基于物聯網的電力通信網絡智能運維系統研究

董蕓州，王 誠，符方友，何啟遠，林 師，王新玉，邢博翔

(海南電網信息通信分公司，海南 海口 570100)

0 引言

電力通信網絡是保障電力系統正常供應的重要環節，電力通信的安全穩定運行是確保電網安全可靠運行的關鍵，因此有必要及時準確地掌握電力通信的實時運行狀態，而電力通信巡檢能夠及時發現電力通信的異常隱患和缺陷[1-2]。近年來，隨著我國智能電網建設的不斷發展，對電力通信網絡的要求也越來越高，電力通信網絡的運維也面臨較大的挑戰[3-4]。當前電力通信網絡運維大都采用的是人工運維方式，主要是通過工作人員手動攜帶檢測終端對電力通信網絡進行檢測運維。由于電力通信網運維呈現全程全網的特點，增加了人工現場運維方式的工作量和難度，同時人工現場運維方式容易受工作人員主觀因素影響，從而導致可靠性差和效率低等問題[5-6]。

針對上述電力通信網運維所面臨的問題和挑戰，目前被廣泛應用的方法之一是遠程智能運維方式[7-8]。隨著物聯網技術的快速發展，將電力物聯網技術與電力通信網絡運維相結合，給電力通信網絡運維模式帶來了新的方式。目前，物聯網技術在其他工業應用中的信息感知、存儲、傳輸和處理等方面具有較大的優勢，能夠實現狀態全面感知、快速靈活組網、信息高效融合、通信方式靈活和信息高速處理等，且具有應用方便靈活和智能化程度高等優勢，在工業應用領域中得到了廣泛應用[9-10]。但是與電力系統領域的物聯網技術相比，電力通信網絡運維在管理和控制方面具有一定的差異性。將物聯網技術應用于新一代電力通信網絡的運維是未來的發展趨勢，也面臨著較大的挑戰。

鑒于此，本文在物聯網平臺基礎上，分析和設計了一種電力通信網絡智能運維系統。介紹了電力物聯網系統的基本特征和架構，詳細分析了電力通信網以及智能運維總體架構，并重點闡述了數據配置處理、故障智能分析和預警集中監視等智能運維核心功能模塊。最后，實際應用結果驗證了所設計的電力通信網絡智能運維的有效性。

1 電力物聯網系統

1.1 電力物聯網基本特征

電力物聯網采用現代先進通信和信息技術對電力系統中的人、機、物進行連接，對電力系統的各個環節進行相互滲透和深度融合，形成以電網為樞紐的數據共享體系，進而能夠全面感知整個系統及不同環節的運行狀態，并能夠對系統的多源異構數據進行高效處理，且可實現不同單元功能的便捷靈活應用。除此之外，電力物聯網基于泛在感知、高性能通信、數據信息處理和高級電力應用，實現電力系統各個環節電力流、數據流和業務流的一體化深度融合，以提升電網的安全運行性能和效率。

電力物聯網具有以下特征：

a.終端泛在接入。在源網荷各個環節布置各類傳感器，能夠廣泛實時接入各類息數據，網絡資源可采用多層次通信網進行交互。

b.平臺開放共享。技術、業務層面具有高度開放特性，數據模型呈現標注化的發展形態，使得多源信息數據高效融合、共享。

c.計算云霧協同。部署智能網關、云平臺可實現數據分層處理，提升云端在處理和提取邊緣側關鍵數據的計算、存儲能力。

d.數據驅動業務。廣泛采集多源異構數據信息，通過大數據技術對電力業務關鍵有效信息進行提取。

e.應用隨需定制。云平臺匯集存儲了海量的電力應用信息數據，通過電力流、數據流和業務流的實時處理，能夠根據需求靈活定制業務。

1.2 電力物聯網基本架構

電力物聯網的功能集成能量流、信息流和業務流于一體，其總體架構如圖1所示，主要包括感知層、網絡層、平臺層和應用層。其中，感知層通過多類型傳感器設備對電力系統各個環節的多源異構數據信息進行全面感知，結合感知的海量數據和控制決策單元對電網各個環節的運行狀態進行感知；網絡層是以新一代通信技術為基礎的網絡信息交互通道，網絡層根據不同應用場景定制合理的通信方式；平臺層對電力系統不同環節數據進行存儲和管理，實現多源數據信息的互通和共享；應用層是在平臺層基礎上，搭建多種應用類型的平臺，實現電力系統與其他系統的感知互動。

圖1 電力物聯網總體架構

2 電力通信網絡智能運維系統

2.1 電力通信網定義

電力通信網是一種為電網各種業務服務的專用通信網絡，是采用特定方式及通信方法，將終端裝置、傳輸設備和交換系統所連起來的一種通信整體。電力通信網的基本架構如圖2所示。

圖2 電力通信網絡總體架構

電力通信網主要包括傳輸網、業務網和支撐網。其中，傳輸網是通信網的基礎，主要由傳輸設備和傳輸介質所組成；業務網是通過傳輸網構建的一種應用網，協同支撐網來完成電網的不同業務應用；支撐網是保證通信網能夠正常工作的網絡。

2.2 智能運維總體架構

隨著智能電網建設的不斷推進，電力通信網所承載的業務量日益增多，傳統的電力通信網運維模式限制了電力通信網的發展，傳統運維方式的弊端主要體現在：電力通信網運維工作量日益加劇、運維管理技術落后，以及缺乏有效的智能信息化管理手段。

針對傳統電力通信網運維模式存在的不足，提出了基于物聯網的電力通信網絡智能運維系統。該系統能夠實現信息化運維，有效減少運維人員的工作量和提升電力通信網的運維管理水平。結合電力物聯網和通信網的總體架構，建立了基于物聯網的電力通信網絡智能運維系統架構，如圖3所示。

