基于大數據的變電站設備狀態智能化評價系統與方法探討

國網鄭州供電公司 包宇喆 陳一瀟 河南九域恩湃電力技術有限 鄭澤源 王振邦

在國民經濟水平不斷提高，人們的生活質量不斷提高這樣的背景下，人們不再僅局限于對電的基本使用保障需求，此時電力企業要緊跟新時代的發展步伐，為用戶提供更加優質的服務水平和質量，這一目標的實現，離不開對供電設備的實時維修，降低供電設備故障出現的概率。

現階段，變電站維修作為用電科學化管控的重要環節，在具體的實施中需要專業人員做好對設備相關運行參數的全面采集和整理，然后在充分結合設備運行參數的基礎上，精確地分析和判斷設備運行狀態，但數據采集方式存在試驗數據抄錄工作量繁重、紙筆抄錄的工作方式效率低下、數據精確度有待提高、大量數據無法用于設備分析、檔案記錄查閱不便、設備狀態無直觀統計分析等問題。

為了解決以上問題，提高變電站的運行性能，加強對變電站設備狀態智能化評價系統的設計和研發迫在眉睫。為此，現設計一款功能完善、實用性強的變電站設備狀態智能化評價系統：首先，完成對系統框架的設計、系統工作原理分析以及系統數據庫構建；其次，從數據處理、評價方法運用、評價模型優化三個方面入手，研究了系統評價方法。結果表明：在大數據技術的應用背景下，本文所設計的變電站設備狀態智能化評價系統運行正常、可靠、穩定，各個功能模塊實現滿足設計的相關要求。

1 系統總體設計

1.1 系統框架設計

為了提高對變電站維修效率和效果，確定該設備能夠可靠、穩定、安全地運行，技術人員要構建出一種智能化的變電站設備狀態智能化評價系統，為用戶快速識別故障信息提供一定的便利，該系統主要由以下三個部分組成（圖1）[1]。

圖1 系統框架設計示意圖

1.1.1 數據采集端

該部分主要用于對所有用電設備運行狀態相關信息的全面化獲取和整理，并將最終的獲取結果安全、可靠地傳輸和存儲于數據庫中，便于后期數據處理端及時、有效地查詢和調用。數據采集端為電力信息采集系統、國網PMS2.0系統、微信平臺、國網掌上電力APP、溫度采集器、濕度采集器、風力采集器、雨雪采集器[2]。

1.1.2 數據處理端

該部分在實際使用中，主要負責從數據庫中對高價值字段數據進行抽取，并根據最終的抽取結果完成對選擇評價模型的構建，該模型主要包含維度、度量等參數，然后通過使用選擇評價模型，確定出合適的維度、度量等參數，接著及時、有效地處理從數據采集端傳輸過來的重要狀態信息數據，并形成最終的處理報告。數據處理端主要包含兩種處理端：

第一處理端。主要用于對子數據庫內所有狀態信息的調取，然后結合用電設備的種類，完成對設備狀態信息的科學分類，從而完成對總數據庫的構建，便于第二處理端對這些數據的獲取和調用[3]。

第二處理端。結合所設置好的主題類型和評價指標，對即將調取的數據類型進行科學地分類和確定，然后根據所確定好的數據類型，利用數據庫完成對相關設備狀態信息的自動化調取，接著在構建評價模型的基礎上，采用手動錄入的方式直接修改初始評價指標，然后利用不同的評價指標完成對同一樣本數據的優化和完善，從而形成系統、完善的評價模型，借助利用所構建好的評價模型系統化處理設備狀態信息，從而獲得最終的處理結果。這兩種處理端在實際連接中，主要用到了兩種連接方式，分別是有線通訊連接方式和無線通訊連接方式[4]。

1.1.3 結果顯示端

該部分通過利用數據統計法，可以將報表數據展現法與圖表數據展現法進行有效地結合，然后利用數據處理端完成對處理結果的自動生成，并將處理結果形象、直觀地呈現在用戶面前。結果顯示端主要由以下兩個部分組成，分別是顯示設備和投影設備，其中顯示設備主要包含電子顯示屏、移動PC、移動通訊設備等，這些設備均用到了顯示屏幕，投影設備具有強大的投影功能。

1.2 系統工作原理

數據采集端獲取各個用電設備的狀態信息，并發送到子數據庫中進行存儲，數據處理端從總數據庫中抽取出有價值的字段構建適當的維度、度量，選擇評價模型，根據選擇的評價模型和選擇的維度和度量對從數據采集端采集的狀態信息進行處理，結果顯示端應用數理統計方法，結合報表、圖表的數據展現方法對數據處理端生成的處理結果進行展現，通過按照相同用電設備、相同區域等類型對用電設備進行評價，便于區域維修人員和管理人員了解轄區內用電設備的運行情況，以適應不同人員對用電設備的不同評價需求，方便工作人員掌控用電設備當前狀態和可能存在的問題。

1.3 數據庫構建

本文所用到的數據庫主要包含三種：子數據庫。為電力信息采集系統、國網PMS2.0系統、微信平臺、國網掌上電力APP、溫度采集器、濕度采集器、風力采集器、雨雪采集器連接的儲存器；狀態數據庫。各個子數據庫中獲取各個變電設備狀態信息的獲取鏈接并儲存；目標數據庫。據主體類型所需的變電設備運行數據，依據事實表和查找表中數據存儲字段內容，以及事實表和查找表之間的聯系，從狀態數據庫中經數據抽取、轉換、裝載后的面向分析的數據進行儲存。以上三種數據庫經過結合，形成總數據庫與包括狀態數據庫和目標數據庫，狀態數據庫和目標數據庫通過有線通訊方式連接。

