多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统技术方案

本发明专利技术公开了属于电力设备状态研究领域的一种多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统。该系统分为四层：采集汇聚层、站控层、省网层和总部层；所述采集汇聚层又分为汇聚子系统和采集子系统；所述站控层包括状态监测服务器、工作站、移动终端接入装置和移动终端；所述状态监测服务器存储网关传输的数据，并通过以太网与工作站和移动终端接入装置相连。本发明专利技术将先进的无线传感器网络技术与电力设备状态监测系统有机结合，从一次电力设备终端直到省网总部级的数据传输全数字化，信息一体化；引入基于大数据分析的云计算平台，多时空状态系统的风险评估等，为智能决策支持提供有力数据保障，从而完成设备资产的全寿命健康预测与周期管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力设备状态研究领域，特别涉及一种多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统。
技术介绍
智能电网是当今国际最前沿的经济增长点，已经成为许多国家争相研究的热点。作为智能电网的一个重要应用系统，电力设备状态监测与评估系统完成对电力设备状态参数采集、分析，实现状态可视化，并且根据电力设备的状态对该设备进行评估预警，并采取相应的措施。通过提高电力设备运行的可靠性和可控性，进而改善整体的供电可靠性，状态监测系统的智能化功能可为智能电网的整体决策提供坚实的基础。传统电力设备状态监测的方法采用定期预防性检修、试验以及人工巡视等方法。为了避免事故发生，在设备运行过程中，值班人员需要经常巡视，凭借外观现象、指示仪表、人工经验等进行判断以便及时发现异常。除此之外，还会定期停止运行来对电力设备例行检查，做机械动作试验或者预防性绝缘试验，及时做出结构缺陷方面的处理等。这种定期检修和经常巡视的方法对电力设备的安全正常运行起到了至关重要的作用。近年来，国内外电力设备状态监测在理论研究方面取得了较大的进展，并研发了针对输电线路、变压器和断路器等设备的状态监测与故障诊断装置，但在电力设备状态监测在很多方面仍面临很多突出问题。电力设备状态监测系统还处于分散监测阶段，与计算机监控系统相互独立，电力控制中心与各个变电站之间，以及状态监测系统与其他系统之间，数据信息模型和通信接口高度异构，难以充分利用不同的信息进行设备的状态评估、故障诊断和状态检修。在智能电网中，电力设备状态监测数据具有如下特点：(1)状态监测数据量呈几何性增长，数据规模不断扩大；数据类型复杂多样，种类繁多；监测数据广域分布；计算任务繁多，计算量大；数据可靠性与实时性要求高。(2)各平台数据交互性差。面对这些海量的、分布式的、异构的、复杂的、大计算量状态数据，常规的数据存储与管理方法系统难以适应智能电网对状态监测数据可靠性和实时性的更高要求。因此，迫切需要建立一套面向大数据的、统一的、开放的、符合智能电网设备发展需要的电力设备状态监测系统，实现大跨度的快速的电力设备状态评估、状态诊断与预测，从而实现智能评估设备的健康状态与检修周期，完成设备资产的全寿命健康预测与周期管理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统，其特征在于，所述设备状态监测与评估系统分为四层：采集汇聚层、站控层、省网层和总部层；所述采集汇聚层又分为汇聚子系统和采集子系统；所述站控层包括状态监测服务器、工作站、移动终端接入装置和移动终端；所述状态监测服务器存储网关传输的数据，并通过以太网与工作站和移动终端接入装置相连；所述省网层是基于云平台搭建的，包括大数据管理平台和基于数据挖掘算法的状态评估系统。考虑到云平台的安全性，利用防火墙将云平台与外部网络隔离，并安装了入侵检测系统，防止恶意攻击；所述总部层包括决策管理工作站、大屏服务器和决策支持服务器；总部层获取和汇总评估数据，决策管理工作站根据评估数据得到预警数据，提交故障位置和预警等级，在大屏服务器输出结果，实现评估结果可视化；工作站管理员给出最终决策，对评估结果进行进一步决策支持。所述采集子系统作为整个系统最底层，包括多种一次设备状态监测IED群组，状态监测IED直接附着在一次设备上；状态监测IED中各类传感器分别采集一次设备相关信息，数据处理模块汇总并进行简单计算，ZigBee模块采用发送广播的形式将信息发送给汇聚IED，这里把广播半径设置为1跳就能够满足系统需要；ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输；IED是智能电子装置的简称。所述汇聚子系统包括汇聚IED组和协调集中器；各类一次设备汇聚IED组成汇聚IED组；所述协调集中器包括协调器和网关；汇聚IED组扩大了ZigBee传输范围，汇聚IED接收采集子系统的状态监测IED发送的广播消息，首先进行身份识别，只处理相应状态监测IED发送的消息；ZigBee模块将汇聚IED处理后的信息通过单播发送给协调器；协调器负责整个网络的组建、维护，并且汇总各汇聚IED发送的信息，利用光纤通过RS‐485串口将数据传输到网关，网关进行协议转换，并通过以太网将数据传输到服务器。所述工作站主要包括监控工作站、工程师工作站和数据操作工作站；所述监控工作站提供一次设备状态监测数据图形化浏览、告警、监视、控制等服务；所述工程师工作站为工程师提供维护和完善状态监测系统的服务，所述数据操作工作站提供数据浏览、导出、查询、打印等服务。移动终端通过移动终端安全接入装置访问状态监测服务器，移动终端主要实现故障通报、人员通知功能。状态监测服务器还负责将数据传输到省网层。整个站控层系统采用C/S结构。