一种电力靶场环境数据异常预警系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及电力靶场领域，具体提供了一种电力靶场环境数据异常预警系统及方法，包括电网模拟单元、靶标系统单元、图像采集单元、电信号监测单元、数据分析单元、数据反馈单元和控制调节单元；电网模拟单元用于模拟电力系统各环节能量流的交互过程；靶标系统单元作为靶场的靶标，用于集成管理电信号监测单元和电网模拟单元；电信号监测单元用于监测电网模拟单元中各部分的电信号，并将其传输给数据分析单元；本发明专利技术能够有效仿真电力系统中各种故障，并且能够实时区分进行预警，对电力系统的故障模拟起到了极大地作用。模拟起到了极大地作用。模拟起到了极大地作用。

【技术实现步骤摘要】
一种电力靶场环境数据异常预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及电力靶场领域，具体而言，涉及一种电力靶场环境数据异常预警系统及方法。

技术介绍

[0002]电力行业作为关系国计民生的重要基础行业，同时也是技术、资金密集型行业，在注重信息化建设的同时，对于网络安全工作也历来高度重视。随着自动化、智能化和信息化程度逐步提升，电力系统之间的联系日趋紧密，各级主站、各电压等级变电站及发电厂高度互联形成了一个巨大的网络空间，任何一处发生的网络攻击都可能牵一发而动全身，影响电力系统安全稳定运行。
[0003]近年来，网络安全形势日益严峻。电力系统作为国家重要的基础设施，是网络战打击的首要目标之一。且随着智能电网、电力物联网等新技术的大量引入，以及大量智能终端设备通过无线或有线等方式接入，网络安全态势呈现结构复杂化、便捷模糊化、威胁形态多样化等，给安全防护带来了严峻挑战，这就对电力系统的安全性测试和评估提出了更高要求。要精确评估各类网络攻击对电力系统的影响，为制定针对性的防护措施提供依据，则需要一个近似实战的仿真试验环境。
[0004]网络安全靶场提供了一个可信性、可控性、可操作性强近似实战的仿真试验环境，是验证安全技术可行性、攻击防御手段有效性及评估系统安全防护水平的重要基础设施。然而，传统的网络安全靶场只能够模拟电力系统的异常数据状态，并且进行报警，并不能区分各种异常数据的类型，并且区分进行预警。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种电力靶场环境数据异常预警系统及方法，以解决相关技术中的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种电力靶场环境数据异常预警系统及方法，包括电网模拟单元、靶标系统单元、图像采集单元、电信号监测单元、数据分析单元、数据反馈单元和控制调节单元；所述电网模拟单元用于模拟电力系统各环节能量流的交互过程；所述靶标系统单元作为靶场的靶标，用于集成管理电信号监测单元和电网模拟单元；所述电信号监测单元用于监测电网模拟单元中各部分的电信号，并将其传输给数据分析单元；所述图像采集单元用于采集电网模拟单元中各重要部位的热成像图片，并将其传输给数据分析单元；所述数据分析单元用于接收图像采集单元和电信号监测单元传输的数据，并对数据进行处理和分析；所述数据反馈单元用于对数据分析单元处理分析后的信号进行分类，并根据分类
标签向控制调节单元反馈不同类型的预警指令；所述控制调节单元用于根据不同类型的预警指令发出不同类型预警信号。
[0007]进一步地，电网模拟单元用于模拟电力系统各环节能量流的交互过程具体包括：所述电网模拟单元通过电网实时仿真系统对一次设备进行仿真建模，辅助配备部分一次、二次实物设备，模拟电能量在发电、输电、变电、配电、用电环节中产生、传输、变换、分配、消耗全过程。
[0008]进一步地，电信号监测单元采用变换快速算法，设行波测距装置通过高速采样获得的线路故障行波信号为s(k)，k∈Z，则变换快速算法可以表示为：其中，h
l
和g
l
为分解滤波器系数，h
l
具有低通持性，g
l
具有带通特性。a
j
(k)和w
j
(k)分别为信号s(k)在尺度2
j
下的逼近系数和小波系数。
[0009]进一步地，数据分析单元对图片上导线和电器的位置进行捕捉的方法采用局部动态阀值分隔算法，其算法步骤为：图像划分：对图像采集单元传输的图片中的带有导线和电器的复杂背景进行局部阈值分割；局部阀值选取：对局部阀值分割所得的两组子图像集合{p1,p2,....,p
k
}和{q1,q2,....,q
k
}进行分析，并获取两组子图像的分割阈值并存入阙值矩阵；块状效应消除：对阈值矩阵进行平滑处理，使每个子图像的阈值融合其周围子图像的阈值信息，最终得到用于图像分割的阈值矩阵；图像的二值化：采用步骤
③
获得的阈值矩阵对原图像进行二值化处理。
[0010]进一步地，在进行图像划分时，其具体步骤为：1)、读入原图像，对其进行首次划分，得到大小相等的n个子图像o1,o2....o
n
；2)、对每个子图像进行直方图分析，计算子图像的灰度均值μ1、最大灰度值g1和最小灰度值g2；3)、当子图像满足分割条件时，停止继续划分，并将这些子图像依次记为p1,p2,....p
r
,1≤r≤n；4)、当子图像不满足分割条件时，则进行二次划分，将其划分为大小相等的四个子图像，并将划分得到的子图像依次记为q1,q2,...,q
k
，1≤k≤4n。
