基于云計算的電網(wǎng)設備全景狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

吳振揚

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司，吉林長春 130000）

0 引言

云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，它是冰心計算、分布式計算、網(wǎng)格計算等計算模式與虛擬化、網(wǎng)絡存儲、快速讀取等技術(shù)綜合發(fā)展的結(jié)果，是將互聯(lián)網(wǎng)上眾多的資源與信息整合以共享方式提供給用戶計算機及相關(guān)設備，滿足單一設備功能不足的問題。核心是通過了解用戶需求，將大量計算機資源集中，實現(xiàn)統(tǒng)一管理和讀取，構(gòu)成一個數(shù)據(jù)池，向網(wǎng)絡用戶提供數(shù)據(jù)及應用服務。而這個資源池，因其規(guī)模大、可動態(tài)擴展壓縮、無固定存儲位置被稱作“云”。因此，云計算實際上是一個以數(shù)據(jù)為中心，通過虛擬化技術(shù)手段將各個單一的資源聚集在一個平臺上，形成的動態(tài)可伸縮，并有著強大計算能力、存儲能力、交互能力的統(tǒng)一體系[1]。

目前的電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測與診斷已從計劃檢修慢慢過度到狀態(tài)監(jiān)測上，但是仍只是側(cè)重于單臺獨立的設備，檢測數(shù)據(jù)無法共享[2]。對于不同設備間的運行狀態(tài)，無法全方位分析，統(tǒng)籌能力亟待解決，仍不能滿足智能電網(wǎng)對全景狀態(tài)信息監(jiān)測的要求[3]。智能電網(wǎng)運行環(huán)境下的狀態(tài)數(shù)據(jù)量是數(shù)以千億計的，包括了一二次設備的基本信息、試驗數(shù)據(jù)、運行情況、缺陷處理情況、巡視檢查情況，以及實時在線狀態(tài)數(shù)據(jù)。而這些數(shù)據(jù)都是分布式的、異構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些海量數(shù)據(jù)用常規(guī)存儲和分析方法是無法解決的，而大數(shù)據(jù)的云計算技術(shù)使得其成為可能。

1 云計算技術(shù)的優(yōu)勢[4]

（1）整合大量分布式、異構(gòu)的計算資源。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模式應用范圍較小，一旦計算資源在某方面有較大差異，就無法整合計算。而云計算對數(shù)據(jù)的兼容性較強，對計算設備軟硬件的共性無要求，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量無限制的計算。

（2）無限動態(tài)擴展壓縮能力。云計算系統(tǒng)可以搭載在上萬臺服務器的平臺之上，從而滿足智能電網(wǎng)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測的海量數(shù)據(jù)處理需求，實現(xiàn)通過網(wǎng)絡通信實現(xiàn)各服務器之間的資源共享，解決目前電網(wǎng)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)孤立于各個設備間的問題。

（3）虛擬化各類資源。將整合的數(shù)據(jù)分成若干部分，在合適的設備上處理，有效利用系統(tǒng)內(nèi)的計算資源轉(zhuǎn)變成服務的形式提供給用戶，可在短時間內(nèi)獨立地動態(tài)分析，而當平臺升級時也不必將所有設備更新，只需添加新設備滿足功能要求即可，提高了設備的利用率。

（4）安全可靠。基于互聯(lián)網(wǎng)模式的云計算兼容了國際通行的通信協(xié)議，有利于云計算與通用軟件的全面接觸和融合。又因為電網(wǎng)設備其獨立于外部互聯(lián)網(wǎng)，又在一定程度上保證了信息的安全性。所以基于云計算平臺的國內(nèi)電力系統(tǒng)全景狀態(tài)監(jiān)測具有非常廣闊的空間，有利于智能電網(wǎng)的建成和發(fā)展。

2 全景狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀

全景狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是通過收集在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡視信息、例行檢查及故障診斷和試驗結(jié)果等全景化的信息，對設備的運行狀況給予綜合評價和分析，同時根據(jù)評價結(jié)果進行狀態(tài)診斷、風險評估，提出檢修策略和維護手段及計劃，及時調(diào)整設備運行方式并對狀態(tài)檢修工作提供技術(shù)支撐[5]。其本質(zhì)是收集變電站設備的在線監(jiān)測信息，將其匯總并處理分析，比對生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、EMS（Energy Management System，能量管理系統(tǒng)）、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）等信息采集系統(tǒng)獲取的設備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)站內(nèi)設備臺賬、試驗、運行、故障的數(shù)據(jù)整合，從而提高在線實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)的處理、分析、應用水平。對于不同時間和環(huán)境變化的多維度場景，實現(xiàn)為電網(wǎng)提供智能化、人性化的服務體驗，為電網(wǎng)發(fā)展提供有效的信息資源支撐。

3 技術(shù)實現(xiàn)

