CN114662720A - 一种变电站的物联边缘管理平台 - Google Patents

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杨可军
杨建旭
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Abstract

一种变电站的物联边缘管理平台，包括边缘物联代理模块和智能运维业务应用模块，边缘物联代理模块的设备接入层通过各种物联协议和规约，实现各类设备和模块的数据交互；核心服务层为整个模块提供基础服务，支撑服务层提供模块支撑服务，同时通过云边协同服务作为API的接入层，为应用、物联管理平台、智能运检管控平台提供API接入服务；智能运维业务应用模块基于边缘物联代理模块接入的各类数据，进行深度整理、分析，实现设备状态的全景感知、设备故障的智能识别、设备缺陷的智能预警、主辅设备的智能联动、智能巡视、运维管理。本发明的优点在于：实现变电站运检全业务数据汇集，提升变电运维数字化、智能化水平。

Description

一种变电站的物联边缘管理平台
技术领域
本发明涉及变电站的智慧运检技术领域，更具体地说是一种变电站站端的物联边缘管理平台。
背景技术
智能电网的发电、输电、变电、配电、用电和调度六个环节中，变电部分的核心就是智能变电站的建设。作为智能电网的重要节点，智能变电站是数字化变电站的延续和发展。智能变电站的主要特点就是“一次设备智能化、全站信息数字化、信息共享标准化、高级应用互动化”。在此基础上，国网公司发布的《智能变电站技术导则》、《变电站智能化改造技术规范》等一系列标准和规范，以实现智能变电站硬件集约、功能整合、通用互换和性能可控为目标。目前变电站内站控层辅助类系统包含在线监测系统、智能辅助系统，将主设备在线监测装置、智能辅控设备分别接入相应站端系统，实现设备状态的监测及辅助设备监控功能。此外近年来国网还试点开展了在线巡视系统的部署工作，以机器代替人工，减轻运行人员工作强度。
如申请号为201310519518.1的专利文献公开了一种智能变电站信息一体化平台结构，包括I区数据服务器、II区综合应用服务器、正向隔离装置、III区数据建模和数据处理装置及主站服务器，还包括一种SDCD-2000变电站数据采集终端作为对正向隔离装置的点对点数据接收装置，正向隔离装置通过与II区的综合数据应用服务器、III区的SDCD-2000变电站数据采集终端互联，形成一个透隔离设备的数据传输通道；基础数据在SDCD-2000变电站数据采集终端汇总，并通过数据辨识、数据分类、数据建模等方式进行数据一次加工，并与主站端建立DBLink数据通道，将数据定时上传至主站数据库。各个变电站数据由SDCD-2000终端统一采集并上传主站，有效的减少了冗余访问，缓解了变电站数据服务器的访问压力。
现阶段在智能变电站所实现的目标上已取得一定成果，但仍有进一步提升空间。
在线监测系统方面，传统在线监测系统存在两方面问题，一是前端感知设备部署不全，常规站仅部署油色谱、铁芯、避雷器等监测，缺乏多维度监测数据及相应监测手段的应用(如异常工况下表征明显的设备声纹数据、发热情况等)，以至于部分状态信息无法采集；二是已采集的数据缺乏高级分析功能，未能关联综合自动化信息及其它在线监测数据进行综合分析，以至于数据利用率不高，仅能做单一状态量的越限告警。不利于运行人员全面掌握设备运行状态。
智能辅助系统、远程巡视系统方面，传统智能辅助系统及远程在线智能巡视系统在功能方面相对来说较为完善，但智能辅助系统部署于Ⅱ区，远程在线智能巡视系统部署于Ⅳ区。在某些情况下，视频摄像机发现的异常缺陷难以联动辅控设备，导致数据“孤岛”问题严重，两个系统之间的数据交融难以实现，未能充分利用既有资源，造成一定程度的资源浪费。
Ⅰ区的监控系统、Ⅱ区的辅控类系统及Ⅳ区的巡视系统相互独立运行对于运行人员来说还存在以下不足：运行人员在例行查看数据时需要在不同系统间切换，设备状态数据碎片化明显，存在于不同系统间的数据无二次加工分析能力，仅能依靠运行人员经验判断，大量无效数据的累积进一步增加了运行人员的工作量，不利于清晰认知设备当前状态。
