基于云邊協(xié)同的綜合智能防誤架構(gòu)研究

胡廷廣，華 雄，臧世民

（安徽南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

隨著變電運(yùn)維管理模式逐漸向“無(wú)人值守+集中監(jiān)控”轉(zhuǎn)型推進(jìn)，原有的變電站運(yùn)行方式、作業(yè)流程等都發(fā)生了變化，對(duì)變電站防誤操作管理和人員作業(yè)安全、設(shè)備安全防護(hù)能力也提出更新、更高要求。

對(duì)于電力系統(tǒng)，安全是最重要和最基本的要求，電氣防誤技術(shù)經(jīng)過(guò)近20多年的發(fā)展不斷成熟，功能不斷完善。從初期的機(jī)械/電磁閉鎖到機(jī)械/電氣聯(lián)鎖，再發(fā)展到微機(jī)型獨(dú)立防誤閉鎖，均在不同階段發(fā)揮著重要作用。隨著智慧變電站、智慧物聯(lián)體系、自主可控新一代變電站二次系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展，變電專業(yè)的管理能力有了很大提升。然而，智慧變電站擴(kuò)大建設(shè)和一鍵順控操作的快速普及，對(duì)變電站防誤工作提升也提出了新的要求。隨著電力行業(yè)發(fā)展、管理機(jī)構(gòu)的調(diào)整，“無(wú)人值守+集中監(jiān)控”的變電運(yùn)維管理新模式逐漸普及，原有的變電站運(yùn)行方式、作業(yè)流程等都發(fā)生了變化，對(duì)變電站防誤操作管理和人員作業(yè)安全、設(shè)備安全防護(hù)能力也提出更新、更高要求。

目前集控站、變電站、防誤終端等各層級(jí)防誤功能定位不清晰，缺乏協(xié)同機(jī)制，存在多級(jí)并行防誤操作相互沖突與閉鎖等問(wèn)題，集控站側(cè)綜合防誤校核計(jì)算資源不足，無(wú)法滿足全網(wǎng)協(xié)同防誤，對(duì)于移動(dòng)式的防誤終端設(shè)備無(wú)法自動(dòng)切頻，導(dǎo)致防誤操作出現(xiàn)延遲大、操作不流暢等問(wèn)題，綜合防誤時(shí)效性有待進(jìn)一步提升。為進(jìn)一步健全（集控站-變電站）一體化智慧協(xié)同防誤體系，提升變電設(shè)備管理精益化水平和滿足安全生產(chǎn)的要求，構(gòu)建云邊協(xié)同的綜合防誤體系構(gòu)建，綜合應(yīng)用防誤邏輯分析模型技術(shù)和防誤終端無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。通過(guò)運(yùn)用集中-分布聯(lián)合控制計(jì)算體系進(jìn)行合理劃分，并建立以邊緣計(jì)算組為基本單元的分層自治協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，解決多級(jí)操作并行相互沖突與閉鎖的問(wèn)題，提升邊端防誤校驗(yàn)?zāi)芰ΑＭㄟ^(guò)建立基于大電網(wǎng)智能拓?fù)浞治觥⑦壿嬇袛嗟榷嘀匕踩：耸侄危髯诱緟f(xié)同邏輯防誤校驗(yàn)，對(duì)并發(fā)操作進(jìn)行擾動(dòng)范圍以及互相干擾機(jī)制研究，實(shí)現(xiàn)云邊一體化綜合智能防誤。通過(guò)基于圖像識(shí)別的防誤輔助校核，實(shí)現(xiàn)將是否雙人操作以及是否誤入間隔的特征結(jié)果作為防誤判據(jù)，進(jìn)一步提升綜合智能防誤水平。針對(duì)拓?fù)浞勒`對(duì)于不同接線方式和管理規(guī)則的自適應(yīng)要求，研究電氣原理和管理規(guī)則的防誤規(guī)則知識(shí)表達(dá)統(tǒng)一模式，實(shí)現(xiàn)防誤模型動(dòng)態(tài)適配。通過(guò)移動(dòng)防誤終端設(shè)備感知無(wú)線信號(hào)進(jìn)行高效頻點(diǎn)切換，實(shí)現(xiàn)防誤終端低時(shí)延安全傳輸。通過(guò)無(wú)線傳輸調(diào)度分發(fā)機(jī)制和終端設(shè)備可喚醒技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)低功耗傳感器的多源數(shù)據(jù)協(xié)同分發(fā)，滿足多級(jí)并發(fā)及大電網(wǎng)拓?fù)浞治龅目焖俑咝б蟆?/p>

