AI智能分析技術在電力動環監控系統的應用

劉詩焱,馬孟婷

(國網寧夏電力有限公司吳忠供電公司信息通信公司,寧夏 吳忠 751100)

0 引言

隨著國家電網公司提出打造我國特色的、國際領先的能源互聯網企業實現高質量發展的關鍵階段,按照“圍繞一個主線,連接兩個空間,聚集四個鏈條、實現四個服務”的總思路,不斷完善頂層設計,強化基礎數據管理,扎實推進數字電網建設,支撐公司高質量發展和新型電力系統建設,服務數字中國建設的要求。為了實現電力通信設備運行、維護的數字化轉型,參照國網企管電《電力通信機房動力環境監控系統技術規范》(2020-776號),在電力動環監控系統上運用人工智能、智慧安防、數據分析等技術進行探討[1]。

1 電力動環監控系統現狀及存在的問題

電力動環監測系統是能源信息通信系統的重要組成部分,包括對電力通信局站機房環境、信息通信電源等設備進行監控、保障和管理的作用。監控的內容:通信電源、DC變換電源、蓄電池、視頻圖像、溫濕度、煙霧感應器、門磁、水浸、空調等。為了滿足動態感知、報警管理標準化、遠程操作和動態環監控系統功能多樣化的內在要求,應用技術手段進行搭建。

目前,寧夏吳忠供電公司轄區內的獨立通信站點和機房已配置了動環監控系統,管理存在以下問題:(1)通信設備的數據采用遠程解析的方式。由中心站進行數據采集、處理、共享。(2)通信設備的信息點位不完整、不規范。(3)監控數據單一,都是通過通信協議的數據訪問。(4)數據共享接口不規范,無法進行數據融合。

2 監控系統設計與實現

為了響應國家電網“集約化、扁平化、專業化”的發展方向,建立新的一體化經營模式,通過結合管理優勢和技術優勢,在現有條件基礎上研究電力動環監控系統AI、3D與人工智能、數據分析、動態感知、報警管理標準化,遠程化操作,推動動環監控系統智能化運維和管理[2]。

2.1 系統架構

按照國網動環集中監控系統“平臺集中部署、數據集中處理、應用分級開展”的原則,變電站通信電源的監控模塊依據A接口規范與監控單元(SU)互聯;集中監測系統與監控單元應依據B接口規范互聯;集中監測系統與其他通信電源監測系統應依據C接口規范級聯,如圖1所示。

圖1 系統架構

2.2 網絡通道

中心站與端站網絡采用雙網雙通道進行數據傳輸,地市與端站采用SDH專用網絡傳輸,省公司與端站采用MIS網進行數據傳輸,端站設備通過不同的路由節點傳送至中心站,再經過防火墻、交換機等網絡設備與其他系統互聯互通,如圖2所示。

圖2 網絡通道部署

在中心站部署一臺三層交換機,用于IP地址分配,一臺防火墻對交換機入口進行安全防護,策略由省公司統一部署。

2.3 站端監測裝置

端站監測裝置由監測單元SU、傳感器等設備組成,如圖3所示。

圖3 站端監測裝置架構

端站的監測單元采用 ARM嵌入式系統,能夠實現本地協議解析,并按照Web Service(B接口)規范轉發監控數據,同時具有監控模塊工況監視、歷史數據存儲、告警數據處理等功能,裝置支持模擬量、狀態量、RS485/RS232等接口設備接入功能,監控單元硬件接口配置滿足國網企業標準。

監測單元(DAU-01)提供2路以太網接口;6路RS485接口,4路RS232接口;16路模擬量輸入接口;16路狀態量輸入接口;8路遙控輸出;同時提供兩路DC48 V電源供電[3]。配置4英寸觸摸屏,可以本地顯示和本地告警聯動。設備采用標準19英寸機箱,方便固定安裝。

供電方式:監測單元SU采用站內通信電源進行供電,支持主備用雙電源的供電方式。

協議處理:監測單元具有本地協議解析及轉發功能、監控模塊工況監視功能以及本地歷史數據和告警數據處理和存儲的功能,當傳輸鏈路中斷恢復應能上報至集中系統。監測單元同時具有環境采集和上傳功能。

采集方式:采集方式以協采為主,直采方式作為可選項;若協采信息不滿足監測指標要求,增加直采裝置。

通信接口:監測裝置支持B接口標準規范,可以進行數據雙向發送。

基于Linux的數據采集單元采用嵌入式操作系統,集成了計算機技術、通信技術和數據處理技術。并具備本地實時監測、本地數據處理、本地顯示、本地聯動等功能。負責對站端各種通信電源、DC變換電源、環境等設備的集中接入,配置電源協議解析動態庫、接摸屏數據顯示、設備采集狀態,并提供WebService、IEC61850、ModBus等規約服務。

2.4 監測內容及方式

監測對象包括通信電源、通信專用DC/DC變換電源、蓄電池、溫濕度、水浸、煙霧、視頻等。

通信電源協議采集:對通信電源系統的數據監測,通過通信電源系統的監控單元的RS232/RS485接口連接端站的監測單元SU,由監測單元負責數據采集、規約轉換、數據處理、B接口數據轉發等。通信電源系統核心監測指標包括交流輸入電壓、整流輸出電壓、蓄電池組充放電電流、蓄電池組熔絲狀態、整流模塊狀態、通信狀態。

