獻[6]方法的電力安全器具管理方法中標示牌的器具信息未錄入，而所提方法的電力安全器具管理方法中器具信息均錄入。由此可知，所提方法的電力安全器具管理方法的器具信息錄入全面性較高，所提方法主要應用云計算技術管理電力安全器具模塊，能夠對大量的數據進行處理，從而使器具信息錄入全面。

3 結束語

為了解決器具搜索效率低、器具信息錄入不全、實時性較差的問題。文中提出了應用傳感器網絡和云計算技術實現電力安全器具管理的方法。采用云計算技術，獲取電力安全器具管理數據，并應用傳感器網絡，構建電力安全器具在位狀態監測模型和電力安全器具管理模型，從而實現電力安全器具管理。實現了器具搜索性能的提升，對于實現電力安全器具的科學、高效、全面管理具有重要意義。然而受到時間和電力安全器具信息數據的限制，在對比實驗中得出的實驗結果具有一定的片面性，在未來的研究工作中，希望可以獲得更多的數據來支持電力安全器具的管理。