CN107180459A - 一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法 - Google Patents

一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法，本发明利用移动巡检终端和巡检中间服务器和中控机房，可以实现电力设备的远距离、策略化、安全可控的检查和监控；通过引入巡检中间服务器，解决电力巡检终端的安全管控问题，通过使用该中间服务器可以使电力巡检终端具备接受中控机房的远程管理、监视和控制能力，可有效提升对移动巡检终端的安全管控能力；巡检数据传输过程中，采用加密机制，可以确保巡检信息传输安全。

Description

一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法
所属技术领域
本发明涉及电力系统维护自动化领域，具体涉及一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法。
背景技术
在电力系统中，任何设备的故障，都有可能影响安全生产，给电力企业带来损失及危险，因此，实时的对线路进行巡检及管理是非常必要的。
许多电力生产企业依靠人工进行统计信息及进行设备管理，随着企业的发展，输电线路越来越复杂，线路维护难度越来越高，检查的工作量越来越大，如果继续采用人工进行检查，任务量将会很大，并且人工检查不能保证工作的准确性和便捷性，工作效率会很低，无法满足实际需求。随着智能电网业务的发展和移动互联技术的成熟，电力巡检业务的流程和便利性得到了很大提升，巡检人员可利用移动终端上的应用程序直接访问巡检业务系统，在线查询设备图纸资料、下载工作任务、回传巡检结果。
移动终端的使用提升了业务便利性，也增加了安全风险，原有封闭的业务系统可以通过移动网络直接访问，业务数据资料存储在移动终端上。而一旦终端丢失，可能造成敏感数据的丢失和泄漏。因此，电力企业对移动终端的使用提出了安全管理要求，包括对设备自身的强管控要求，以及对业务执行过程的督查审计要求等等。
现有的电力设备检修策略制定往往从设备层面制定检修策略，侧重于设备个体性能，较少对电网整体运行性能的考虑。若从设备个体行为来看，依据设备个体性能的检修决策虽然有利于提高其个体运行的性能，但是由于配电网运维资源紧张与设备庞大数量间的矛盾，不免会产生个体与整体间的矛盾和冲突，进而降低配电网整体运行的效能。如何从设备个体与电网整体运行的角度，研究计及电网运行风险的设备检修策略，实现检修策略在个体和电网运行间的平衡优化，是电力检修亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法，该方法利用移动巡检终端和巡检中间服务器和中控机房，构建成智能、移动、安全的电力设备巡检平台，可以实现电力设备的远距离、策略化、安全可控的检查和检测。
为了实现上述目的，本发明提供一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法，该方法具体包括如下步骤：
S1.制定巡检策略；
S2.移动巡检终端执行巡检策略，采集并发送巡检数据；
S3.处理和解析巡检数据，得到巡检结果，完成对电力设备的检测；
其中，在所述步骤S2中，通过如下加密方式将巡检数据发送给中控机房：
周期性的发送一个策略同步消息X1，所述消息X1包括移动巡检终端硬件识别码和策略组指纹码，并使用中控机房的公钥加密；
所述上级巡检终端管理中心使用私钥解密所述消息X1，取得移动巡检终端硬件识别码，并查找策略数据库取得策略组；
所述中控机房将策略组的指纹和所述消息X1中的策略组指纹码进行比对，若一致，流程结束；否则执行下一步骤；
使用所述中控机房的私钥进行数字签名，策略组和签名共同构成消息X2；
使用所述上级中控机房的公钥验证策略组消息X2；如验证成功，更新策略组，否则，流程结束。
优选的，所述步骤S2中，确定移动巡检终端的状态包括采集移动巡检终端硬件及其运行环境的基础信息；所述基础信息包括GPS全球定位信息、当前时间信息和巡检终端硬件识别码信息。
