中国指挥与控制学会会刊 
随着电网企业信息系统数量成规模的增长,运维管理的安全问题越来越凸显。利用信息化的手段管理大规模的设备资源,提升企业信息运维工作的自动化水平,是目前电网企业安全生产及经营管理者特别关心和亟须解决的问题[1]。
为解决上述难点问题,国内外学者对此进行了一些前瞻性的研究,如厦门大学王蔚青设计了一套企业信息系统运维的综合监督平台[2],取得较好的效果,可以很好地应用到电力企业的信息管理中。之后,文献[3⇓-5]基于电力调度问题,针对电力调度自动化综合运维平台的建设问题,对其数据建设、运维模式,以及系统架构进行了思考,特别是辽宁省电力公司以两级三线运维模式为基础建立的调度运行信息运维体系,取得了很好的效果。这些研究工作及系统实现的场景主要集中在调度上,针对国家电网大系统而言,缺乏有效的运维监控系统及可推广的标准化操作模式来实现整体运维的效率提升[6⇓-8]。
为此,国家电网计量中心和国内相关院所合作开展校企合作,吸纳高校的研究成果,以企业的实际需求为导向,针对智能电网大系统中多种自动化设备资源整体调配和安全监控问题,在借鉴分布式软件体系架构方法的基础上[9],以“四线一库”为核心,设计了一套对整体系统的巡检以及运维操作系统。该系统可以提前发现问题并及时定位故障,保证大规模系统运行的安全性和稳定性。目前本系统运用在国网新疆分公司、河南分公司以及安徽分公司,运行良好。
1 系统的结构与分析
1.1 总体架构
国家电网计量中心和国内院校合作研发的计量“四线一库”自动化巡检和智能诊断系统主要由自动化巡检(子站)、智能诊断(主站)、MDS系统和SG-MDS系统组成,系统总体架构图如图1 所示。
各子系统的功能和目标特性如下:
自动化巡检(子站):充分利用传感网、现场总线、点巡检等技术,实时采集设备运行数据、工况数据等,为实现设备状态精准评价和故障研判提供翔实的数据支撑;同时可接收主站系统的设备控制指令,以实现部分故障的自愈性修复运维目标。
智能诊断(主站):进行设备状态评价和故障研判建模,设置故障处理策略;基于采集的实时数据和历史数据,进行设备状态评价和故障推理分析;设备状态和故障信息实时直观的可视化展示,并基于分析结果开展预防性检修或调用处理策略进行自行处理;提供运维管理综合功能。
MDS系统:诊断结果数据及运维情况(设备状态和故障信息)的监控展示,据此开展计量生产业务调整决策分析等。
SG-MDS系统:与MDS纵向贯通,实现对各省公司“四线一库”运维的综合监控,基于设备故障信息、巡检数据、保养/维修记录等信息,进行辅助决策分析,自动生成总体的运维周、月、年运维分析报告。
1.2 功能架构
计量“四线一库”自动化巡检和智能诊断系统依据数据采集及处理的层次,划分为自动化设备层、巡检监控层、业务层、呈现层,实现对“四线一库”中关键设备进行运行状态主数据采集与监控,通过数据清洗及梳理后,利用核心算法及诊断模型进行运行状态分析、预测,分析结果可通过接口方式同步到省级生产调度平台及国网吉林生产调度平台。系统的功能架构图如图2 所示。
功能架构的各个层次结构及模块化的基本特性是根据国家电网整体大系统的智能运维来设定,可以保证分系统(各省级平台)到总体系统(国家平台)接口介入的普适性。各层次的功能特性是:
自动化设备层:自动化设备层包括智能仓储、单相检定流水线、三相检定流水线、互感器检定流水线、采集终端检定流水线及其相关电气控制系统,是自动巡检及智能诊断的目标对象,核心的运行数据来源。此外,根据诊断需要定制的传感器等也包括在内。此外,通过部署传感组网设备系统,实现对设备运行数据、工况数据的全面收集,为智能诊断提供数据支撑。
巡检监控层:针对关键设备通过一定的采集方式、策略进行运行数据采集、监控及呈现, 同时制定合适的数据清洗、加工、存储策略,为后期的诊断计算提供高质量的数据来源。并通过现场总线、OPC、WSN等接口实现设备运行参数的自动传递,以及上层应用诊断输出反馈到硬件设备,实现特定故障的恢复。此外,接口层同时负责完成省级计量生产调度平台及国网生产调度平台诊断数据或预测结果的同步。
