一種電力設備狀態分析應用軟件架構

范寅秋，車明仁，王輝

摘要：為將機器學習算法更好地應用在電力設備狀態分析領域，該文基于電力系統原有平臺的軟件架構，提出了包含設備狀態分析的電力系統軟件架構，該文將從部署架構、系統框架、主要功能三個層面開展了軟件架構設計。

關鍵詞：電力系統;軟件架構

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0064-03

An Application Software Framework for State Analysis of Power Equipment

FAN Yin-qiu1，2， CHE Ming-ren1，2，WANG Hui1，2

（NARI Technology Development Limited Company， Nanjing 210061， China）

Abstract： In order to better apply machine learning algorithm in the field of power equipment state analysis， this paper proposes a power system software architecture including equipment state analysis based on the software architecture of the original platform of power system. This paper will carry out the software architecture design from three aspects of deployment architecture， system framework and main functions.

Key words： power system; software architecture

1 引言

為滿足節能減排需要，實現“3060”目標，非石化能源發電比例將不斷增加。2019年非化石能源（水電+可再生能源）裝機量占發電總裝機量的比例達到42.0%，發電量占總發電量比例達到32.7%[1]。非石化能源中風電、太陽能等新能源發電不穩定因素多，對電網沖擊較大，影響到電力設備的穩定性、可靠性。因此進行分析電力設備實時分析非常必要。

2 研究現狀

近年來相關學者對電力設備狀態評估提出了很多算法，如神經網絡、模糊綜合評價法、貝葉斯模型法等[2]。為了將機器學習算法更好的應用在電力設備狀態分析領域，本文基于電力系統原有平臺軟件架構，提出了包含設備狀態分析的電力系統軟件架構，本文將從部署架構、系統框架、主要功能三個層面開展了軟件架構設計，為實現電力公司運檢業務的便捷化、智能化提供了堅實的基礎。

3 研究內容

3.1 部署架構

設備狀態分析應用軟件部署架構如圖1所示，其核心包括設備狀態分析評估算法和設備狀態分析業務應用調度邏輯，作為一個獨立終端程序運行。

設備狀態分析高級應用直接訪問平臺實時庫、模型庫所需必要數據，分析的數據結果在平臺歷史庫中保存。設備狀態分析評估算法模塊通過算法接口模塊輸入應用數據、輸出分析數據，完成核心應用邏輯。設備狀態告警業務模塊的采集數據通過平臺接口獲取自平臺的數據庫和關系庫，控制數據通過平臺接口獲取自平臺的設備狀態告警數據配置。分析的結果數據通過平臺接口送至平臺歷史庫，從而在平臺進行告警展示。

設備狀態分析評估高級應用由已有系統平臺提供數據服務和前端交互服務。數據服務通過平臺接口匯聚、發送采集數據，接收、存儲結果數據;前端交互服務提供用戶交互展示界面。

1）系統平臺

① 數據庫交互

設備狀態分析評估應用可通過接口訪問并使用已有系統平臺的數據庫表，包括實時庫、歷史庫、模型庫等。

② 前端展示交互

基于與平臺接口的交互數據，實現設備狀態評估應用前端交互，包括設備狀態圖形展示、設備狀態實時告警展示、設備狀態告警數據配置等。

③ 平臺接口

平臺接口可匯聚平臺實時庫和關系庫數據信息，為高級應用提供油色譜、繞組溫度等采集數據，同時接收設備狀態分析評估應用計算結果數據，按照平臺自身規范存儲。

2）設備狀態分析評估應用

包括設備狀態分析評估核心算法、設備狀態分析業務應用調用邏輯。

①設備狀態分析評估核心算法模塊

設備狀態分析評估核心算法基于數據模型完成設備狀態評估、設備運行數據變化趨勢預測預警、設備異常或故障狀態定位、設備關鍵部件風險評估等算法實現。

②設備狀態告警業務模塊

設備狀態告警業務圍繞設備狀態分析評估核心算法，基于換流站設備配置、狀態評估需求、換流站監測采集數據等，完成基礎數據初始化、設備狀態數據建模等步驟，并調用核心算法模塊形成完整應用邏輯，進行設備狀態分析評估過程處理以及設備告警處理。調用設備狀態告警時實現接口管理、平臺交互管理、數據管理、圖形展示設計、日志管理等。

③ 算法模塊接口

為設備狀態分析評估核心算法模塊提供輸入、輸出接口服務，包括采集數據、配置數據、控制數據、結果數據等。

3.2 功能框架

設備狀態分析系統框架體系包含觀察、分析和行動三個主要環節，其中觀察環節為狀態監測數據獲取、數據處理以及特征提取;分析環節采用智能算法對設備（現階段主要為換流變/調相機）進行狀態評價、故障診斷、故障預測和風險評估;行動環節根據分析結果給出設備檢修決策（如大修、小修或更換等），并給出檢修計劃建議（如檢修內容、檢修時間等）。通過接入相關設備多源數據，構建狀態評價、故障診斷、風險評估、檢修決策模型，實現決策分析的全維度高級應用功能，最終形成各類電力設備的全維度狀態分析體系，設備狀態分析系統體系的結構框架[3]，如圖2所示。