基于高階桿塔建模的輸電線路巡線搶修決策平臺的設計

林晏，廖曉春，王慧瓊

（1.云南電網有限責任公司曲靖供電局，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

目前輸電線路的桿塔建模在應用領域存在明顯的功能局限，如提升基建效率的三維和網絡拓撲建模[1]、構件與所受風荷載之間可靠性關系參數建模[2]、支持人工智能快速辨識的數字化形態建模[3]以及面向事故分析和運維指導的過程建模[4-5]等，特征是專業性強、側重設計驗證、采用離線運行，因此存在重復建設、信息孤島、數據異構及共享不充分等問題。

此外，桿塔模型受電力系統信息安全防護嚴格分區的技術層面軟約束，不同部門信息獲取渠道及發布時機不同步[6]，缺乏統一協調機制[7]，人工干預環節過多，制約了繼保智能化[8-9]和調控一體化的管理水平。

本文根據桿塔信息與調度管控各環節的耦合特性提出了一種基于高階桿塔建模的輸電線路巡線搶修決策平臺設計方法，通過數據、內聯、控制和接口四層架構整合桿塔數據，解決桿塔信息在事故處置指令流轉環節中的一致性和數據無延時跨區同步問題，滿足精益管理和高效運維的要求。

1 當前巡線搶修機制

現行巡線搶修機制劃分為實時區和非實時區：電網故障的信息采集和事故診斷、控制指令等信息在實時區；戶外巡檢、事故上報、臺賬維護等信息在非實時區，整個過程涉及多個部門和專業口，各環節存在極大延時。如圖1所示。

圖1 現行巡線搶修機制

由圖1可見，實時區和非實時區各專業間對不同專業的信息需求差異考慮不足，數據處理成本高。

2 平臺設計

2.1 輸電線路巡線搶修決策平臺

根據電力系統的調度職能和輸電線路巡線搶修流程特點，按數據層、內聯層、控制層和接口層的縱向遞進模式設計平臺，各層之間由數據管理、數據抽象、業務處理和端口處理模塊進行交互，層內部信息處理保證獨立性和靈活性，如圖2。

圖2 輸電線路巡線搶修決策平臺

2.1.1 平臺架構

1）數據層：平臺的核心部分，負責處理基礎桿塔臺賬信息、運行后的實時庫信息、歷史信息以及服務于數據管理模塊的時態信息。

2）內聯層：負責處理平臺桿塔模型內部數據同外部業務查詢之間的快速轉換和邏輯隔離。

3）控制層：負責處理外部請求與模型數據之間的指令翻譯和橫向協調，橫向協調內容包括實時區和非實時區之間的信息同步、與外部系統的數據共享、傳輸機制等。

4）接口層：負責接收和處理人工請求指令和廠站端自動采集信息的匯集。

2.1.2 四層架構模型設計原則

1）強一致性。模型數據的維護和同步由內聯機制完成，信息變更的發布采用實時驅動方式，所有靜態存儲單元和動態接口請求所獲取的信息同步更新且保持一致。

2）低耦合性。功能實現分層遞進，各層模塊獨立實現和運行，相互通過消息機制進行脫敏通信，模塊之間采用實時庫進行信息同步和交互，單個模塊的更新和退出不影響其他模塊，數據與具體存儲位置（本地、網絡）、載體（文件、數據庫等）無關，模型系統通過發布推送渠道自動告警和隔離故障域。

3）高安全性。模型對外提供統一接口和調用方法，應用層和數據層隔離，外部指令不能直接修改數據庫原始信息，實時庫中的信息以身份校驗和指令合法性校驗雙重認證方式更新，實時庫信息回寫到數據庫之前需二次授權。