业务层:主要关于“四线一库”关键设备的自动巡检与诊断的核心功能,包括智能诊断预测、智能诊断定位、智能诊断预检、检定设备质量核查,以及作业管理、知识库管理、设备档案管理等相关运维支撑功能。在业务层,通过内置的专家诊断模型与相关统计模型,通过数据训练等方式完成关键设备的诊断预测;通过检定设备质量核查等手段实现检定装置的电测质量;通过故障预判、提前处理等手段实现部分关键故障自愈修复等功能。
呈现层:提供如移动终端、PC端、LED大屏等多种展现方式,以可视化方式呈现“四线一库”自动化巡检和智能诊断数据、3D仿真等。
1.3 数据架构
计量“四线一库”自动化巡检和智能诊断系统的数据架构遵从SG-CIM数据架构,包括支撑域、组织域、设备域、业务支撑域、辅助域。根据数据特点,又可将数据分为结构化数据、非结构化数据、实时数据。图3 是数据架构的具体呈现形式。
结构化数据是行数据,存储在数据库表中,可以用二维表结构来逻辑表达实现的数据,例如业务应用的信息数据。非结构化数据是指图纸、文档、图片、视频等。实时数据是检定生产过程中的状态、异常、记录、位置等数据。
本系统与MDS系统、MDS大屏系统、“四线一库”控制系统、传感系统充分共享数据,共享方式包括:WebService、SQL、中间表、DBLink、现场总线技术等方式。接口数据来源如图4 所示。
1.4 集成架构
计量“四线一库”自动化巡检和智能诊断系统部署在省公司信息管理大区内,与省级计量生产调度平台(MDS)、大屏系统、“四线一库”控制系统进行集成,并通过建立基于ZigBee的多传感融合技术的无线传感网,实现“四线一库”关键设备的信息采集、设备非接触检测与缺陷识别。计量“四线一库”自动化巡检和智能诊断系统集成架构如图5 所示。
通过Webservice、ETL、JDBC、数据复制等技术,实现与MDS系统、大屏展示系统集成,实时或定时获取设备库存、设备运行、设备故障、运行设备采集等相关计量生产业务应用数据。
通过Webservice、ETL、JDBC等技术实现与“四线一库”管理系统的集成,实时获取实时检定数据和实时仓储数据,系统异常数据等。
通过WSN和OPC技术实现与“四线一库”关键设备集成,实时获取关键设备运行工况数据。并根据智能化诊断策略和算法生成预防性维护指令,实时传递给关键设备指导其进行自愈性调整。
1.5 物理架构
硬件部分主要由传感组网采集设备、自动化巡检(子站)、智能诊断(主站)、移动作业终端、备份服务设备等构成,通过与现有“四线一库一平台”各层次的松散耦合,实现数据的自动采集和诊断结果数据的共享,全面支撑智能运维工作的开展。物理逻辑架构如图6 所示。
其中,用于采集“四线一库”关键设备运行数据和工况数据的采集传感设备的安装将严格在现有设备运行环境中开展,充分利用无线传感网络组网技术进行设备间的可靠数据通信,现有设备安装位置和运行环境无须做调整。其具体的组网形式如图7 所示。
截止到目前,该系统已经分别应用到吉林、新疆、河南、安徽等省级电网部门,并已经接入到国家电网计量中心平台,目前一共获取了9万多条数据,数据的平稳性良好,产生了很好的效果。
2 结束语
本文所设计的系统架构是国家智能电网建设规划的基本模块,作为“四线一库”智能化运维的专业技术支持平台,将全面支撑电网大系统中设备日常运维作业和运维管理工作,更高效地解决多种自动化设备协同不稳定,监控不及时的问题,实现对设备的综合管理,可以让用户更加方便快捷地对设备的运行状况和工作流程进行管理,进而使自动化设备更加高效地工作。
但从应用到实际运行,所产生的数据量依然较少,只有9万多条数据的存储,这对于国家电网计量中心的整体监控和安全策略的实施而言,存在数据不充分的缺陷。而且,由于该系统并没有现成的数据标本以及系统架构进行对比,在理论上如何对其进行建模分析,是目前课题组较为关心的问题。这方面的工作,课题组正在联合攻关,将9万多条数据存储打包进行深度分析,已经得出了一些初步模型及结论,但限于篇幅,本文不做介绍。