优选的，所述巡检终端硬件识别码C是通过RFID阅读器硬件编号C1、安全TF卡硬件编号C2产生，公式为C＝HASH(C1⊕C2)；所述RFID阅读器用于读取被检设备中嵌入的RFID标签中的状态参数，所述安全TF卡用于为所述移动巡检终端硬件提供硬件密码算法。
优选的，在所述步骤S2中，所述巡检数据：检修任务信息、巡检点信息、设备信息、巡检工单信息、地图信息。
优选的，在步骤S1中，采用如下方法对巡检策略进行优化：
S11.计算巡检计划中的各电力设备的故障率；
S12.计算所述各电力设备检修个体风险损失和电网运行风险损失；
S13.建立所述各电力设备检修的目标函数以及相应的约束条件；
S14.完成所述各电力设备的优化巡检策略。
本发明具有以下优点和有益效果：(1)利用移动巡检终端和巡检中间服务器和中控机房，可以实现电力设备的远距离、策略化、安全可控的检查和监控；(2)通过引入巡检中间服务器，解决电力巡检终端的安全管控问题，通过使用该中间服务器可以使电力巡检终端具备接受中控机房的远程管理、监视和控制能力，可有效提升对移动巡检终端的安全管控能力；(3)巡检数据传输过程中，采用加密机制，可以确保巡检信息传输安全。
附图说明
图1示出了本发明的一种电力移动作业平台的框图。
图2示出了本发明的一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了本发明的一种电力移动作业平台，该系统包括多个移动巡检终端1、巡检中间服务器2和中控机房3；
其中，所述移动巡检终端1包括：
巡检执行单元11，用于实现对各种电力设备的安全检查；
任务接收单元12，用于从巡检中间服务器接收巡检任务；
巡检数据发送单元13，用于将巡检终端的参数以及巡检得到的数据发送给巡检中间服务器；
巡检中间服务器2包括：
巡检数据采集单元21，用于从所述移动巡检终端获取巡检终端的参数以及巡检得到的数据；
巡检策略管理单元23，用于和上级巡检终端管理中心进行通信，获取巡检策略，并将巡检策略分发给移动巡检终端；
巡检安全服务单元22，用于提供安全服务，保证巡检数据安全传送以及巡检策略安全的执行；
所述中控机房3包括：
数据收发单元31，用于向所述巡检中间服务器发送巡检策略，接收来自所述巡检中间服务器的巡检数据；
数据处理单元32，用于处理所述巡检数据；
显示单元33，用于实时显示巡检结果；
控制单元34，用于控制所述数据收发单元、数据处理单元和显示单元，并同于确定巡检策略。
所述控制单元34包括：巡检任务生成子单元、任务指派子单元、巡检监控子单元、任务关闭子单元、巡检总结子单元。
其中，巡检任务生成子单元，用于根据巡检计划，生成巡检任务信息；任务指派子单元，用于指派巡检任务信息；巡检监控子单元，用于对巡检任务进行实时监控；任务关闭子单元，用于在巡检任务完成后，发送关闭巡检任务指令；总结记录子单元，用于解析和记录巡检结果。
所述巡检数据采集单元21获取的移动巡检终端的参数包括移动巡检终端的GPS全球定位信息、当前时间信息、硬件识别码信息。
所述巡检策略包括策略执行条件和控制指令两部分组成，典型的策略执行条件包括：移动巡检终端处于非工作时间，移动巡检终端处于工作时间或移动终端偏离巡检路线，典型的控制指令包括：自动锁定终端，禁止用户操作，执行特定巡检任务。
所述巡检安全服务单元22包括密码子单元、审计子单元和行为控制子单元；所述密码子单元用于实现安全的数据通信，所述审计子单元和行为控制子单元用于移动巡检终端的管控策略的触发条件，完成巡检策略的执行。
密码子单元可透明实现对不同密码算法的调用和切换，密码算法包括安全TF卡中的SM1、SM2、SM3系列密码算法、通用RSA、AES、SHA-1密码算法；
行为审计子单元用于感知和记录移动巡检终端行为，并利用所述巡检数据采集单元所提供的巡检终端的空间、时间信息，和巡检策略的执行条件进行匹配，如果符合巡检策略，则触发行为控制子单元；
行为控制子单元用于在巡检策略的执行条件满足后，准许移动巡检终端执行对应的控制指令。
