基于大数据与云计算的配电网设备状态监测与故障诊断关键技术研究项目研究内容技术路线与实施方案

1、基于大数据与云计算的配电网设备状态监测与故障诊断关键技术研究项目研究内容技术路线与实施方案1. 项目研究内容的详细说明主要研究内容1.1 配电网设备综合智能检测终端技术研究(1)配电网检测装置通讯方式的研究对局内目前使用的主要厂家的检测装置进行调研，制订配电网设备综合检测终端与检测装置间的数据通讯接口方式；针对多种检测方式，研究检测装置数据转换接口方式；对配电网检测装置通讯方式进行深入研究，并对配电网检测装置通讯方式进行设计研究。(2)配电网检测装置数据分析算法研究对相对成熟稳定的数据分析算法进行深入研究，研究开发智能设备集成检测终端。(3)配电网综合智能检测终端应用研发对不同的作业模式进行业

2、务分析；对检测终端应用的数据结构、界面UI、功能架构进行研究和设计；研发基于Windows平台的配电网综合智能检测终端。研究检测类型管理（切换到相应的检测方式，应用将自动切换通讯方式）、检测基本参数管理、数据管理、诊断分析（包括各检测方式的单一诊断，针对同一设备的不同检测方式的综合诊断）、规程标准查询（提供国际、国家、行业、企业各种行业规范、试验流程查询）等基本功能在检测终端的实现。1.2 配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台研究带电检测与停电试验数据接入的研究研究如何通过4G网络技术实现远程数据采集，研究检测装置的接入标准；对平台和检测设备之间的通讯方式、数据传输速度的优化等进行专门研

3、究。研究自动化的处理信道冲突，实现通信系统封闭性，保证数据安全的方法。考虑系统未来的扩展性，对智能检测装置、非智能检测装置的数据结构进行研究。专家诊断方法的研究数据模式识别的研究对信号特征参数的提取和数据模式识别进行研究；研究支持向量机分类模型识别超声波局部放电的方法；研究基于控制图技术的红外测温图形智能识别技术。基于统计分析算法的规范标准值研究在收集大量历史数据的基础上，利用统计分布曲线，拟合已有历史数据特性，研究配电网设备的局放状态分界点和相关阀值等标准参数。关柜局部放电超声波检测技术研究应用语音处理技术对音频信号进行处理，研究表征局部放电的语音特征参数提取方法，以提高局部放电检测效率。

4、(4)基于支持向量机和数据库的局放识别算法研究研究相关数据库的构建方法；研究建立合适的支持向量机分类模型，使得新晋检测数据加入到数据库中反哺支持向量机分类模型。 (5)配电网设备诊断知识库功能的研发研究检测数据库井动态更新方法；研究数据信息的归档和整理方法，以达到智能分析电力设备绝缘状态的目的。配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台的研发研究通过无线网络实现对配电网设备的带电检测；研究建立诊断知识库、应用各类诊断算法，对相关数据进行分析处理，研究数据交互与共享能力实现的方法；研究平台的关键功能模块，包括数据中心模块、带电检测模块、集合诊断模块，知识库管理模块、统计分析模块等功能。2主要技术

5、难点（1）与电网公司现有的检测设备数据通讯项目在多种装置通讯方式的解析上，面临着多种检测方式、检测装置、厂家、通讯协议，造成在多种检测通讯方式解析过程中较大的工作量，同时，由于各厂家协议开发程度不同，又给各通讯方式解析带来了一点困难。在项目实施过程中，本项目会与各检测装置厂家进行技术交流，保证各仪器检测通讯方式的统一，减低通讯方式解析风险。（2）各类检测数据算法的解析由于项目设计的算法具有跨专业性与集成性的特点，需要对各类检测算法进行深入分析，因此本项目的具体实施过程，需要和有一定研发能力、有配电网设备检测经验的厂家合作完成，保证各类检测算法的有效性，避免智能检测终端，仅完成数据采集，而无法进

6、行数据高级分析的处境。 (3)诊断技术模型的建立诊断技术模型的建立包括研建立配电网设备健康状态评估模型、风险评估模型以及经济评估模型，提出配电网设备按照状态、风险、经济等多维度进行评估的科学评价方法。(4)“云平台”信息系统开发云系统开发涉及到通讯协同、虚拟桌面、数据存储、计算服务、系统维护、数据汇总、大数据分析、算法管理、权限管理、基本信息维护、软硬件协同开发、云计算平台监控等关键技术，涉及的技术面广、所需投资大、开发时间长、开发难度大。2. 项目研究拟采用的技术路线2.1总体架构系统总体采用平台化结构，基于IEC 61970标准和SOA架构，在基础平台上构建不同业务应用的系统框架，并实现平