2 系統評價方法

2.1 數據處理

2.1.1 總數據庫構建

在對總數據庫進行構建期間要從以下方面入手：

數據庫選擇：首先，用于采集的用電設備數據來自不同的子數據庫，子數據庫的儲存位置和儲存方式均不相同，之間會存在不能融合情況的出現，因此采用訪問子數據庫中用電設備信息的鏈接作為用電設備的信息存儲在數據庫中，解決各個子系統之間不能融合情況的出現。需要建立面向分析應用的數據庫對各個主題數據進行存儲。該數據庫要求具有強大的數據存儲能力，能存放用設備龐大的歷史數據；支持多用戶并行查詢操作；支持復雜的、深層次的數據查詢操作；并能快速地響應查詢。本系統采用oracle109數據庫產品。

各個主題數據存儲模型設計：根據電力營銷決策各個主題數據分析需求情況，設計主題數據存儲模型，確定事實表和查找表中數據存儲字段內容，以及事實表和查找表之間的聯系。事實表中存放主題相關的主要數據，例如存放用電設備的維修記錄、用電設備地址等數據。維表中存放主題目標數據的相關因素數據，例如使用時間和與環境相關的溫度、濕度、風力等。

獲得用電設備歷史數據：根據各個主題數據存儲模型情況，在YxDWesDArA 數據庫建立相應事實表和維表后，對企業歷史業務數據還需要經過ETL(數據抽取、轉換和裝載)過程獲得。ETL 負責將分布的、異構數據源中的數據如關系數據、平面數據文件等抽取到臨時中間層后進行清洗、轉換、集成，最后加載到目標數據庫。當前己有多種ETL 工具，例如Aseential 公司的Datastage、Informatiea 公司的Powercenter、NCRTeradata公司的ETLAutomation 等。通過定義相關數據抽取、轉換和裝載規則，可以使用ETL 已有工具獲得用電設備數據。

2.1.2 數據抽取規則

數據抽取主要是指根據主題數據模型，分析用電設備現有的業務數據庫系統，選擇最好的數據來源，定義數據抽取規則。根據主題情況、主題數據源、數據量大小等定義數據抽取規則如下：

定義抽取過程是人工抽取還是基于工具抽?。蝗?，事實表數據量大的需要基于工具抽取，而維表數據量小可基于人工抽??；確定數據抽取的頻率；如，根據主題情況對企業歷史數據可以一月一次、一季一次或一年一次進行抽??；確定數據抽取時間；如，根據主題情況確定是等到某項工作成功完成后抽取還是固定時間抽取；進行相應的導常處理，確定如何處理無法抽取的輸入記錄；確定數據直接抽取還是經過轉換后抽取。

2.2 評價方法運用

由于用電設備數量比較多，在進行提取前需要對用電設備進行分類，如，變壓器、斷路器、吸濕器、變電柜等，實現了對不同用電設備進行評價，并進行圖文顯示，但是這種評價方式是把不同區域的相同用電設備形成一個整體進行評價，便于人們對相同用地那設備進行觀看的同時，但是由于各個用電設備的地址不同，不利于部分區域中的檢修人員對負責區域內的全部不同類型的用電設備進行評價，所以需要以地域為類型，把相同地域中的各種用電設備歸為一個整體進行評價，使區域維修人員獲得維修區域中各個用電設備的使用情況。

2.3 評價模型優化

用電設備不同，所對應的評價指標也存在一定的差異，因此技術人員要嚴格按照相關標準和要求，為每個用電設備設置相應的標志分值。為了進一步提高評價指標的權威性、科學性和針對性，在對設備維護相關指標進行評價期間，單個智能有且僅能定義一次，同時還要做好對初始標志分值的精確化賦值。在評價用電設備期間，充分利用所設置好的評價模型，提高用電設備的評價結果的精確性和真實性。評價模型主要包含以下兩種：

個人模型。個人模型僅僅被特定的系統用戶所接收，系統用戶根據自身的個性化使用需求，完成對評價模型的構建和應用；公共模型。公共評價模型幾乎被所有用戶認可和使用。不同用戶在對評價模型進行構建期間，經常出現相互交叉、重復現象，此外由于用戶使用需求不同，導致評價模型所使用的標準分值存在一定的差異，對評價結構的統一性規范性造成不良的影響，為了解決這一問題，需要在不斷修改、優化和完善評價模型的基礎上，對模型的使用條件進行設定，從而構建出用戶普遍認可的評價模型，并對其進行轉換處理，使其被轉換為公共模型，便于更多的用戶的使用，從而提高評價模型的利用率。

現階段，在計算用電設備評價計算結果期間，相關人員首先選用合適的評價模型，然后使用所收集好的樣本數據開展相關評價計算工作，這種處理方式存在一定的弊端，不滿足常規評價思維，原因是不能讓需要評價的用電設備適應評價模型，因此在改造和優化用電設備評價計算流程期間，要將選用用電設備安排在選用評價模型之前。

綜上，大數據技術作為一種先進、新型的高科技技術，被廣泛地應用于人們生活的方方面面，為人們的生活提供了極大的便利，同時還促進社會的穩定、和諧發展。而變電站設備狀態智能化評價系統在具體的設計中，通過使用人工智能技術，不僅可以實現對變電站設備運行參數相關數據的深入挖掘和分析，還能提高設備狀態智能化評價結果的精確性和真實性，為縮小財力成本、人力成本、物力成本，幫助電力企業獲得較高的社會效益和經濟效益的最大化提供重要的技術支持。因此，在大數據技術的應用背景下，加強對變電站設備狀態智能化評價系統的設計和研發顯得尤為重要。