当下国网设备部积极推进新一代设备智能管控系统和集控站顶层设计，提出主辅信息统一采集，就地智能研判、将研判结果按需分类上送至集控站，实现黑屏监控、远程集控。
申请号为202010463062.1的专利文献公开了一种感知终端信息接入方法，包括以下步骤：边缘物联网关，用于接收储能监控系统和数据中心监控系统中各类变电站感知终端实时数据，将所述实时数据生成实例化文件，以及将所述实例化文件发送给数据通信网关机；数据通信网关机，用于根据接收到的所述实例化文件，建立面向监控业务的服务；在调控主站前置机部署遵循电力系统通用服务协议的客户端，生成与变电站侧相对应的模型、数据调阅接口，通过访问变电站服务端的服务获取数据；以及基于电力系统的通用服务协议，建立远程服务通信体系，实现主厂站间数据的即插即用。本发明提供了一种适用于“三站合一”变电站及感知终端信息接入方法，解决了“三站合一”模式下接入设备多、安全分区隔离限制、上送信息复杂给远程监视带来的监视难度大的问题，提高设备远程监控水平和电网事故应急处理能力。该文献解决了对感知终端信息的接入问题，但是并没有实现变电站设备的实时远程集控。
本申请人申请的申请号为202110998325.3的专利文献公开了一种基于数字化、智能化的仿生变电站，包括一体化运维管控平台，所述一体化运维管控平台包括业务应用、NARI-AI算法应用单元和数据采集，所述业务应用包括边缘业务应用和边缘物联代理，所述边缘业务应用包括智能巡检、告警设置、运维管理、人员管理、全面监视和权限管理，所述边缘物联代理包括边缘分析、云边协同、协议适配、安全认证、资源监视和容器管理。该专利公开了一整体的变电站的思路，但是没有给出具体的业务应用的实现方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有变电站的无法实时远程集控、智能化水平低的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种变电站的物联边缘管理平台，包括：边缘物联代理模块和智能运维业务应用模块，所述的边缘物联代理模块，共分为三层：设备接入层、核心服务层、支撑服务层，还包括作为支撑的安全服务单元和系统服务单元；
其中：
设备接入层是通过各种物联协议和规约，实现各类设备和变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块的数据交互；
核心服务层为整个变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块提供基础服务，包括发现注册单元、物模型管理单元、安全认证单元、容器引擎单元、元数据管理单元、控制服务单元、设备数据单元，提供相应的基础服务，其中发现注册单元提供微服务启动所需配置，物模型管理单元提供物模型管理功能，安全认证单元具备可信计算、保护存储数据机密性和完整性的功能，容器引擎单元采用容器技术为各应用提供一致的运行环境和相互隔离机制，元数据管理单元在子设备接入时获取设备的相关信息并存储，控制服务单元用来对消息总线、对时服务、日志、进程监视公共服务模块进行开发和封装，控制公共服务，设备数据单元在本地存储设备数据，通过协议为其他单元提供数据交互的信息；
支撑服务层提供边缘物联代理模块支撑服务，同时通过云边协同服务作为API的接入层，为应用、物联管理平台、智能运检管控平台提供API接入服务；
所述智能运维业务应用模块，基于边缘物联代理模块接入的各类数据，进行深度整理、分析，实现设备状态的全景感知、设备故障的智能识别、设备缺陷的智能预警、主辅设备的智能联动、智能巡视、运维管理。
作为进一步优化的技术方案，所述的设备接入层，作为数据汇聚中枢，具有物联协议适配模块，提供灵活的对外接口，包括使用IEC 104、IEC 61850、rtsp、MQTT任一或多个协议接入传感器数据、汇聚节点数据以及视频数据；使用满足接口要求的协议接入巡检机器人。
作为进一步优化的技术方案，所述的设备接入层的对外接口方式具体如下：
1)在线监测存量系统通过有线网络方式接入汇聚节点，再接入到边缘物联代理模块，兼容IEC61850、IEC104、厂家SDK、MQTT接入规约；