[0011]进一步地，局部阀值选取的具体步骤为：1)、对于子图像集合{p1,p2,....,p
k
}中的各子图像，使用全局Otsu算法依次计算分割阈值T，并复制四份存入阈值矩阵相应位置；2)、分析子图像集合{q1,q2,....,q
k
}中的各子图像的直方图，并计算各子图像的灰度均值μ2、最大灰度值g3和最小灰度值g4，同时使用步骤
②
中所提出的方法进行分割条件满足与否的判断；3)、当子图像满足分割条件，则使用全局Otsu算法计算该子图像的分割阈值并存入阈值矩阵；
4)、若子图像不满足分割条件，则通过判断μ2与g3、g4的关系来确定子图像分割阈值，若μ2接近g3，则指定一个接近g3的小阈值；若μ2接近g4，则指定一个接近g4的大阈值；5)、分割终止，得到N
×
N的阈值矩阵M1，其元素个数为4n。
[0012]进一步地，不同类型预警信号可以为不同的声音报警信号和/或不同的颜色报警灯。
[0013]进一步地，一种电力靶场环境数据异常预警系统及方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、模拟电网监测：对电力系统的感知监测设备获取的电数据进行建模分析；S2、数据存储：通过中间库对基础数据模块和大数据分析模块推送的临时数据进行存储；S3、异常分类：对建模分析生成报告单中的异常数据进行分类，并根据分类类别发出不同类型的预警信号；S4、异常报警：通过根据不同类型的预警指令发出不同类型预警信号。
[0014]进一步地，对电力系统的感知监测设备获取的电数据进行建模分析过程中，采用聚类算法确定电数据特征，具体如下：1、选择功率曲线、日平均功率、周平均功率、三相不平衡率、负载率、功率因数、日用电量作为聚类的因子；2、选择的聚类因子采取相同的标准化处理，处理公式如下：其中，Pi为某个点的功率，max(P)为最大功率，min(P)为最小功率。
[0015]进一步地，对建模分析生成报告单中的异常数据进行分类具体包括：将采集到的异常数据根据其采集设备类别进行区分，并根据不同的采集设备类别打上不同的类别标签。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过电网模拟单元模拟电力系统各环节能量流的交互过程；靶标系统单元作为靶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力靶场环境数据异常预警系统，其特征在于，包括电网模拟单元(1)、靶标系统单元(2)、图像采集单元(3)、电信号监测单元(7)、数据分析单元(4)、数据反馈单元(5)和控制调节单元(6)；所述电网模拟单元(1)用于模拟电力系统各环节能量流的交互过程；所述靶标系统单元(2)作为靶场的靶标，用于集成管理电信号监测单元(7)和电网模拟单元(1)；所述电信号监测单元(7)用于监测电网模拟单元(1)中各部分的电信号，并将其传输给数据分析单元(4)；所述图像采集单元(3)用于采集电网模拟单元(1)中各重要部位的热成像图片，并将其传输给数据分析单元(4)；所述数据分析单元(4)用于接收图像采集单元(3)和电信号监测单元(7)传输的数据，并对数据进行处理和分析；所述数据反馈单元(5)用于对数据分析单元(4)处理分析后的信号进行分类，并根据分类标签向控制调节单元(6)反馈不同类型的预警指令；所述控制调节单元(6)用于根据不同类型的预警指令发出不同类型预警信号。2.根据权利要求1所述的电力靶场环境数据异常预警系统，其特征在于，所述电网模拟单元(1)用于模拟电力系统各环节能量流的交互过程具体包括：所述电网模拟单元(1)通过电网实时仿真系统对一次设备进行仿真建模，辅助配备部分一次、二次实物设备，模拟电能量在发电、输电、变电、配电、用电环节中产生、传输、变换、分配、消耗全过程。3.根据权利要求1所述的电力靶场环境数据异常预警系统，其特征在于，所述电信号监测单元(7)采用变换快速算法，设行波测距装置通过高速采样获得的线路故障行波信号为s(k)，k∈Z，则变换快速算法可以表示为：其中，h
l
和g
l
为分解滤波器系数，h
l
具有低通持性，g
l
具有带通特性，a
j
(k)和w
j
(k)分别为信号s(k)在尺度2
j
下的逼近系数和小波系数。4.根据权利要求1所述的电力靶场环境数据异常预警系统，其特征在于，所述数据分析单元(4)对图片上导线和电器的位置进行捕捉的方法采用局部动态阀值分隔算法，其算法步骤为：
①
、图像划分：对图像采集单元传输的图片中的带有导线和电器的复杂背景进行局部阈值分割；
②
、局部阀值选取：对局部阀值分割所得的两组子图像集合{p1，p2，....，p
k
}和{q1，q2，....，q
k
}进行分析，并获取两组子图像的分割阈值并存入阙值矩阵；
③
、块状效应消除：对阈值矩阵进行平滑处理，使每个子图像的阈值融合其周围子图像的阈值信息，最终得到用于图像分割的阈值矩阵；
④
、图像的二值化：采用步骤
③
获得的阈值矩阵对原图像进行二值化处理。
5.根据权利要求4所述的电力靶场环境数据异常预警...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨跃平，马丽军，潘杰锋，秦桑，林雯瑜，张聪，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，
类型：发明
国别省市：