7、台和应用的匹配以及备应用的一体化建设，应用功能采用模块化方式开发，在统一接口标准的基础上，实现应用功能在支撑平台上的“即插即用”，同时能把应用包装成服务功能，为其他应用提供功能服务。图1 配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台部署架构平台系统基于4G网络传输技术，具备检测及试验数据采集、储存、分析、诊断、管理等功能，制定配电网设备检测统一接口标准，与检测装置直接通讯，获取现场检测数据；通过行波定位法、双端定位法、支持向量机分类识别、红外图像识别等算法为现场检测人员提供辅助分析的方法；同时，平台将搭建知识库模型，以实现通过多维度数据检测信息的综合诊断功能；平台将通过南网标准接口与配电网生产系

8、统通讯，获取设备台账数据。平台通过信息化手段有效的管理带电检测数据、停电试验数据，进行检测专业化数据分析、诊断。主要包括设备数据中心、故障预警、专家诊断、专家诊断、决策模块、数据采集模块。其结构如图1所示。配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台包括设备数据中心（包括震荡波局放检测数据、超声波局放检测数据、地电波局放检测数据、红外测温数据）、故障预警模块（包括设备故障识别、设备状态判断）、专家诊断模块（包括诊断结果、设备运维建议）、决策模块（包括专家级决策知识库、诊断分析）如图2所示图2 配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台功能架构2.2 研究技术路线主要的技术路线是研究两大部分：配电

9、网设备综合智能检测终端技术研究和配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台研究。2.2.1配电网设备综合智能检测终端技术研究方案基于 Windows平台研发配电网设备综合检测终端应用，该终端应用于平板电脑，通过平板USB接口或WIFI与现场检测设备进行通讯互联，兼容超声波、地电波、红外、振荡波、超高频等多种检测方式、诊断算法于一身；检测人员只需更换检测设备便可实现1终端对多类检测方式的操作。同时，平板电脑通过无线网络与检测相关后台进行数据通讯，保证数据管理有效性、共享性。(1)配电网检测装置通讯方式研究方案通过对配电网检测的整体调研，充分了解目前配电网检测的主要检测方式，包括振荡波、超声波、地

10、电波、红外检测方法等，并理解其检测技术的原理；对局内目前使用的主要厂家的检测装置进行调研，制订配电网设备综合检测终端与检测装置间的数据通讯接口，接口方式拟采用WIFI或USB接口方式；针对多种检测方式，可考虑增加检测装置数据转换接口。本项目对配电网检测装置通讯方式进行深入研究，最终提交配电网检测装置通讯设计报告。(2)配电网检测装置数据分析算法研究方案本项目将通过对主流检测方式的确定，对相对成熟稳定的数据分析算法进行深入研究，并集成于智能检测终端应用中，例如：振荡波行波定位、带通滤波算法、小波滤波算法、基于支持向量机的超声波模式识别、红外图像识别算法。(3)配电网综合智能检测终端应用研发方案配

11、电网综合智能检测终端应用，将引入不同的作业模式，并对不同的作业模式进行业务分析。包括巡视过程、试验过程，同时，对检测终端应用的数据结构、界面UI、功能架构进行设计，配电网综合智能检测终端将基于Windows平台进行研发，拟研发基本功能包括检测类型管理（切换到相应的检测方式，应用将自动切换通讯方式）、检测基本参数管理、数据管理、诊断分析（包括各诊断方式的单一诊断、针对同一设备的应用不同检测方式的综合诊断）、规范标准查询（提供国际、国家、行业、企业各种行业规范、试验流程查询）。2.2.2配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台研究方案研究多种配电网检测装置通讯方式（包括振荡波、超声波、地电被、红

12、外测温等），通过4G网络技术实现远程数据采集，并提出检测装置接入标准：课题结合检测业务、数据管理，融合行波点位算法，向量机算法识别、红外图像分析等多种检测算法，建立智能检测知识库，提出综合诊断方法；搭建配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台，提供数据分析与诊断服务，减低现场检测对人员的专业化要求，提高检测效率。(1)带电检测与停电试验数据接入的研究方案基于配电网设备带电检测及试验数据集成，应用4G网络技术实现数据无线通讯，建立数据中心是本项目的工作重点。数据采集与数据管理功能可实现对众多智能前端检测单元的数据采集包括（荡波局放检测数据、超声波局放检测数据、地电波局放检测数据、红外测温数据）

13、；对平台和检测设备之间的通讯方式、数据传输速度的优化等课题将要做专门研究。满足检测大数据量通信速率；自动化的处理信道冲突：实现通信系统封闭性，保证数据安全。项目考虑系统未来扩展性，对智能检测装置、非智能检测装置的数据结构进行研究，信息平台将提供对数据源文件的解析功能，支持离线数据本地导入功能；针对在线监测装置接入平台数据接口，为配电网设备检测工作提供良好的数据支持。(2)专家诊断方法的研究与应用方案 1)数据模式识别的研究方案 为了对数据进行模式识别，从而更为高效地采集数据和建立诊断知识库，提取信号特征参数，选用支持向量机分类模型识别超声波局部放电，在前期采集的数据中选取合适的训练集和测试集，

