CN111337787A - 配电网一二次融合设备远程检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出配电网一二次融合设备远程检测装置，通过便携式边缘即插即检装置利用可拆卸接口与配电网现场的电气设备连接，获取电气设备的开关量状态参数后输入便携式边缘即插即检装置的预设边缘计算模型，并在输出结果后对所述预设边缘计算模型进行优化，进而获取所述配电网现场的下一个电气设备的开关量状态参数，采用优化后的预设边缘计算模型基于所述下一个电气设备的开关量状态参数，输出下一个电气设备的状态检测结果；远端检测系统基于状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备。本发明能够解决配电网一二次融合设备的状态检测和故障预测、定位问题并对之进行可视化。

Description

配电网一二次融合设备远程检测装置

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，尤其涉及基于边缘计算设备的配电网一二次融合设备远程检测装置。

背景技术

近年来，国家电网公司在智能配电网顶层设计领域提出了未来配网信息化系统整体架构，开展智能配网“两系统、一平台”（电力生产管理系统、配电自动化系统、智能化供电服务指挥平台）进一步深化建设与应用。智能配电网建设主要包括智能一二次设备的应用和升级、配电自动化系统应用升级和涵盖配网调控、配电运检、用户服务各领域的供电服务指挥平台建设等内容。智能配电网以电网运行状态感知、设备健康状态感知和环境条件变化感知为基础以提升供电可靠性，优化针对电力用户的供电服务能力为核心目标。

目前配电网一二次设备数量巨大、涉及范围广、分布面积大。而设备配置水平参差不齐、各种设备之间互操作性差，难以即插即用。同时，配电网运行方式多变也带来定值维护困难，存在巨大安全隐患，而智能电网的提出，对配电网的安全性、供电质量、运行效率以及与用户的互动水平提出了更高的要求。

由于我国电力工业及电网建设的历史发展等各种原因，配电网的建设与发展明显要滞后于发电、输电，目前用户停电９５％以上是由配电网系统原因引起的，电网有一半的损耗发生在配电网，我国配电网自动化、智能化程度较低。配电网已经成为我国电网发展的薄弱环节。

电气一次与二次电气设备是保证电网正常运行的关键性技术。随着国网、南网以及地方电网公司对建设坚强智能电网规划的逐步实施，要求电网企业对电气设备进行全寿命周期管理。促使电网企业需要将一次设备提升为智能电气设备，要求二次设备向智能控制单元升级，使得电力一二次设备之间没有明显的界限。随着智能电网建设的逐步推进，配电一次设备与二次设备的结构与功能呈现出一体化与集成化的特点，配电网中一二次设备之间的界限越来越模糊。

现阶段，电网的一二次设备基本是相对独立的，将一次智能电气设备与二次智能控制单元设备成套融合安装在一起，将改变现有一二次电力设备生产厂家的市场格局与模式。对传统二次电力设备企业来说，也是个新的市场机遇。通过融合，才能够为客户提供整体的解决方案。

然而，配电网一二次设备融合之后，带来的技术问题也显而易见。其中一个重要的问题就是配电网一二次融合设备的状态检测和故障预测、定位问题。

为此，申请号为CN201910408966.1的中国发明专利申请提出一种用于一二次融合成套设备的检测平台及控制方法，本发明的检测平台将成套检测系统和二次检测系统进行结合，减少了测试过程的繁琐过程，能够对一二次融合成套设备进行系统的测试，成套测试系统与二次测试系统可以同时输出；并且本检测平台通过功率源输出大功率和小功率，设置的互感器校验仪能够兼容电磁式互感器和电子式传感器的不同输出特性，针对具有不同采集接口的终端测试时可以不用更换测试仪器，方便测试；

申请号为CN201910991340.8的中国发明专利申请提出一种配电网故障处置全研判方法。该方法在DMS系统建立一套横向覆盖配电网全部故障类型，涵盖配网常见的短路故障、断相故障、母线失压、失地故障、线路重过载等故障，贴切配网故障处理业务，纵向贯通故障感知、故障分析、隔离转电、故障抢修、送电操作、结束等过程的全研判故障处理闭环管理流程；DMS系统接收各类故障的告警信息后，有效性分析识别故障信号后进行主动的故障研判感知，综合分析出研判结果，便于指挥现场查找隔离、转供等操作。本发明能够实现配电网故障的全类型决策、全信息监测、全在线管控、全流程控制，进一步提高了配电网故障的处理效率和管控力度，全面提升配电网运行及故障处置的安全、高效、规范管理水平。