2)变压器局放、GIS局放、GIS机械特性、开关柜测温主设备在线监测设备采用Wifi、ZigBee的方式接入到采集终端里，采集终端通过IEC 104、IEC 61850协议与汇聚节点通信，再通过IEC 104、IEC 61850协议接入到边缘物联代理模块；
3)安防、微气象、灯光、温湿度监测环境感知终端采用RS485接线方式接入到现场环境单元，再通过IEC 104、IEC 61850协议与边缘物联代理模块进行通信；
4)高清摄像机和红外摄像机设备采用有线网络方式接入到视频汇聚节点，再通过有线网络方式接入到边缘物联代理模块；
5)巡检机器人采用Wifi通过微型安全平台装置接入到机器人汇聚节点，室内机器人则采用网口接入到机器人汇聚节点，再通过IEC 104、IEC 61850协议接入到边缘物联代理模块；
6)采用https或者MQTT协议建立数据上传接口，上传数据到上级平台。
作为进一步优化的技术方案，所述核心服务层的物模型管理单元用于描述设备属性、服务、事件信息，其中，
①设置物模型属性信息，包括属性ID，属性名称，属性类型、数据格式信息；
②设置物模型服务信息，包括服务ID，服务名称，调用方式，调用方法，入参信息，出参信息；
③设置物模型事件信息，包括事件ID，事件名称，事件关键字，出参信息；
对于边缘物联代理模块接入的数据转化为符合对应的物模型数据格式进行存储。
作为进一步优化的技术方案，所述核心服务层的安全认证单元分为两个方面：边缘服务安全调用、设备数据安全传输；
边缘服务安全调用主要是在调用边缘物联代理模块接口时，对调用者进行认证，其主要流程有：授权管理、访问授权、信息加密，授权管理是指配置能够访问边缘物联代理模块服务接口的用户以及验证方式，访问授权和信息加密是指调用者调用边缘物联代理模块内部接口时，通过密码或密钥等参数获取认证token，通过token访问边缘物联代理模块服务接口，边缘物联代理模块在用户访问时校验token有效性。
设备数据安全传输通过对设备进行配置和管理，以及对设备物模型的设置和设备访问的设置，控制接入数据的安全性，在数据上传到边缘物联代理模块时能够使用国密算法进行数据解密。
作为进一步优化的技术方案，所述支撑服务层包括资源监视单元、云边协同单元、告警通知单元、客户端注册单元、边缘分析单元、规则引擎单元、日志服务单元以及流处理单元；
所述资源监视单元提供进程监视服务；
所述云边协同单元监视获取边缘物联代理模块的操作系统型号、版本、架构、cpu参数、内存参数、磁盘、网络信息；获取边缘物联代理模块运行过程中的CPU负载、内存使用、磁盘使用信息；获取操作系统以及边缘物联代理模块设备功能异常信息；
所述告警通知单元处理整个平台的告警任务，并将告警消息通过消息总线实时通知平台内各系统；
所述客户端注册单元让客户端注册为数据接收者，按需过滤流转数据；
边缘分析单元具备边缘计算分析，配备多种图像识别算法、数据分析算法，提供算法调用接口，对传入的数据进行识别，返回识别结果；
所述规则引擎单元提供消息总线服务，通过消息总线发送或接收消息；
所述日志服务单元提供日志服务；
所述流处理单元完成流媒体数据的采集、缓存、调度和传输播放。
作为进一步优化的技术方案，所述的智能运维业务应用模块分为全面监视单元、自主巡检单元、研判预警单元、辅助决策单元；
全面监视单元用来通过一个系统实现多个业务的全面监视；
自主巡检单元，联合站内自动巡检以巡检机器人、视频监控、红外热成像测温、在线监测系统多源数据，互为补充，实现对站内的大多数设备巡视点的覆盖；
研判预警单元，通过对单一状态量的越限预警以及多状态量的综合研判，对设备运行状态、安全生产环境进行分级分类预警；
辅助决策单元，建立故障智能分析模型和智能决策库，实现故障信息与智能决策库快速匹配。
作为进一步优化的技术方案，所述全面监视单元，接入高清视频、巡检机器人、红外测温、各类设备在线监测、门禁、环境业务数据，独立监视站内主设备在线监测系统区域信息、状态及运行信息，独立监视消防、安防、环境等辅助设备监控信息，独立监视可见光、红外视频类数据，独立监视主设备运行声纹信息，整合变电站运检全业务数据。