由于云計算技術(shù)的優(yōu)越性，可以實現(xiàn)各區(qū)域監(jiān)測系統(tǒng)的快速通信交互，實現(xiàn)各區(qū)域間的數(shù)據(jù)共享，隨時獲得其他區(qū)域電網(wǎng)設備的實時數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)其他區(qū)域設備的數(shù)據(jù)研判當前設備運行狀態(tài)的危險性[6-8]。

（1）數(shù)據(jù)存儲。由于各區(qū)域電力設備間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，采用分布式存儲方式，將當前信息就地存儲，遠程調(diào)閱，云端分析的模式，有效避免數(shù)據(jù)庫龐大冗余，提高數(shù)據(jù)調(diào)取和分析的效率。當需要獲取其他信息時，只需要通過云端的加密門即可向云系統(tǒng)發(fā)送調(diào)閱請求，當請求信息通過后，云系統(tǒng)查找可用數(shù)據(jù)，向數(shù)據(jù)端發(fā)送調(diào)用指令，數(shù)據(jù)端將加密數(shù)據(jù)發(fā)至云端，調(diào)閱端在云端完成數(shù)據(jù)分析比對，將結(jié)果返回本數(shù)據(jù)端，以此得到相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

（2）運行狀態(tài)信息全景監(jiān)測。將運行的設備信息通過模塊化形式全景展示，包括完整的臺賬、巡查、試驗信息，在線監(jiān)測狀態(tài)及環(huán)境、電氣和圖像、歷史趨勢、預警信息等參數(shù)的可視化翻閱。綜合運行信息，利用相關(guān)安全分析理論和技術(shù)，判斷就地信息的準確性，并將已校核的準確信息錄入數(shù)據(jù)庫，為電力設備的安全運行和維護管理提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）交互應用及平臺管理。需要交互的信息多種多樣：有智能調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)的SCADA 和WAMS（Wide Area Measurement System，廣域監(jiān)測系統(tǒng)）信息交互；生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)的生產(chǎn)信息、設備臺賬、狀態(tài)維修以及巡檢試驗數(shù)據(jù)的交互；有智能監(jiān)測分析平臺的生產(chǎn)管理多環(huán)節(jié)信息的綜合監(jiān)測分析。實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)信息的隨時共享和調(diào)取的便捷性。同時這些信息的全景化展示也亟待進一步實現(xiàn)。例如將SCADA 數(shù)據(jù)、WAMS 數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、帶電檢測、試驗數(shù)據(jù)通過智能化方法特別是信息融合、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)、數(shù)字影像分析等技術(shù)在設備狀態(tài)評估和診斷中得到更好的應用。

（4）指標量化與策略判斷。基于全景監(jiān)測數(shù)據(jù)的電力設備缺陷識別應建立在應用智能化的圖像技術(shù)，通過分析電力設備各類隱患極易歷史故障的典型圖片、參數(shù)特征，實現(xiàn)按危險程度劃分不同隱患和故障等級，將這些不同等級的隱患好故障參數(shù)提出缺陷的量化評價體系，實現(xiàn)基本判斷策略和辨別方法。

云計算技術(shù)仍處于加快發(fā)展階段，各方面的技術(shù)和理論研究還不夠成熟，一些關(guān)鍵性問題仍處于模糊階段，因此其應用尚未得到大范圍的采納。比如信息的資源共享是各個電力企業(yè)比較憂慮的方面，因其開放是基于互聯(lián)網(wǎng)，越高的信息交互需承擔更高的風險，所以電力企業(yè)尚未建立完全的云端交互平臺。對于自有的信息準確性也無法完全保證，故障設備的參數(shù)有無校核是一個歷史過程，需要更多電網(wǎng)人對數(shù)據(jù)的可靠性提供保障，對于失效數(shù)據(jù)的判別存在不一的判定，這些都影響了云計算在電力設備全景狀態(tài)監(jiān)測上的應用。同時，原有的電力系統(tǒng)的計算和分析是基于小規(guī)模的電網(wǎng)設備提出的理論依據(jù)，當擴展到云平臺，在運用云計算技術(shù)的時候應注意根據(jù)其大規(guī)模的分布式特點考慮。

4 結(jié)語

通過與我國現(xiàn)有的智能電網(wǎng)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)比較，提出基于云計算的電力設備全景狀態(tài)監(jiān)測。以電力設備的特點為出發(fā)點，分析了云計算在其領(lǐng)域應用的優(yōu)勢及可行性。提出了將電力設備狀態(tài)監(jiān)測向全景狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展的觀點，并分析了闡述了如何實現(xiàn)基于云計算的電網(wǎng)設備全景狀態(tài)監(jiān)測，以解決各區(qū)域系統(tǒng)間數(shù)據(jù)壁壘實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，降低運行成本，提高判斷設備事故、處理設備缺陷的效率，保障智能電網(wǎng)在突發(fā)情況下的安全穩(wěn)定運行。