CN111932397A - 一种基于物联网技术的园区变电站综合管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，采用综合数据网及增强型WIFI延伸的方式进行无线通信传输，包括感知层、网络层及平台应用层；所述感知层用于接收用户指令进行巡视信息的采集，包括无人机、机器人、智能视觉系统及动力环境系统；所述网络层用于传输和承载所述感知层采集的信息，包括智能网关、通信网络及网络安防；所述平台应用层，用于根据接收所述网络层传输的信息，为电网运检智能化分析管控系统和全业务数据中心平台提供业务数据和分析结论。本发明提供的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，结合物联网建设模式，以变电站为枢纽，做到数据智能采集、分析和共享，降低变电站建设运维的成本，提高运维效率。
Description
技术领域
本发明涉及物联网应用技术领域，尤其涉及一种基于物联网技术的园区变电站综合管理系统。
背景技术
目前，变电站管理系统一般配置有智能辅助控制系统，主要包括智能管理主机、视频及环境监控子系统、SF6及氧含量在线监测子系统、消防及火灾自动报警子系统、灯光智能控制子系统及一次设备状态监测系统。该变电站管理系统可实现变电站内各类辅助设备综合联动，实现站内辅助设备信息数字化，通信系统网络化，信息共享标准化；并且，系统同时采用全网络架构与变电站自动化系统进行信息通信，自动化区的数据采集及上传功能实现了CT、PT、断路器、刀闸、主变及无功设备等的设备本体信号采集监控，服务于电网运行。但是，该变电站管理系统往往存在以下缺点：第一，一次设备状态监测成本高、监测参量少、配置不规范、需求不明确、数据利用率低；第二，二次设备状态监测手段匮乏、成本高、监测不全面；辅助系统建设质量参差不齐、设备配置不规范、联动功能实现效果差。第三，系统后台各自独立，数据利用率低，且缺乏远方运维管理平台，各变电站增加的设备，主辅设备的所有相关参数信息等在基建移交运维的数据二次输入，均增加了运维检修工作量和难度，运维效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，针对变电站基建、运维、调度全流程、多环节建设管理需求，结合物联网建设模式，以变电站为枢纽，做到数据智能采集、分析和共享，降低变电站建设运维的成本，提高运维效率。
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，采用综合数据网及增强型WIFI延伸的方式进行无线通信传输，包括感知层、网络层及平台应用层；
所述感知层用于接收用户指令进行巡视信息的采集，包括无人机、机器人、智能视觉系统及动力环境系统；
所述网络层用于传输和承载所述感知层采集的信息，包括智能网关、通信网络及网络安防；
所述平台应用层，用于根据接收所述网络层传输的信息，为电网运检智能化分析管控系统和全业务数据中心平台提供业务数据和分析结论；其中，所述平台应用层至少包括变电设备物联网数据应用系统和业务管理系统。
优选地，所述智能网关用于实现设备全生命周期数据的完整获取、全工况运行参数的感知测量、全场景影响要素的信息交换及支撑生产领域大数据分析和智能应用以实现全面感知，包括数据接口、中央处理器及存储器。
优选地，所述智能网关，还用于：
对输入端的接入设备采用标准的物联网传输协议，包括MQTT/CoAP、TLS及HTTPS协议，所述HTTPS用于鉴权，所述MQTT/CoAP用于数据传送与交互；
对输出端连接的传感终端采用标准IEC61850协议或MODBUS规约，用于实现终端与系统解耦、快速统一接入及设备互联互通。
优选地，所述网络安防旁路部署在智能网关与无线业务汇聚交换机之间。
优选地，所述无线业务汇聚交换机采用镜像口，用于将流量镜像备份，并监测入侵检测系统的流量，具体为：
当发现入侵行为时采取报警或主动阻断流量，所述入侵行为包括DDoS攻击、端口扫描攻击、蠕虫、木马网络攻击、不合规的TCP流量、HTTP流量及POP3流量中的一种或多种。
优选地，所述无人机用于对高空设备进行巡视，包含摄像、红外成像、设置飞行轨迹一键可达、长航时作业及精准定位导航功能；所述高空设备包括户外敞开式设备、设备构支架、变压器、GIS、站内架空导线及避雷针。