然而，上述现有技术大多只是针对一二次融合成套设备中的具体功率器件给出一些粗略的检测和研判方法，其出发点是已知故障元件或者要检测的目标元件，或者全部现场一一检测。但是，在实际一二次融合设备中，一方面，在发生故障或者要进行检测时，不可能实现预知目标对象的具体位置；另一方面，大部分一二次设备包含众多的成套元器件并且安装在远端现场，这些成套元件相互之间紧密耦合，如果到现场一一查找定位，不仅费时费力，还需要将多个设备停工端电，极大的影响了配电网的正常运行。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种配电网一二次融合设备远程检测装置，通过便携式边缘即插即检装置利用可拆卸接口与配电网现场的电气设备连接，获取电气设备的开关量状态参数后输入便携式边缘即插即检装置的预设边缘计算模型，并在输出结果后对所述预设边缘计算模型进行优化，进而获取所述配电网现场的下一个电气设备的开关量状态参数，采用优化后的预设边缘计算模型基于所述下一个电气设备的开关量状态参数，输出下一个电气设备的状态检测结果；同时远端检测系统基于状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备。本发明的技术方案能够解决配电网一二次融合设备的状态检测和故障预测、定位问题并对之进行可视化。

具体来说，本发明的技术方案实现如下：

一种配电网一二次融合设备远程检测装置，所述远程检测装置包括边缘即插即检装置，所述边缘即插即检装置与远端的检测系统无线通信；

作为本发明的第一个优点，所述边缘即插即检装置为配置可拆卸接口的便携式边缘即插即检装置，所述便携式边缘即插即检装置利用所述可拆卸接口，与配电网现场的电气设备连接，获取所述电气设备的开关量状态参数；

不同于现有技术通常在现场配置数量较多的边缘设备的做法，在本发明中，所述边缘设备为便携式的可移动设备，并且通过可拆卸接口可接入不同的电气设备，如此以来，不必配置众多的边缘设备，只需要配置对应的标准接口即可；

另外一个方面，作为体现本发明特定场景的应用目的，在本发明中的配电网一二次融合设备远程检测场景中，也不必要给每一个电气设备均配置边缘设备，因为故障或者非正常状态的电气设备（一、二次设备或者融合设备）必然是少数。因此，上述特征是与本发明的应用场景紧密结合的关键技术手段之一。

具体来说，将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型，所述第一预设边缘计算模型基于所述开关量状态参数输出针对当前连接的电子设备的状态计算结果；

通常情况下，边缘计算设备可以事先配置多种边缘计算模型。在本发明中，所述便携式边缘即插即检装置可以预先内置第一预设边缘计算模型。

将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数；

原始的内置模型准确度不一定满足要求，因此需要在实际应用中进行优化校正，因此，作为本发明的第二个优点，在本发明中，还根据所述比对校正参数，对所述第一预设边缘计算模型进行优化校正，得到第二预设边缘计算模型；

获取所述配电网现场的下一个电气设备的开关量状态参数，采用所述第二预设边缘计算模型基于所述下一个电气设备的开关量状态参数，输出所述下一个电气设备的状态检测结果；

将所述下一个电气设备的状态检测结果发送至所述远端的检测系统，所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备；

其中，将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数，具体包括：

所述状态计算结果包括便携式边缘即插即检装置针对当前连接的电气设备计算得出的反馈值D，所述反馈值D按照如下公式计算：

其中，n为获取的当前连接的电气设备的开关量个数，Vi为第i个开关量的状态值，Ki为其校正权重；t为所述便携式边缘即插即检装置获取所有开关量状态参数所需时间。

做为体现上述优点的关键性技术手段之一，所述便携式边缘即插即检装置利用所述可拆卸接口，与配电网现场的电气设备连接，获取所述电气设备的开关量状态参数，具体包括：

在所述电气设备接入配电网的情形下，所述便携式边缘即插即检装置获取所述电气设备的第一开关量状态；

在所述电气设备与所述配电网断开的情形下，所述便携式边缘即插即检装置获取所述电气设备的第二开关量状态；

将所述第一开关量状态以及所述第二开关量状态组合，作为所述电气设备的开关量状态参数。

将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型，所述第一预设边缘计算模型基于所述开关量状态参数输出针对当前连接的电子设备的状态计算结果，具体包括：