2.2 巡線搶修決策平臺的運作機制

圖3 巡線搶修決策平臺運作示意圖

基于高階桿塔建模的輸電線路巡線搶修決策平臺將故障采集、廠站監視、調度系統、管理系統、輸電所及設備部等監視信息和專業請求納入到一個層面，人員通過各自終端渠道訪問平臺的接口，由平臺統一處理專業信息差異、數據流轉、診斷分析、存儲映射、歸檔發布等業務，信息由平臺內部處理及跨區同步，與調用請求無關。如圖3。

平臺以接口層統一獲取和處理故障實時信息及各專業異步查詢請求，平臺內部完成信息整合、計算、歸集等，對各級用戶提供反饋、推送和發布服務。故障處置對信息的獲取進行異步化處理，調控中心和其他專業能夠在同一平臺上同步獲取信息，縮短了信息流轉時間。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

決策平臺將實時區和非實時區的信息發布進行了統一和同步。

3 高階桿塔建模設計關鍵點

將桿塔臺賬、運行信息以及歷史記錄數據等組織起來統一管理，抽象出桿塔結構特點，建立虛基類。導入描述桿塔的各類動態或靜態數據，根據建立的虛基類派生出不同類型桿塔的描述類，如直線塔、轉角塔等，消納吸收臺賬等桿塔信息建立實例，存入數據庫。

圖5 桿塔模型類

將桿塔離散、籠統的數據細分為制造信息、基建信息運行信息及調度信息，未識別的信息歸為其他，按照數據特點可分為靜態數據和動態數據，如制造信息屬于靜態信息，消缺記錄屬于動態信息。靜態數據采用將桿塔的臺賬過濾后導入的方式；動態數據采用基于日志解析的方式來獲取信息，以保證其時效性。

各專業對桿塔數據的運用習慣和解讀方式有所區別，對靜態信息或動態信息的讀取存在語義或數據無法識別的情況。

采用模式匹配，依據為屬性的相似度，其簡易的測度公式：

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

1）相似測度：采用相似測度時，對于一個輸入屬性特征量V={v1，v2，…，vn}，標準屬性特征量為R={r1，r2，…，rn}，它們之間的距離為d，其定義為：

標準屬性與輸入屬性的距離計算出來以后，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別任務；

2）模糊測度：所有屬性組合空間設為Ω，其中有k個屬性，Ω={C1，C2，…，Ck}，取樣本F={f1，f2，…，fk}，其目的是將各異構的桿塔屬性轉換成標準語義。設定一個屬性庫，其中包含有每個屬性Ci的不同部門、定義或專業的解讀。如果桿塔各項屬性在庫中匹配成功，即對任意i(1≤i≤k)，有fi∈Ci，那么將此樣本規范化。對于在匹配過程中難免存在不識別的情況，可進行人工干預，隨著桿塔屬性庫的積累，轉換率也將會提高。

4 應用分析

1）基于高階桿塔建模的數據在導入和查詢批量參數時對信息增量不敏感，這是由模型對基礎數據的異步處理特性決定。

2）在數據更新最大延時方面，過去由于實時區和非實時區的同步方面依靠人工手段，當平臺將同步功能內置化后，信息發布具有零延時優勢。

3）高階平臺運用了多源異構數據挖掘算法后的首次桿塔定位精度明顯提高。

5 結束語

輸電線路桿塔故障的戶外搶修的管控是調控最大的盲區，也是電網事故上報信息化最滯后的環節，本文根據桿塔信息在各專業間流轉的特征提出了一種低耦合高內聚特征的高階桿塔建模方法，提供接口層、控制層、內聯層和數據層逐級遞進的方式重建桿塔模型，并據此設計了新型輸電線路巡線搶修決策平臺。特點在于：應用與計算分離。不同專業的數據請求通過統一接口實現；信息流轉快；電網事故監視診斷和輸電線路戶外桿塔搶修的信息保持雙向傳遞及同步，延伸了調度對電網故障處置的管控能力；適用性強，提供統一決策支持，解決了信息孤島和數據碎片問題，提升了輸電線路巡線搶修的效率。