所述省网层接收所述站控层传输的数据，在大数据管理平台通过变换、清理、集成、归类、非结构数据特征提取的技术处理，得到利用率更高的数据，利用ETL工具对数据进行抽取、转换后装载到数据仓库；对数据仓库的数据进行初步查询和故障分析，如果发现故障，向所述站控层告警，站控层接收到告警，对故障进行及时维修。在所述基于数据挖掘算法的状态评估系统中，对数据进行进一步分析并进行状态评估；利用时间序列分析、聚类分析、分类分析、非结构数据特征分析、关联分析和/或回归分析的方法进行数据分析，并利用日志生成器生成日志文件；利用状态评估算法评估数据分析结果，诊断故障，并完成风险评估，省网层通过以太网将数据传输到总部层。所述进行身份识别，只处理相应状态监测IED发送的消息为GIS汇聚IED只处理GIS状态监测IED群组发送的消息。所述ZigBee模块将汇聚IED处理后的信息通过单播发送给协调器的过程中，应该确保整个ZigBee网络的正常通信，即把状态监测IED设置为终端节点，汇聚IED设置为路由器节点，协调器设置为协调器节点；其中，终端节点主要负责数据的采集，只能发送数据，不能转发其他节点的消息；路由器节点负责数据包的路由选择，协调器负责整个网络的组建、维护，并且可以通过串口与网关连接。本专利技术的有益效果是，解决目前电力设备状态监测系统存在的问题，将先进的无线传感器网络技术与电力设备状态监测系统有机结合，提出新型的多层电力设备状态监测系统体系结构，网络跨度大，从一次电力设备终端直到省网总部级实现数据传输全数字化，信息一体化；引入基于大数据分析的云计算平台，更大限度提高数据的共享度并处理海量监测数据；该系统为分层状态评估、设备故障预测，基于多时空状态评估的系统风险评估等，为智能决策支持提供有力数据保障，从而实现智能评估设备的健康状态与检修周期，完成设备资产的全寿命健康预测与周期管理。附图说明图1为多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统的总体结构图。图2为面向大数据的电力设备状态监测与评估系统的总部层和省网层软件结构图。图3为面向大数据的电力设备状态监测与评估系统的采集汇聚层和站控层结构图。图4为面向大数据的电力设备状态监测与评估系统的一次设备单元结构图。具体实施方式本专利技术提供一种多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统，下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统，其特征在于，所述设备状态监测与评估系统分为四层：采集汇聚层、站控层、省网层和总部层；所述采集汇聚层又分为汇聚子系统和采集子系统；所述站控层包括状态监测服务器、工作站、移动终端接入装置和移动终端；所述状态监测服务器存储网关传输的数据，并通过以太网与工作站和移动终端接入装置相连；所述省网层是基于云平台搭建的，包括大数据管理平台和基于数据挖掘算法的状态评估系统，考虑到云平台的安全性，利用防火墙将云平台与外部网络隔离，并安装了入侵检测系统，防止恶意攻击；所述总部层包括决策管理工作站、大屏服务器和决策支持服务器；总部层获取和汇总评估数据，决策管理工作站根据评估数据得到预警数据，提交故障位置和预警等级，在大屏服务器输出结果，实现评估结果可视化；工作站管理员给出最终决策，对评估结果进行进一步决策支持。

【技术特征摘要】
1.一种多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统，其特征在于，所述设备状态监测与评估系统分为四层：采集汇聚层、站控层、省网层和总部层；所述采集汇聚层又分为汇聚子系统和采集子系统；所述站控层包括状态监测服务器、工作站、移动终端接入装置和移动终端；所述状态监测服务器存储网关传输的数据，并通过以太网与工作站和移动终端接入装置相连；所述省网层是基于云平台搭建的，包括大数据管理平台和基于数据挖掘算法的状态评估系统，考虑到云平台的安全性，利用防火墙将云平台与外部网络隔离，并安装了入侵检测系统，防止恶意攻击；所述总部层包括决策管理工作站、大屏服务器和决策支持服务器；总部层获取和汇总评估数据，决策管理工作站根据评估数据得到预警数据，提交故障位置和预警等级，在大屏服务器输出结果，实现评估结果可视化；工作站管理员给出最终决策，对评估结果进行进一步决策支持。2.根据权利要求1所述多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统，其特征在于，所述采集子系统作为整个系统最底层，包括多种一次设备状态监测IED群组，状态监测IED直接附着在一次设备上；状态监测IED中各类传感器分别采集一次设备相关信息，数据处理模块汇总并进行简单计算，ZigBee模块采用发送广播的形式将信息发送给汇聚IED，这里把广播半径设置为1跳就能够满足系统需要；其中，IED为智能电子装置的简称；ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输。3.根据权利要求1所述多层大跨度面向大数据的电力设备状态监测与评估系统，其特征在于，所述汇聚子系统包括汇聚IED组和协调集中器；各类一次设备汇聚IED组成汇聚IED组；所述协调集中器包括协调器和网关；汇聚IED组扩大了ZigBee传输范围，汇聚IED接收采集子系统的状态监测IED发送的广播消息，首先进行身份识别，只处理相应状态监测IED发送的消息；ZigBee模块将汇聚IED处理后的信息通过单播发送给协调器；协调器负责整个网络的组建、维护，并且汇总各汇聚IED发送的信息，利用光纤通过RS-485串口将数据传输到网关，网关进行协议转换，并通过以太网将数据传输到服务器。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡祥，徐欢，徐茹枝，唐小宇，张相依，关志涛，苏林萍，刘硕，宋丹，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11