作为进一步优化的技术方案，所述自主巡检单元根据预案类型，自定义配置预案，按照预案中配置的不同执行方式开展巡视任务，巡视任务通过任务调度服务下发，与机器人、声纹、视频、红外服务进行数据交互，通过对巡视任务和数据交互结果数据进行综合判断和对比分析，自动生成巡视结果，同时巡视结果通过预设的诊断规则进行逻辑阈值判断，异常结果主动推送告警，巡视结果在通过确认后进行复核和异常点位跟踪，生成异常点位巡视任务，同时，对巡视任务所得的结果可成巡视结果报表。
作为进一步优化的技术方案，所述研判预警单元的具体过程如下：
1)融合变电设备在线监测数据、试验数据、运行数据、历史检修数据和孪生模型仿真数据，提取表征设备状态的特征参量作为综合状态分析输入；
2)根据变电设备状态特征量评估变压器当前健康状态，当状态评估结果为正常时，则完成整个分析流程，若状态评估结果为异常，则展开更为深入的分析；
3)当设备存在异常状态时开展故障诊断工作，若诊断结果显示变压器存在故障，则采用智能算法确定故障类型和故障原因，若诊断结果显示设备中无明显故障，则进行状态特征参量预测及故障预警工作；
4)预测预警：分析设备在未来时刻的健康状况和已故障设备的故障发展趋势，根据状态评估和预警结果，确定建议进行的试验、检修内容、检修时间和检修类别内容，并考虑外部因素影响，给出检修计划建议。
本发明的优点在于：本发明总体以探索“智慧运检”为核心，强化智能感知终端部署，构建站端“变电站物联边缘管理平台”，实现变电站综自、在线监测、辅助、消防、视频、机器人等运检全业务数据汇集，应用人工智能技术，实现数据就地研判、黑屏监控，同时满足远程集控需求，达到“智能巡视、智能联动、智能预警、智能决策”的高效运检目标，由人工现场运维转变为远程后台数字化运维，提升变电运维数字化、智能化水平，提升运检工作质效。
附图说明
图1是本发明提出的一种变电站的物联边缘管理平台系统架构示意图；
图2是本发明提出的边缘物联代理模块架构示意图；
图3是本发明提出的智能运维业务应用模块的系统架构示意图；
图4到本发明提出的智能运维业务应用模块的全面监视单元的具体流程图；
图5到本发明提出的智能运维业务应用模块的自主巡检单元的具体流程图；
图6到本发明提出的智能运维业务应用模块的研判预警单元的具体流程图；
图7到本发明提出的智能运维业务应用模块的研判预警单元的数据趋势分析处理流程图；
图8到本发明提出的智能运维业务应用模块的研判预警单元的多源数据融合分析的处理流程图；
图9到本发明提出的智能运维业务应用模块的辅助决策单元的具体流程图；
图10到本发明提出的智能运维业务应用模块的辅助决策单元一个具体应用的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。
本发明定位是一套变电站站端边缘代理节点，是分布式集控站及智慧物联体系的重要组成部分，平台作为变电集控站及数字化总体架构的站端节点，为集控站及省级边缘物联管理平台提供信息支撑，平台规划与市级集控站及省级“物联管理平台”通信接口。
参见图1至图3，图1是本发明提出的一种变电站的物联边缘管理平台系统架构示意图；图2是本发明提出的边缘物联代理模块架构示意图；图3是本发明提出的业务应用系统架构示意图。
如图1所示，一种变电站的物联边缘管理平台，包括：
边缘物联代理模块，基于软件定义终端和容器技术，通过通信协议适配、统一数据模型、安全管控等技术手段完成对站内多类系统数据的汇聚接入、边缘处理以及转发上送，解决智能终端和感知终端统一接入、数据共享、业务协同；
智能运维业务应用模块，基于边缘物联代理模块接入的各类数据，进行深度整理、分析，实现设备状态的全景感知、设备故障的智能识别、设备缺陷的智能预警、主辅设备的智能联动、智能巡视、运维管理以及三维全景可视化等，从而推动设备自主巡检、状态就地研判、风险主动预警、管理辅助决策。
如图2所示，所述的边缘物联代理模块，共分为三层：设备接入层、核心服务层、支撑服务层，同时还有安全服务单元和系统服务单元作为支撑。
设备接入层是通过各种物联协议和规约，实现各类设备和变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块的数据交互。