优选地，所述机器人用于通过遥控或自动控制模式对变电站设备进行巡检作业，包括移动载体、通讯设备和检测设备；
所述机器人具备无轨化导航、三维空间定位，搭载可见光、红外、噪声检测、障碍物检测、防跌落检测、自动充电及充放电次数记录、数据展示、双向语音对讲、辅助照明及状态指示功能。
优选地，所述智能视觉系统包括图像收集单元、模型训练单元和模型应用单元；
所述图像收集单元用于收集变电站、输电线路、无人机设备上的摄像机、云台以及红外探测器经过采样数字化得到的图像或视频；
所述模型训练单元包含图像处理和利用深度学习对处理后的图像进行特征提取；
所述模型应用单元用于将模型部署在平台端或设备端并进行设备表计识别、缺陷识别和隐患判断。
优选地，所述图像处理包括图像采样、图像增强、图像复原、图像编码、图像压缩和图像分割。
优选地，所述动力环境系统包括所述变电站自定义配置的多个温度传感器、湿度传感器、风速传感器、水浸探头、门禁、红外对射及SF6传感器。
相对于现有技术，本发明实施例通过基于物联网体系架构的园区变电站综合管理系统，可以应用物联网技术更好地协助变电站运维人员及时全面掌握影响电网运行的电力设备状态、变电网络状态、宏观和微观环境状态等，提升对园区变电站运行态势的全面感知，提升区域电网运行应用的自动化、智能化水平，提升电网运维人员对电力系统的驾驭能力，改善当前变电站内电力基础设施的利用率，促进电力系统设备状态检修，提高电力设备健康水平，降低电网故障概率，增强电力系统的弹性及故障后的恢复能力，同时使电力系统安全得到保障。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统的功能架构图；
图2是本发明第一实施例提供的智能视觉系统整体实现流程图；
图3是本发明第一实施例提供的平台应用层的系统架构图；
图4是本发明第一实施例提供的平台应用层系统架构对应的实物图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，采用综合数据网及增强型WIFI延伸的方式进行无线通信传输，包括感知层、网络层及平台应用层；
所述感知层用于接收用户指令进行巡视信息的采集，包括无人机、机器人、智能视觉系统及动力环境系统；
其中，需要说明的是，感知层设备采用固定式+移动式的终端配置方式，能实现对站内所有巡视信息的全面覆盖，并兼具经济性和实用性。
本实施例中，无人机包含摄像、红外成像、设置飞行轨迹、精准定位导航等功能，对高度较高、较难检修的构支架、户外敞开式设备、设备构支架、变压器、GIS、站内架空导线、避雷针等设备进行巡视操作。变电站作业无人机需要满足一定的硬件要求，具备高精度定位、一键可达、长航时作业等功能，可拍摄和录制清晰的照片和视频，具有完善的定位导航系统，表1提供了本发明实施例的具体技术要求：
表1
进一步地，站用机器人是指由移动载体、通讯设备和检测设备等组成的，采用遥控或自动控制模式，用于变电站设备巡检作业的移动巡检装置。园区内各变电站根据一次设备类型配置室外机器人或室内巡检机器人，完成户外一次设备及继保室内压板、指示灯、空开以及液晶显示屏等相关保护测控设备的运行状态巡视检查。机器人应具备无轨化导航和三维空间定位能力，并搭载可见光、红外、噪声检测功能。通过配备可见光摄像机采集设备外观、开关分合状态及仪表指示，并将视频实时上传；配备在线式红外热成像仪，对一次设备的本体和接头的温度进行采集；并具有障碍物检测、防跌落检测、自动充电和充放电次数记录、展示功能、双向语音对讲、辅助照明及状态指示功能。
进一步地，智能视觉系统对采集到的可视的数据源，根据视频图像信息，利用图像处理和深度学习技术，进行变电站内设备表计识别、设备缺陷识别及变电站隐患判断。请参阅图2，该图提供了智能视觉系统的整体实现流程，包括三大部分：图像收集、模型训练和模型应用，图像收集是收集变电站、输电线路、无人机等设备上的摄像机、云台以及红外探测器等设备经过采样数字化得到的图像，包括一些视频等。模型训练包含了一系列图像处理的过程，图像采样、图像增强、图像复原、图像编码与压缩和图像分割，再利用深度学习对处理过的图像进行图像特征提取。模型应用是将模型部署在平台端或设备端，进行设备表计识别、缺陷识别和隐患判断的过程。