将所述第一开关量状态作为训练参数，输入所述第一预设边缘计算模型进行训练后，再将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型。

进一步，将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数，具体包括：

在标准工作状态下，获取所述当前连接的电子设备接入配电网后的标准开关量状态参数参数；

所述第一预设边缘计算模型基于所述标准开关量状态参数计算所述当前连接的电子设备的标准状态。

在本发明中，所述标准工作状态是指所述电子设备在正常运行的配电网中无故障的工作状态。本发明中，在所述远端的检测系统中，预先保存所述电气设备接入配电网后的标准开关量状态参数参数。

本发明还能够可视化的指示所述检测过程，通过可视化的方式展现，因此，所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备，具体包括：

如果所述下一个电气设备的状态检测结果为正常，则所述电气设备连接图中更新当前电气设备的状态为激活状态，并查找与所述下一个电气设备拓扑连接的下一个状态为未激活的电气设备的状态。

所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备，具体包括：

如果所述下一个电气设备的状态检测结果为非正常，则将与所述下一个电气设备拓扑连接的其他电气设备均标示为未激活状态。

在模型优化过程中，需要达到优化目的并且适当停止优化迭代过程，因此，根据所述比对校正参数，对所述第一预设边缘计算模型进行优化校正，得到第二预设边缘计算模型，具体包括：

基于所述便携式边缘即插即检装置针对当前连接的电气设备计算得出的反馈值D，调整所述第一预设边缘计算模型，使得所述反馈值D趋于下降趋势。

若所述反馈值D的变化范围在预定范围内，则后续直接采用当前的预设边缘计算模型输出所述电气设备的状态检测结果。

本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的配电网一二次融合设备远程检测装置的整体架构图；

图2是图1所述配电网一二次融合设备远程检测装置内置模型的优化校正流程图；

图3是图1-2所述配电网一二次融合设备远程检测装置内置模型的校正优化停止示意图；

图4是图1-2所述配电网一二次融合设备远程检测装置进行远程检测的流程图；

图5是图4所述检测过程获取开关量状态参数的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。

参照图1，是本发明一个实施例的配电网一二次融合设备远程检测装置的整体架构图。

图1示出了一种配电网一二次融合设备远程检测装置，所述远程检测装置包括配置可拆卸接口的便携式边缘探测设备，进一步的，所述便携式边缘探测设备可为便携式边缘即插即检装置，所述便携式边缘即插即检装置与远端的检测系统无线通信。

图1所述实例中，所述便携式边缘即插即检装置包括标准状态获取模块、结果比对模块、校正模块以及预设的边缘计算模型。

所述便携式边缘即插即检装置通过可拆卸的通信接口与配电网现场的电气设备连接通信，并获取开关量状态参数。

在图1基础上，参见图2，所述便携式边缘即插即检装置通常可以预先内置原始的边缘计算模型。具体而言，可以根据边缘设备的现场探测类型，从云端数据库更新已有的边缘计算模型，例如各种一二次设备故障检测的神经网络模型、深度学习框架等。

作为一个示意性的例子，在本实施例中，采用的基于边缘计算的配电网一二次融合设备故障处理系统，其计算对象是可以直接对顶层的配电系统进行优化，并且本身不是系统控制单元的区段控制单元，因而可以直接在区段内完成相应的通信、判断等任务，缩短了元件间的通信过程，提高了数据处理效率。基于边缘计算模式构建配电网一二次融合设备故障检测系统时，那些分段线路上不参与主系统控制的信息数据，可以直接在每个子系统内进行初步处理。当配电线路开环运行时，也就是配电线路的开路、回路之间的变电站有可以通信的元件时，故障出现在两者之间，就可以借助中间的子开关的闭合开启来确定通过的电流情况，借此判断故障发生的确切区域。