1 云邊協(xié)同綜合防誤架構(gòu)設(shè)計(jì)

以各個(gè)子模塊的邊緣計(jì)算作為核心，系統(tǒng)底層架構(gòu)通過(guò)對(duì)各個(gè)子模塊邊緣計(jì)算的反饋結(jié)果進(jìn)行收集、傳輸、分析，使得在邊緣設(shè)備中能夠?qū)C合防誤數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化采集，通過(guò)邊緣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)防誤校驗(yàn)，把邊緣端與云端相結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)云邊端協(xié)同的數(shù)據(jù)智能化處理和就地研判。

在整個(gè)云邊協(xié)同中，邊緣節(jié)點(diǎn)的任務(wù)大體是對(duì)需要快速處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取數(shù)據(jù)中高價(jià)值的分部反饋給云端。云端需要處理的數(shù)據(jù)主要是非實(shí)時(shí)、較為復(fù)雜，邊緣節(jié)點(diǎn)生命周期管理也由云端負(fù)責(zé)。云邊協(xié)同的總體參考框架如圖1所示。

圖1 云邊協(xié)同參考框架

（1）邊緣基礎(chǔ)設(shè)施能力（Infrastructure-as-a-Service for Edge Computing，EC-IaaS）。一般由無(wú)線基站、小型數(shù)據(jù)中心（邊緣服務(wù)器）、邊緣節(jié)點(diǎn)和EC-IaaS接口組成，主要提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及虛擬化資源。

（2）邊緣平臺(tái)能力（Platform-as-a-Service for Edge Computing，EC-PaaS）。為邊緣云環(huán)境提供PaaS功能，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理與分析，以及應(yīng)用的部署與編排[1]。

云端包括：（1）基礎(chǔ)設(shè)施能力（Infrastructureas-a-Service，IaaS），提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和虛擬機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施；（2）平臺(tái)能力（Platform-as-a-Service，PaaS），提供設(shè)備管理、資源管理、數(shù)據(jù)處理與分析、數(shù)據(jù)建模與分析、服務(wù)組件、邊緣管理與業(yè)務(wù)編排等功能[2]；（3）應(yīng)用能力（Software-as-a-Service，SaaS）將應(yīng)用作為服務(wù)提供給用戶。邊緣節(jié)點(diǎn)和云端之間通過(guò)6種協(xié)同技術(shù)共同工作。

邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行終端設(shè)備數(shù)據(jù)的收集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理與分析，然后將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至云端，云端對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析與價(jià)值挖掘[3]。在大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)的處理一般在邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，并把數(shù)據(jù)序列化，數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行一定的處理才能用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析工作。邊緣服務(wù)器收集與處理完數(shù)據(jù)之后，通常還需要將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端，由云端存儲(chǔ)與分析。這樣既能快速響應(yīng)設(shè)備的請(qǐng)求，又能為數(shù)據(jù)提供大量的云存儲(chǔ)。

2 云邊協(xié)同綜合防誤實(shí)施方案設(shè)計(jì)

2.1 分析全網(wǎng)綜合智能防誤系統(tǒng)建設(shè)要求

針對(duì)當(dāng)前防誤現(xiàn)狀及問(wèn)題，研究自主可控新一代變電站二次系統(tǒng)和智慧變電站建設(shè)技術(shù)要求。

（1）依托智能拓?fù)浞治觥ⅰ拔锫?lián)網(wǎng)+”等新技術(shù)應(yīng)用，面向操作、運(yùn)維、檢修等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，研究構(gòu)建基于集控-變電站一體化的操作全防誤、業(yè)務(wù)全覆蓋、過(guò)程全管控的全網(wǎng)綜合智能防誤體系總體思路，以解決防誤系統(tǒng)存在的安全問(wèn)題、潛在隱患并推進(jìn)多元數(shù)據(jù)融合應(yīng)用。