核心服务层作为变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块的核心，通过接收、处理、转发设备数据，使用元数据管理，发现注册设备等服务为整个变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块提供基础服务。
支撑服务层提供变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块支撑服务，如日志、告警、规则引擎、流处理等，同时通过云边协同服务作为北向API的接入层，为应用、物联管理平台、智能运检管控平台提供API接入服务。
进一步地，所述的设备接入层，作为数据汇聚中枢，具有物联协议适配模块，提供灵活的对外接口。包括使用IEC 104、IEC 61850、rtsp、MQTT等多类协议接入传感器数据、汇聚节点数据以及视频数据；使用满足《智慧变电站试点工程变电站智能机器人巡检系统技术要求(试行)》协议的接口的接入巡检机器人。
1)在线监测存量系统通过有线网络方式接入汇聚节点，再接入到边缘物联代理模块，兼容IEC61850、IEC104、厂家SDK、MQTT等多种接入规约。
2)新型的变压器局放、GIS局放、GIS机械特性、开关柜测温等主设备在线监测设备采用Wifi、ZigBee的方式接入到采集终端里，采集终端通过IEC 104、IEC 61850等协议与汇聚节点通信，再通过IEC 104、IEC 61850等协议接入到边缘物联代理模块。
3)安防、微气象、灯光、温湿度监测等环境感知终端采用RS485接线方式接入到现场环境单元，再通过IEC 104、IEC 61850等协议与边缘物联代理模块进行通信。
4)高清摄像机和红外摄像机设备采用有线网络方式接入到视频汇聚节点，再通过有线网络方式接入到边缘物联代理模块。
5)巡检机器人采用Wifi通过微型安全平台装置接入到机器人汇聚节点，室内机器人则采用网口接入到机器人汇聚节点，再通过IEC 104、IEC 61850等协议接入到边缘物联代理模块。
6)采用https或者MQTT协议建立数据上传接口，可上传数据到集控站系统、省级物联平台及数据中台等上级平台。
进一步地，所述的核心服务层，包括发现注册单元、物模型管理单元、安全认证单元、容器引擎单元、元数据管理单元、控制服务单元、设备数据单元等，提供相应的基础服务。
其中：
发现注册单元提供微服务启动所需配置，如端口号等。各微服务启动，注册自身信息到该单元。配置发生变更，本单元会及时通知对应微服务，配置信息会覆盖微服务内置配置信息，可支持动态切换环境，满足微服务架构动态扩展需求。在配置注册微服务不可用时，微服务可脱离本单元，使用自身内嵌配置启动。
物模型管理单元提供物模型管理功能，用于描述设备属性、服务、事件等信息，可新建、导入、删除、修改和查看产品模型。其中，
①设置物模型属性信息，包括属性ID，属性名称，属性类型、数据格式等信息。
②设置物模型服务信息，包括服务ID，服务名称，调用方式，调用方法，入参信息，出参信息。
③设置物模型事件信息，包括事件ID，事件名称，事件关键字，出参信息。
对于边缘物联代理模块接入的数据可以转化为符合对应的物模型数据格式进行存储。
安全认证单元具备可信计算、保护存储数据机密性和完整性的功能。在安全方面主要分为两个方面：边缘服务安全调用、设备数据安全传输。
边缘服务安全调用主要是在调用边缘物联代理模块接口时，对调用者进行认证。其主要流程有：授权管理、访问授权、信息加密等功能。授权管理是指配置能够访问边缘物联代理模块服务接口的用户以及验证方式。访问授权和信息加密是指调用者调用边缘物联代理模块内部接口时，通过密码或密钥等参数获取认证token，通过token访问边缘物联代理模块服务接口。边缘物联代理模块在用户访问时校验token有效性。
设备数据安全传输通过对设备进行配置和管理，以及对设备物模型的设置和设备访问的设置，控制接入数据的安全性。在数据上传到边缘物联代理模块时能够使用国密算法进行数据解密，保证传输数据的安全性。
容器引擎单元采用容器技术为各应用提供一致的运行环境和相互隔离机制。能够查看容器信息、镜像信息、系统信息等，具体包括：查看容器版本信息、容器存储的本地镜像信息、当前运行的容器实例信息等。