进一步地，所述动力环境系统包括所述变电站自定义配置的多个温度传感器、湿度传感器、风速传感器、水浸探头、门禁、红外对射及SF6传感器。表2为在不同电压等级变电站对动力环境系统的具体配置要求：
表2
本发明实施例中，所述网络层用于传输和承载所述感知层采集的信息，包括智能网关、通信网络及网络安防；
需要说明的是，智能网关(智能站控终端)作为连接站内智能设备与物联网平台的核心设备，按变电站的安全分区与业务需求进行配置，变电站配置1套II区智能网关与1套III区智能网关。智能网关应具备以下功能：
1)具备巡视机器人、操作机器人、无人机、摄像头、环境安防装置、电子围栏、智能穿戴、设备状态在线监测装置等全部终端设备数据接入能力，并具备相应终端设备数据智能分析、临时存储、数据上送至物联网的能力。
2)可实现设备全生命周期数据的完整获取，全工况运行参数的感知测量，全场景影响要素的信息交换，支撑生产领域大数据分析和智能应用，实现全面感知。
3)集成标准的物联网传输协议，对下支持变电站智能终端设备快速接入，对上提供与物联网平台对接，对内实现本地智能处理。
4)对上应采用标准的物联网传输协议，包括MQTT/CoAP和HTTPS协议，其中HTTPS用于鉴权等方面的功能，MQTT用于数据传送与交互，传输协议使用TLS。
5)对下连接传感终端应采用标准IEC61850协议或MODBUS规约，实现终端与系统解耦、快速统一接入、设备互联互通。
进一步地，园区变电站内业务采用综合数据网+增强型WIFI延伸的无线通信传输方式。表3为不同业务类型对应的通信网络要求：
表3
进一步地，本发明实施例中，网络安防加固应满足以下技术要求：
1)运用SSID密码鉴权、MAC地址认证、802.1X认证、设备类型识别、基于多维度的授权、终端安全检查等技术对无线接入用户和设备进行安全认证和访问控制。
2)在智能网关与无线业务汇聚交换机之间部署防火墙，对无线业务流量进行统一控制和过滤；同时配置入侵检测系统，采用旁路部署的方式，无线业务汇聚交换机采用镜像口将流量镜像一份用于入侵检测系统的流量监测，当发现DDoS攻击、端口扫描攻击、蠕虫、木马等网络攻击或者不合规的TCP流量、HTTP流量或者POP3流量时，可采取报警、主动阻断流量等防护行为，提高网络安全性。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的平台应用层的系统架构图，其中，需要说明的是，园区变电站综合管理系统平台的应用层由变电设备物联网数据应用系统及各业务管理系统等组成，用于数据高级应用与运检业务管理。针对传感数据类型多、诊断算法多样化业务需求，平台应用层部署开放式算法扩展坞，建立统一算法I/O接口，实现神经网络等算法模块标准化调用，为电网运检智能化分析管控系统和全业务数据中心等平台提供业务数据和分析结论。
此外，站内信息建模应依托设备空间对应关系建立变电站三维模型，模型汇聚变电站设备信息、作业信息、环境信息等多维度信息，利用设备级建模、部件级建模及零件级建模等不同精确度的三维模型，通过三维模型与站内设备台账、潮流数据、巡视结果、监测信息等数据联动，实现变电站信息可视化，提供巡视规划、大型作业预演、故障仿真、技能培训等应用，为生产管理提供支持。通过站内设备级信息建模，当选择查看站内某一设备时，可通过实时画面展示设备在站内的空间位置与监控画面，并能选择查看设备运行状态，可通过画面或者数据方式对设备电流电压等运行信息、在线监测数据信息、红外测温信息、运维工作状态信息等进行可视化展示。通过站内部件级建模及零件级建模，可实现设备零部件结构及动作行为的可视化展示，实现设备动作直观透明，有利于运维人员进行事故分析、检修操作、故障仿真、作业演练及技能培训。
本发明实施例通过基于物联网体系架构的园区变电站综合管理系统，可以应用物联网技术更好地协助变电站运维人员及时全面掌握影响电网运行的电力设备状态、变电网络状态、宏观和微观环境状态等，针对变电站基建、运维、调度全流程、多环节建设管理需求，创建园区变电站泛在物联网建设模式，做到全景全息数据规范采集及高度融合应用，以变电站为枢纽，发挥平台和共享作用，提升价值服务，促进变电站建设运维的质效提升，实现智能电网的融通发展。