具体来说，就是当某一个区间内的电流检测装置检测到有电流产生时，会借助边缘计算网络通信系统与相邻区域的智能电子元件进行通信，如果相邻区域反馈也检测到电流产生，说明本区间范围内未发生故障，然后相邻区块继续与下一个区域进行相同的检测操作，直到找出故障位置为止。

一般来说，原始的内置模型准确度不一定满足要求，因此需要在实际应用中进行优化校正，因此，参见图2，将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型，所述第一预设边缘计算模型基于所述开关量状态参数输出针对当前连接的电子设备的状态计算结果；

将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数；

根据所述比对校正参数，对所述第一预设边缘计算模型进行优化校正，可得到第二预设边缘计算模型。

进一步参见图3，将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数，具体包括：

所述状态计算结果包括便携式边缘即插即检装置针对当前连接的电气设备计算得出的反馈值D，所述反馈值D按照如下公式计算：

其中，n为获取的当前连接的电气设备的开关量个数，Vi为第i个开关量的状态值，Ki为其校正权重；t为所述便携式边缘即插即检装置获取所有开关量状态参数所需时间。

其中，开关量的状态值，可以根据实际电气设备的属性值确定量化。例如，都给予简单的电气设备，开关量的状态时可以是0或1，代表闭合或者开启；对于复杂的输出值，开关量的状态值可以取值为0-9的数值，代表不同的开关组合输出的不同状态，本实施例对此不作具体限制，本领域技术人员可以根据实际需要对其赋值，并相应给出其校正权重。

校正优化的目的使得D值趋于减少。当然，当优化到一定程度时，D值将趋于稳定，此时，可以认为目标模型已经优化成功，达到了预定目的，可以停止优化，下次检测时直接使用。

更具体的，将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数，具体包括：

在标准工作状态下，获取所述当前连接的电子设备接入配电网后的标准开关量状态参数参数；

所述第一预设边缘计算模型基于所述标准开关量状态参数计算所述当前连接的电子设备的标准状态。

在本实例中，所述标准工作状态是指所述电子设备在正常运行的配电网中无故障的工作状态。

因此，在图3中，根据所述比对校正参数，对所述第一预设边缘计算模型进行优化校正，得到第二预设边缘计算模型，具体包括：

基于所述便携式边缘即插即检装置针对当前连接的电气设备计算得出的反馈值D，调整所述第一预设边缘计算模型，使得所述反馈值D趋于下降趋势。

若所述反馈值D的变化范围在预定范围内，则后续直接采用当前的预设边缘计算模型输出所述电气设备的状态检测结果。

接下来参见图4，图4是图1-2所述装置进行远程检测的流程图。

根据所述比对校正参数，对所述第一预设边缘计算模型进行优化校正，得到第二预设边缘计算模型；

获取所述配电网现场的下一个电气设备的开关量状态参数，采用所述第二预设边缘计算模型基于所述下一个电气设备的开关量状态参数，输出所述下一个电气设备的状态检测结果；

将所述下一个电气设备的状态检测结果发送至所述远端的检测系统，所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备。

更具体的，虽然未示出，但是在本实例中，检测过程可以可视化的进行：

所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备，具体包括：

如果所述下一个电气设备的状态检测结果为正常，则所述电气设备连接图中更新当前电气设备的状态为激活状态，并查找与所述下一个电气设备拓扑连接的下一个状态为未激活的电气设备的状态。

如果所述下一个电气设备的状态检测结果为非正常，则将与所述下一个电气设备拓扑连接的其他电气设备均标示为未激活状态。

在本实施例中，所有电气设备的初始状态均为未激活。

图5示出了图4所述检测过程获取开关量状态参数的过程。

所述便携式边缘即插即检装置利用所述可拆卸接口，与配电网现场的电气设备连接，获取所述电气设备的开关量状态参数，具体包括：

在所述电气设备接入配电网的情形下，所述便携式边缘即插即检装置获取所述电气设备的第一开关量状态；

在所述电气设备与所述配电网断开的情形下，所述便携式边缘即插即检装置获取所述电气设备的第二开关量状态；

将所述第一开关量状态以及所述第二开关量状态组合，作为所述电气设备的开关量状态参数。

将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型，所述第一预设边缘计算模型基于所述开关量状态参数输出针对当前连接的电子设备的状态计算结果，具体包括：