圖3 電力通信網智能運維總體架構

電力通信網智能運維系統主要包括應用層、技術服務層、數據資源層和基礎設施層。其中，應用層主要包括運維知識庫、運維決策、故障處理、報表統計、消息推送和待辦事項等；技術服務層利用物聯網技術實現電力通信網智能運維的底層框架，包括應用程序框架和服務程序框架；數據資源層主要是對采集的電力通信網數據進行存儲、分類、篩選、轉換、分析和處理等，利用電力物聯網的多源數據配置功能，能夠統一管理和調度電力通信網的數據；基礎設施層是智能運維的關鍵設備和系統，包括操作系統、服務器、物聯傳感器、網絡設備、網絡配置和無線專網等。

2.3 智能運維功能模塊

2.3.1 數據配置處理模塊

基于物聯網的數據配置處理模塊是電力通信網智能運維的關鍵支撐模塊，其處于智能運維體系的數據資源層，主要作用是快速采集、構建信息系統，基本架構如圖4所示。數據配置處理模塊采用電力物聯網技術對通信網的多源信息進行特征提取，構建抽象元模型；采用新一代分布式面向對象技術和數據倉庫技術來描述模型的行為特征。相對于傳統運維技術，采用基于物聯網的數據配置處理模塊，可有效提升電力通信網運維的數據配置處理速度和服務水平。

圖4 數據配置處理模塊基本架構

2.3.2 故障智能分析模塊

電力通信網絡智能運維的故障智能分析系統處于智能運維體系的應用層，主要包括故障歷史知識庫、故障定位、故障判斷、業務影響分析、故障關聯分析和故障預警等功能。其中，故障歷史知識庫是記錄電力通信網的不同故障數據來構建的故障知識庫，為后續故障決策提供參考；故障定位和判斷主要是從電力通信網的空間物理位置以及網路邏輯結構來定位顯示故障，實現故障點的判斷和定位；業務影響分析是對引起電力通信網絡故障的影響因素進行統計和分析；故障關聯分析是對電力通信網絡不同故障之間的關聯關系進行分析；故障預警是利用電力通信網的實時數據和歷史知識庫，依據智能預警算法來對電力通信網可能出現的故障進行預測。以上功能模塊的共同作用即可實現故障智能決策。此外，系統根據故障歷史知識庫，采用人工智能算法對故障進行診斷，并將故障診斷結果歸檔至故障歷史知識庫。故障智能分析系統的邏輯結構如圖5所示。

圖5 電力通信網故障智能分析模塊邏輯結構

2.3.3 預警集中監視模塊

預警配置管理能夠接收、處理和展示預警定義功能，而集中監視模塊實現了通信網預警信息和業務信息的集中匯總，并進行了統一分類展示，能夠集中監視以及管理電力通信網的實時運行狀態。其中，電力通信網按照網絡類型可分為工業以太網、無線專網和無線公網等。預警監視主要包括預警采集、預警分類、預警顯示、預警提示、預警操作、預警狀態計算和預警查詢等。預警集中監視模塊的基本結構如圖6所示。

圖6 預警集中監視模塊邏輯結構

3 實際測試結果

為驗證基于物聯網的電力通信網絡智能運維系統的有效性，在國內某局部電網進行了電力通信網智能運維的應用，并與傳統運維技術在數據采集和數據存儲方面的性能進行了對比分析[6]。其中，傳統的電力通信網運維系統存在運維方式煩瑣、信息量遺漏、設備核實難度大等弊端，通信數據的采集、存儲和處理效率較低。電力通信網絡智能運維系統的通信數據檢測結果如圖7所示。

圖7 電力通信網通信數據檢測結果

由仿真結果可以看出，采用電力物聯網技術的電力通信網絡智能運維系統，在通信數據采集、傳輸以及分析處理方面的效率和準確度要遠遠高于傳統運維技術，使電力通信網的運維精度提高25%左右。

因此，采用基于電力物聯網的電力通信網絡智能運維系統之后，利用物聯網、云平臺等技術進行統一管理，通過專控的移動終端技術能夠對電力通信網絡系統進行可視化管理，從而構建可視化、主動化、智能化的電力通信網絡在線運維體系，有效提高了電網專業管理人員以及電力通信網絡專業檢修、運維人員的效率。智能運維系統以實時化信息共享交互手段、網絡化在線技術有效提升了電力通信網絡運維的智能化水平，實現了高效、可靠和安全的電力通信網絡運維工作。

4 結束語

本文針對傳統電力通信網絡智能運維存在的不足，提出了一種基于物聯網，以及利用人工智能的機房智能巡檢、輔助排障和作業監護裝置應用的電力通信信息網絡智能運維系統。首先介紹了電力物聯網的基本特征和功能架構，并在此基礎上詳細分析了電力通信網總體架構和智能運維總體架構，并重點闡述了數據配置處理模塊、故障智能分析模塊和預警集中監視模塊等智能運維核心功能模塊。所設計的智能運維系統采用物聯網技術對電力通信數據進行采集、處理和管控，能夠完成電力通信網絡運維和物聯網數據管控平臺的互聯，從而實現電力通信網絡的智能化運維目標，為機房智能巡檢、巡視機器人等形態的人工智能技術手段應用于機房的智能化運維提供方向性的指引。最后，將所提的電力通信網絡智能運維系統在實際電網中進行了應用，結果表明，所提的電力通信網絡智能運維系統，有效提升了電力通信網絡的信息應用管控水平、運維工作效率和安全可靠性。