以上所述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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，采用综合数据网及增强型WIFI延伸的方式进行无线通信传输，其特征在于，包括感知层、网络层及平台应用层；
所述感知层用于接收用户指令进行巡视信息的采集，包括无人机、机器人、智能视觉系统及动力环境系统；
所述网络层用于传输和承载所述感知层采集的信息，包括智能网关、通信网络及网络安防；
所述平台应用层，用于根据接收所述网络层传输的信息，为电网运检智能化分析管控系统和全业务数据中心平台提供业务数据和分析结论；其中，所述平台应用层至少包括变电设备物联网数据应用系统和业务管理系统。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，
所述智能网关用于实现设备全生命周期数据的完整获取、全工况运行参数的感知测量、全场景影响要素的信息交换及支撑生产领域大数据分析和智能应用以实现全面感知，包括数据接口、中央处理器及存储器。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，所述智能网关，还用于：
对输入端的接入设备采用标准的物联网传输协议，包括MQTT/CoAP、TLS及HTTPS协议，所述HTTPS用于鉴权，所述MQTT/CoAP用于数据传送与交互；
对输出端连接的传感终端采用标准IEC61850协议或MODBUS规约，用于实现终端与系统解耦、快速统一接入及设备互联互通。
4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，所述网络安防旁路部署在智能网关与无线业务汇聚交换机之间。
5.根据权利要求4所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，
所述无线业务汇聚交换机采用镜像口，用于将流量镜像备份，并监测入侵检测系统的流量，具体为：
当发现入侵行为时采取报警或主动阻断流量，所述入侵行为包括DDoS攻击、端口扫描攻击、蠕虫、木马网络攻击、不合规的TCP流量、HTTP流量及POP3流量中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，
所述无人机用于对高空设备进行巡视，包含摄像、红外成像、设置飞行轨迹一键可达、长航时作业及精准定位导航功能；所述高空设备包括户外敞开式设备、设备构支架、变压器、GIS、站内架空导线及避雷针。
7.根据权利要求1所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，
所述机器人用于通过遥控或自动控制模式对变电站设备进行巡检作业，包括移动载体、通讯设备和检测设备；
所述机器人具备无轨化导航、三维空间定位，搭载可见光、红外、噪声检测、障碍物检测、防跌落检测、自动充电及充放电次数记录、数据展示、双向语音对讲、辅助照明及状态指示功能。
8.根据权利要求1所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，
所述智能视觉系统包括图像收集单元、模型训练单元和模型应用单元；
所述图像收集单元用于收集变电站、输电线路、无人机设备上的摄像机、云台以及红外探测器经过采样数字化得到的图像或视频；
所述模型训练单元包含图像处理和利用深度学习对处理后的图像进行特征提取；
所述模型应用单元用于将模型部署在平台端或设备端并进行设备表计识别、缺陷识别和隐患判断。
9.根据权利要求8所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，所述图像处理包括图像采样、图像增强、图像复原、图像编码、图像压缩和图像分割。
10.根据权利要求1所述的基于物联网技术的园区变电站综合管理系统，其特征在于，所述动力环境系统包括所述变电站自定义配置的多个温度传感器、湿度传感器、风速传感器、水浸探头、门禁、红外对射及SF6传感器。
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