通信電源的直采:對于協議采集的通信電源數據監測指標滿足不了要求的,通過增加電壓、電流等傳感器完善開關電源監測指標,滿足通信電源集中監控系統的要求。傳感器直接接入至端站的監測單元,由監測單元負責將傳感器采集的數據與協議采集的數據進行整合,融合成開關電源的完整數據,再通過標準B接口規范進行數據轉發。

通信專用 DC/DC 電源系統: 對通信專用 DC/DC 電源系統的數據監測,通過開關電源的監控單元的RS232/RS485接口連接端站的監測單元SU,由監測單元負責數據采集、規約轉換、B接口數據轉發等。對于協議采集DC/DC電源系統的數據監測指標滿足不了要求的,通過增加電壓、電流等傳感器完善DC/DC電源監測指標,滿足通信電源集中監控系統的要求。通信專用DC/DC電源系統核心監測指標包括直流輸入電壓、直流輸出電壓、DC/DC模塊狀態、通信狀態。

本地顯示:站端數據采集單元配有4寸觸摸屏,在屏幕上的“監控設備列表”中可以查看到當前設備告警信息。

聲光告警:在機柜頂上配置聲光報警器,對數據采集單元設置越限閾值。當發生告警時,聲光報警器發生告警提示,根據設備的告警等級顯示不同的顏色,方便巡檢人員及時發現告警。

3 AI技術核心應用分析

智能數據采集:系統結合“視覺+AI”,利用光學、計算成像、智能算法等感知技術,對收集的數據進行清理,以驗證和補充收集數據的準確性。系統根據規定的清洗條件對異常數據進行排除和過濾預處理,并針對缺失數據進行補充,以確保對應數據收集的實效性和完備性,從而為后續數據進入深度智能分析提供基本保障。

智能故障告警:系統以專家知識庫中的大量錯誤信息及其原因用作基礎數據,并進行模擬運算,以建立用于動態環監測的通用警報信息和原因模型數據庫。通過智能搜索和論證技術綜合分析各通信局站的實時運行數據和歷史數據,及時發現每個站點的隱藏錯誤,并發出警報。主要包括數據溢出、設備報警、遠程信號轉移、設備故障、庫存不足、亞健康設備和提升節點等。能在第一時間讓用戶了解動態環監控中存在的異常信息。

智能運維:基于AI技術的應用,開發了能結合實時采集數據、歷史數據和報警數據分析結果的系統,并使用自主學習技術來檢測系統故障的原因、影響范圍、處理方案等,自動創建運維故障單,同時,系統將故障單分配給維護人員,可以快捷有效地提升運維速度與維保率。

智能趨勢分析:系統結合大量變電站的采集數據,針對通信電源運作的情況、電源充放電的周期和時長、電源浮充時間和規律、機房溫度等數據,通過數據挖掘和推理技術,建立準確可靠的預測模型進行綜合智能趨勢分析。從而對電源模塊配置、蓄電池備用時間、溫度變化等信息進行預測,為風險評估提供輔助決策。

基于大數據技術分析:系統通過海量歷史數據的分析,結合軟計算、圖譜分析、分析決策等技術,獲得數據整體特征描述、關聯分析、精細化分類、模式識別等,這是無法用傳統查詢統計方法獲取的。為了得到這些有用信息,需要采用數據挖掘分析技術,自動智能地對大數據分析、探索、挖掘,探尋數據的模式及特征,尋找數據的信息變化,從而最終能使用蘊藏在數據中的信息和知識。

4 系統應用前景

基于AI智能分析技術在電力動環監控系統的應用,加強對通信設備的管理,可以提高對通信機房和設備監控的準確性、完整性和及時性,強化對通信設備運行過程中的故障預判能力,保障通信設備的運行穩定及指標正常;通過統一的管理界面和靈活多變的告警機制,實現對通信電源、專用DC電源系統、溫濕度、水浸、煙霧、蓄電池等設備運行狀態的集中監控,能夠將故障從事后處理轉變為主動監控預防,若發現設備出現異常,可以及時準確地通知維修員,既能提高應急處理的響應速度,又能提升運維能力,實現對通信室和設備運行的監控、預判、告警、運行分析和評估的一體化智能管控。

本系統結合當下動環監控系統的實際需求,實現從數據的采集、分析到管理、監控,形成一個完整的系統。并借助AI技術的優勢提高系統的可拓展性、靈活性與穩定性。

5 結語

基于AI智能分析技術的電力動環監控系統,是綜合利用嵌入技術、網絡技術、數據庫技術、通信技術、自動控制技術等構成的系統。基于電力動環監控系統的大數據安全態勢感知開發,可以形成基于大數據應用在不同業務場景下實際落地的安全解決方案。實現了通信設備的標準化運行管理,提升了對通信設備的管理水平,并提供了一個動態實時數據信息和決策平臺。簡而言之,基于現有條件,研究了動環監測系統運行模式的優化和改進,以實現動環監測的智能化運行和管理。