所述巡检数据包括：检修任务信息、巡检点信息、设备信息、巡检工单信息、地图信息。
图2示出了本发明的一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法的流程图。该方法具体包括如下步骤：
S1.制定巡检策略；
S2.移动巡检终端执行巡检策略，采集并发送巡检数据；
S3.处理和解析巡检数据，得到巡检结果，完成对电力设备的检测；
其中，在所述步骤S2中，通过如下加密方式将巡检数据发送给中控机房：
周期性的发送一个策略同步消息X1，所述消息X1包括移动巡检终端硬件识别码和策略组指纹码，并使用中控机房的公钥加密；
所述上级巡检终端管理中心使用私钥解密所述消息X1，取得移动巡检终端硬件识别码，并查找策略数据库取得策略组；
所述中控机房将策略组的指纹和所述消息X1中的策略组指纹码进行比对，若一致，流程结束；否则执行下一步骤；
使用所述中控机房的私钥进行数字签名，策略组和签名共同构成消息X2；
使用所述上级中控机房的公钥验证策略组消息X2；如验证成功，更新策略组，否则，流程结束。
优选的，优选的，所述步骤S2中，确定移动巡检终端的状态包括采集移动巡检终端硬件及其运行环境的基础信息；所述基础信息包括GPS全球定位信息、当前时间信息和巡检终端硬件识别码信息。
优选的，所述巡检终端硬件识别码C是通过RFID阅读器硬件编号C1、安全TF卡硬件编号C2产生，公式为C＝HASH(C1⊕C2)；所述RFID阅读器用于读取被检设备中嵌入的RFID标签中的状态参数，所述安全TF卡用于为所述移动巡检终端硬件提供硬件密码算法。
优选的，在所述步骤S2中，所述巡检数据：检修任务信息、巡检点信息、设备信息、巡检工单信息、地图信息。
优选的，在步骤S1中，采用如下方法对巡检策略进行优化：
S11.计算巡检计划中的各电力设备的故障率；
S12.计算所述各电力设备检修个体风险损失和电网运行风险损失；
S13.建立所述各电力设备检修的目标函数以及相应的约束条件；
S14.完成所述各电力设备的优化巡检策略。
优选的，在所述步骤S11中，包括：
S111.计算电力设备的健康指数
EIa＝EI0e-B·ΔT (1)
其中，EIa为电力设备的健康指数，EI0为电力设备的初始健康指数，B为电力设备的老化系数，ΔT为电力设备的投入运行时间；
S112.根据EIa计算电力设备的健康指数
EI＝EIh×h1×h2 (2)
其中，EI为电力设备的健康指数，h1为运行环境修正因子，h2为检修记录修正因子，且有：
h1＝h11+h12 (3)
h2＝h21+h22+h23+h24+h25 (4)
其中，h11为安置地点修正因子，h12为最高环境温度修正因子，h21为家族缺陷修正因子，h22为近区短路修正因子，h23为缺陷记录修正因子，h24为故障记录修正因子，h25为局部放电修正因子；
S113.计算电力设备的故障率
λ＝Ke-C·EI (5)
其中，λ为电力设备的故障率，K为比例系数，C为曲率系数。
优选的，在所述步骤S12中，包括如下步骤：
S121.计算电力设备检修个体风险损失
Re＝Pf·[L(LM)+ClabTlab] (6)
其中，Re为电力设备检修个体风险损失，Pf为电力设备的检修停运概率，LM为电力设备的检修等级，Clab为单位工时成本，Tlab为电力设备检修所需工时，L(LM)为电力设备维修或更换费用；
S122.计算电网运行风险损失
其中，Rr为电网运行风险损失，Rdir为电力设备检修造成的直接失负荷损失，Rrand为电力设备检修造成的随机失负荷损失；M为停电用户集合，N为运行方式改变导致虽未停电但供电安全性降低的用户集合，Pk为电力设备故障后所影响的N个用户停电概率，Di为停电用户i处负荷的重要度系数，Dj为运行方式改变导致虽未停电但供电安全性降低的用户j处负荷的重要度系数，T为故障持续时间，pi(t)为停电用户i在t时刻的负荷曲线，C0为单位电价，Ck为随机失负荷单位电量损失。
优选的，所述步骤S13中，假设在电力设备检修周期内，待修电力设备退出运行时的检修费用不变，以电力设备检修个体风险损失和电网运行风险损失之和最小为目标建立电力设备检修的目标函数，有