14、采用不同的核函数及参数结合训练集对支持向量机建模，并对已建好的模型利用测试集进行测试，比较各核函数的优劣，选择最佳的核函数：实现红外测温图形智能识别应用。2）基于统计分析算法的规范标准值研究方案在收集大量历史数据的基础上，利用统计分析算法，借助于正态分布、对数正态分布、威布尔分布及指数分布等统计分布曲线，拟合已有历史数据，并评估出设备的局放状态分界点和相关阀值等标准参数。3）开关柜局部放电超声波检测技术应用方案本项目结合国内外的相关先进经验并在此基础上进行创新，利用语音处理技术对音频信号进行处理，提取表征局部放电的语音特征参数如短时平均幅度差（AMDF)、高过零率比、均方根值（RMS）、24维

15、美尔倒谱系数(MFCC)、带宽、子带能量比等参数，选取最佳的特征参数组合，作为局部放电音频信号的特征向量，提高局部放电检测效率。4）基于支持向量机和数据库的局放识别算法应用方案本项目建立了数据库并结合支持向量机模型设计识别基因的算法。利用已有的数据，提取特征参数组成特征向量，建立合适的支持向量机分类模型，新晋检测数据加入到数据库中反哺支持向量机分类模型。在此基础上的局放识别系统，可以快速、准确、翔实地提供开关柜信息，及时反映开关柜的局放情况并予以专家评估，便于电力试验工作人员综合分析开关柜的绝缘状况，对生产实践有具体的指导作用，能够为电力系统安全经济运行提供有力保障。5)配电网设备诊断知识库功

16、能的研发与应用方案积累已有检测经验，构建检测数据库并动态更新，将检测到的故障特征数据及时添加到数据库中，更新后的数据库可作为下次检测的训练样本集，提高支持向量机的识别准确度。为后续的深入研究奠定坚实的基础。其中，每一条特征数据，包括故障类别标识，故障特征数据和其他有关配电网设备的附加信息，便于信息的归档和整理，以达到智能分析电力设备绝缘状态的目的。知识库是承载带电检测信息系统各类诊断经验与知识。通过样例的搭建、模型的训练、人工算法的提炼，为振荡波、超声波、地电波、红外检测诊断提供经验与方法，并对形成的经验与方法、典型图谱进行记录。通过知识库的训练模型，应用人工智能算法进行故障的的诊断分析。同时

17、，针对正确诊断结果，会被作为知识库经验，记录在知识库中。构建科学、规范的知识库，对诊断经验与知识进行有效管理，避免知识流失，提高工作效率。3.理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系根据电网公司当前管理现状，以配电网设备振荡被局放检测、超声波及地电波检测、红外测温为基础，进行两方面课题研究，课题一，研发智能终端应用实现通过一个终端对多种检测装置进行数据采集、数据控制；课题二，搭建配电网设备状态监测与故障诊断“云计算”平台（以下简称平台）平台系统基于4G网络传输技术，具备检测及试验数据采集、储存、分析、诊断、管理等功能。平台制定配电网设备捡测统一接口标准，与检测装置直接通讯，获取现场检测数据；通

18、过行波定位法、双端定位法、支持向量机分类识别、红外图像识别等算法为现场检测人员提供辅助分析方法；同时，平台将构建知识库模型。以实现通过多维度数据检测信息的综合诊断功能；平台将通过南网标准接口与配电网生产系统通讯，获取设备台账数据。平台通过信息化手段有效的管理带电检测数据、停电试验数据，进行检测专业化数据分析、诊断，使之成为运行检修单位检测及分析工作的专业工具，最终可以为配电网设备的状态检修工作提供技术支持，提高电力企业的经济效益。4. 外委工作情况项目实施的承担单位为当地供电局和广西大学自动化研究所，双方以技术咨询的方式组织合作。其中，当地供电局在项目中负责项目的整体规划；广西大学自动化研究所协助完成项目规划，具体负责理论分析及技术开发工作。双方具体分工及职责如表1。项目统一由当地供电局组织协调开展，知识产权及成果由当地供电局和广西大学自动化研究所共同拥有。表1 项目承担单位及其职责单位当地供电局广西大学自动化研究所分工项目规划，提出需求，资料收集，组织验收平台调研、平台开发，试验测试、技术培训职责1、联系相关部门提供平台开发所需数据。2、负责项目执行过程中的管理工作。3、按时拨付项目研究、开发经费4、接受研究成果，组织项目的验收或鉴定。5、对乙方提供的技术资料承担保密