将所述第一开关量状态作为训练参数，输入所述第一预设边缘计算模型进行训练后，再将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种配电网一二次融合设备远程检测装置，所述远程检测装置包括配置可拆卸接口的便携式边缘即插即检装置，所述便携式边缘即插即检装置与远端的检测系统无线通信；

其特征在于：

所述便携式边缘即插即检装置利用所述可拆卸接口，与配电网现场的电气设备连接，获取所述电气设备的开关量状态参数；

将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型，所述第一预设边缘计算模型基于所述开关量状态参数输出针对当前连接的电子设备的状态计算结果；

将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数；

根据所述比对校正参数，对所述第一预设边缘计算模型进行优化校正，得到第二预设边缘计算模型；

获取所述配电网现场的下一个电气设备的开关量状态参数，采用所述第二预设边缘计算模型基于所述下一个电气设备的开关量状态参数，输出所述下一个电气设备的状态检测结果；

将所述下一个电气设备的状态检测结果发送至所述远端的检测系统，所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备；

其中，将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数，具体包括：

所述状态计算结果包括便携式边缘即插即检装置针对当前连接的电气设备计算得出的反馈值D，所述反馈值D按照如下公式计算：

其中，n为获取的当前连接的电气设备的开关量个数，Vi为第i个开关量的状态值，Ki为其校正权重；t为所述便携式边缘即插即检装置获取所有开关量状态参数所需时间。

2.如权利要求1所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

所述便携式边缘即插即检装置利用所述可拆卸接口，与配电网现场的电气设备连接，获取所述电气设备的开关量状态参数，具体包括：

在所述电气设备接入配电网的情形下，所述便携式边缘即插即检装置获取所述电气设备的第一开关量状态；

在所述电气设备与所述配电网断开的情形下，所述便携式边缘即插即检装置获取所述电气设备的第二开关量状态；

将所述第一开关量状态以及所述第二开关量状态组合，作为所述电气设备的开关量状态参数。

3.如权利要求2所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型，所述第一预设边缘计算模型基于所述开关量状态参数输出针对当前连接的电子设备的状态计算结果，具体包括：

将所述第一开关量状态作为训练参数，输入所述第一预设边缘计算模型进行训练后，再将所述开关量状态参数输入至所述便携式边缘即插即检装置内置的第一预设边缘计算模型。

4.如权利要求1所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

将所述状态计算结果与当前连接的电子设备的标准状态进行比对，输出比对校正参数，具体包括：

在标准工作状态下，获取所述当前连接的电子设备接入配电网后的标准开关量状态参数参数；

所述第一预设边缘计算模型基于所述标准开关量状态参数计算所述当前连接的电子设备的标准状态。

5.如权利要求4所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

所述标准工作状态是指所述电子设备在正常运行的配电网中无故障的工作状态。

6.如权利要求1或3所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备，具体包括：

如果所述下一个电气设备的状态检测结果为正常，则所述电气设备连接图中更新当前电气设备的状态为激活状态，并查找与所述下一个电气设备拓扑连接的下一个状态为未激活的电气设备的状态。

7.如权利要求1或3所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

所述远端的检测系统基于所述下一个电气设备的状态检测结果以及所述配电网现场的电气设备连接图，指示所述便携式边缘即插即检装置下一次将要连接检测的电气设备，具体包括：

如果所述下一个电气设备的状态检测结果为非正常，则将与所述下一个电气设备拓扑连接的其他电气设备均标示为未激活状态。

8.如权利要求1所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

根据所述比对校正参数，对所述第一预设边缘计算模型进行优化校正，得到第二预设边缘计算模型，具体包括：

基于所述便携式边缘即插即检装置针对当前连接的电气设备计算得出的反馈值D，调整所述第一预设边缘计算模型，使得所述反馈值D趋于下降趋势。

9.如权利要求4或5所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

在所述远端的检测系统中，预先保存所述电气设备接入配电网后的标准开关量状态参数参数。

10.如权利要求8所述的配电网一二次融合设备远程检测装置，其特征在于：

若所述反馈值D的变化范围在预定范围内，则后续直接采用当前的预设边缘计算模型输出所述电气设备的状态检测结果。

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