min F＝Re+Rr (8)
其中，F为电力设备检修的目标函数，Re为电力设备检修个体风险损失，Rr为电网运行风险损失。
优选的，电力设备检修的目标函数相应的约束条件包括可靠性约束、检修时间约束和最优步长约束；
所述可靠性约束为电力设备的故障率低于其故障率阈值
Pt＜Ps(9)
其中，Pt为电力设备的故障率，Ps为电力设备的故障率阈值；
检修时间约束表示为：
其中，m表示电力设备的小修总次数，n表示电力设备的大修总次数，tm为电力设备的本次小修时间，t(m-1)为电力设备的上次小修时间，tn为电力设备的本次大修时间，t(n-1)为电力设备的上次大修时间；
最优步长约束为电力设备的最优步长为1个季度。
优选的，所述S14中，应用遗传算法求解目标函数的最优解，完成电力设备的优化检修：
S141随机生成种群A，种群A中每个个体为周期内待修电力设备集合的状态序列；
S142.从种群A中取个体a，个体a对应一个巡检策略；
S143.对以上巡检策略进行可行性分析，若可行，则转入S144；否则，直接赋不小于106的值作为该巡检策略对应的适应度值，返回S142；
S144.巡检策略可行的情况下，计算电力设备检修个体风险损失和电网运行风险损失，并以二者之和最小作为该巡检策略对应的适应度值；
S145.电网状态检修决策收敛判断：当达到最大迭代次数，或最优解的适应度值在给定的迭代次数内不再下降，则迭代结束，并以适应度最小值的个体对应的巡检策略作为电网状态检修的决策结果；否则，进行交叉、编译，生成新的种群，返回S142。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种电力移动作业平台的数据采集和监测方法，该方法具体包括如下步骤：
S1.制定巡检策略；
S2.移动巡检终端执行巡检策略，采集并发送巡检数据；
S3.处理和解析巡检数据，得到巡检结果，完成对电力设备的检测；
其中，在所述步骤S2中，通过如下加密方式将巡检数据发送给中控机房：
周期性的发送一个策略同步消息X1，所述消息X1包括移动巡检终端硬件识别码和策略组指纹码，并使用中控机房的公钥加密；
所述上级巡检终端管理中心使用私钥解密所述消息X1，取得移动巡检终端硬件识别码，并查找策略数据库取得策略组；
所述中控机房将策略组的指纹和所述消息X1中的策略组指纹码进行比对，若一致，流程结束；否则执行下一步骤；
使用所述中控机房的私钥进行数字签名，策略组和签名共同构成消息X2；
使用所述上级中控机房的公钥验证策略组消息X2；如验证成功，更新策略组，否则，流程结束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，确定移动巡检终端的状态包括采集移动巡检终端硬件及其运行环境的基础信息；所述基础信息包括GPS全球定位信息、当前时间信息和巡检终端硬件识别码信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述巡检终端硬件识别码C是通过RFID阅读器硬件编号C1、安全TF卡硬件编号C2产生，公式为C＝HASH(C1⊕C2)；所述RFID阅读器用于读取被检设备中嵌入的RFID标签中的状态参数，所述安全TF卡用于为所述移动巡检终端硬件提供硬件密码算法。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述巡检数据：检修任务信息、巡检点信息、设备信息、巡检工单信息、地图信息。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，采用如下方法对巡检策略进行优化：
S11.计算巡检计划中的各电力设备的故障率；
S12.计算所述各电力设备检修个体风险损失和电网运行风险损失；
S13.建立所述各电力设备检修的目标函数以及相应的约束条件；
S14.完成所述各电力设备的优化巡检策略。
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