（2）以“安全、高效”為目標(biāo)，以“業(yè)務(wù)協(xié)同”“數(shù)據(jù)融合”為核心，從完善防誤措施、升級(jí)防誤管理、增強(qiáng)業(yè)務(wù)協(xié)同、加強(qiáng)創(chuàng)新應(yīng)用4個(gè)方面進(jìn)行提升，分析防誤系統(tǒng)的組成要素和特征，梳理信息共享范圍，研究跨區(qū)、跨層的防誤信息交互機(jī)制架構(gòu)和安全防誤體系。

2.2 技術(shù)方案設(shè)計(jì)

圍繞變電倒閘操作、檢修作業(yè)、運(yùn)維作業(yè)等各類實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景，提出滿足自主可控新一代變電站二次系統(tǒng)和智慧變電站技術(shù)要求的云邊協(xié)同綜合智能防誤系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

技術(shù)方案主要包括如下幾個(gè)模塊：（1）在對(duì)集中-分布式綜合智能防誤體系下，研究分析就地操作、遠(yuǎn)方操作、順控操作、設(shè)備檢修、日常運(yùn)維等多場(chǎng)景下的防誤特征；（2）針對(duì)各典型場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)需求，研究協(xié)同防誤措施優(yōu)化策略、協(xié)同配置技術(shù)及數(shù)據(jù)流交互方式；（3）開(kāi)展集中-分布（集控站-變電站）模式下倒閘操作、檢修作業(yè)、運(yùn)維作業(yè)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流融合匹配性業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)；（4）開(kāi)展多場(chǎng)景應(yīng)用、多協(xié)議支撐、多維信息建模、多安全區(qū)協(xié)同的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)交互網(wǎng)絡(luò)和架構(gòu)體系設(shè)計(jì)研究。（5）結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用需求和集控站主輔一體化監(jiān)控系統(tǒng)、PMS3.0及移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，研究能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)協(xié)同的縱向貫通主子站、橫向覆蓋各安全大區(qū)、完成模塊化設(shè)計(jì)組件式應(yīng)用的云邊協(xié)同綜合智能防誤系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 云邊協(xié)同綜合智能防誤系統(tǒng)架構(gòu)

2.3 綜合智能防誤系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

云邊協(xié)同綜合智能防誤系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用目前集中在如下方面。

（1）在整體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，結(jié)合多場(chǎng)景下綜合智能防誤數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流融合設(shè)計(jì)研究成果，開(kāi)展就地操作、遠(yuǎn)方操作、順控操作、設(shè)備檢修以及日常運(yùn)維等場(chǎng)景化防誤功能設(shè)計(jì)，包括操作任務(wù)圖形化生成、設(shè)備實(shí)時(shí)對(duì)位、拓?fù)錉顟B(tài)自校驗(yàn)、操作模擬預(yù)演以及接地線狀態(tài)監(jiān)控等功能。

（2）基于新型智能防誤分析關(guān)鍵技術(shù)的研究成果，研究各類接線方式和運(yùn)行方式下，沖擊送電、開(kāi)關(guān)泄壓等特殊操作的防誤功能。

（3）特殊情況下的管理級(jí)別/電氣級(jí)別防誤模式切換的功能設(shè)計(jì)，滿足特殊操作的防誤需求和任何情況下都要遵守電氣規(guī)律的安全紅線要求。

（4）結(jié)合應(yīng)急情況下的防誤處置機(jī)制，研究與監(jiān)控主機(jī)信號(hào)異常時(shí)，設(shè)備狀態(tài)強(qiáng)制對(duì)位、信號(hào)屏蔽等功能。

（5）無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，在線/離線防誤模式切換功能。

（6）事故應(yīng)急處理時(shí)，動(dòng)態(tài)授權(quán)功能，滿足緊急情況下的操作授權(quán)需求。

3 結(jié) 論

基于云邊協(xié)同的綜合智能防誤關(guān)鍵技術(shù)研究與深化應(yīng)用，進(jìn)一步健全集控站-變電站一體化智慧協(xié)同防誤業(yè)務(wù)產(chǎn)品體系，實(shí)現(xiàn)集控站側(cè)與變電站側(cè)綜合防誤業(yè)務(wù)應(yīng)用的高效貫通，實(shí)現(xiàn)綜合防誤核心技術(shù)的提質(zhì)增效，全面推進(jìn)在變電專業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)電網(wǎng)智慧化發(fā)展，為保障電網(wǎng)安全和安全生產(chǎn)提供有力支撐。