元数据管理单元在子设备接入时获取设备的相关信息并存储。提供设备上报设备状态数据的存储，支持将子设备的状态信息进行实时或周期性更新采集，能够通过设备类型、设备区域等有效的分组和批量管理设备，减轻设备管理成本。提供了报表功能，方便用户查看设备的情况。
控制服务单元用来对消息总线、对时服务、日志、进程监视等公共服务模块进行开发和封装，控制公共服务。
设备数据单元在本地存储设备数据，通过REST APIs协议为其他单元提供数据交互的信息。
进一步地，所述的支撑服务层包括资源监视单元、云边协同单元、告警通知单元、客户端注册单元、边缘分析单元、规则引擎单元、日志服务单元以及流处理单元，提供边缘物联代理模块支撑服务，如日志、告警、规则引擎、流处理等，同时通过云边协同服务作为北向API的接入层，为应用、物联管理平台、智能运检管控平台提供API接入服务。
资源监视单元提供进程监视服务，主要对平台的各个进程进行监视，包括监视进程资源使用情况，进程信息等。
云边协同单元监视获取边缘物联代理模块的操作系统型号、版本、架构、cpu参数、内存参数、磁盘、网络等信息；获取边缘物联代理模块运行过程中的CPU负载、内存使用、磁盘(存储介质)使用等信息；获取操作系统以及边缘物联代理模块设备功能异常信息。
告警通知单元处理整个平台的告警任务，并将告警消息通过消息总线实时通知平台内各系统。
客户端注册单元让客户端注册为数据接收者，按需过滤流转数据。利用本地分析服务，事件处理器及网关聚合，提供历史数据和更深层次数据分析能力。同时可通过RESTAPI创建新请求，更新存在请求，删除请求。
边缘分析单元具备边缘计算分析，配备多种图像识别算法、数据分析算法，包括表计读数识别、指示灯识别、鸟巢识别等。提供算法调用接口，对传入的数据进行识别，返回识别结果。对各类算法分析库支持列表显示以及相关控制，例如启用、停用等。
规则引擎单元提供消息总线服务，可以通过消息总线发送或接收消息。
日志服务单元提供日志服务，支持写入、存储和检索其他服务的日志内容。日志服务单元包括：日志插入接口，日志查询接口等。
流处理单元完成流媒体数据的采集、缓存、调度和传输播放。支持流媒体数据的转发，支持多种音视频编码格式的转发。提供录像的检索和回放功能，支持按时间以及指定的摄像机进行数据检索和回放。
本发明实施例中，所述的智能运维业务应用模块，基于边缘物联代理模块接入的在线监测、辅助设备、视频、红外、机器人、门禁、锁控等各类数据，利用人工智能、图像识别、算法分析等技术进行深度整理、分析，实现设备状态的全景感知、设备故障的智能识别、设备缺陷的智能预警、主辅设备的智能联动、智能巡视、运维管理以及三维全景可视化等，实现全面监视、自主巡检、研判预警、辅助决策四类功能，并提供人机交互界面。
如图3所示，所述的智能运维业务应用模块分为全面监视单元、自主巡检单元、研判预警单元、辅助决策单元，融合变电站内变电站监控、辅助监控、一二次设备在线监测、视频监控、红外热像以及机器人监控等多维数据，可实现设备的全景感知监控、智能巡检、运维管理等业务功能应用，并利用人工智能技术、边缘计算分析，综合分析处理，实现设备状态的态势预判、设备故障的智能预警和智能决策。
如图4所示，全面监视单元，接入高清视频、巡检机器人、红外测温、各类设备在线监测、门禁、环境等业务数据，独立监视站内主设备在线监测系统区域信息、状态及运行信息，独立监视消防、安防、环境等辅助设备监控信息，独立监视可见光、红外等视频类数据，独立监视主设备运行声纹信息，整合变电站运检全业务数据，通过一个系统实现多个业务的全面监视，解决变电站运维人员面对各类繁杂系统的局面；提供站内运检业务管控的应用，提升运维人员对设备状态的掌控能力。
自主巡检单元，联合站内自动巡检以巡检机器人、视频监控、红外热成像测温、在线监测系统等多源数据，互为补充，可实现对站内的大多数设备巡视点的覆盖，辅助以图像识别等分析手段，可实现对日常巡视任务(例行巡视、全面巡视、熄灯巡视、特殊巡视等)的替代。对于巡视异常结果能够主动预警，巡视结果自动生成报表，针对同一巡视点不同手段巡视方式可进行横向分析，可根据不同相别进行纵向对比分析，实现多维度的智能研判，为运维人员提供有效参考。
如图5所示，自主巡检单元可根据预案类型，自定义配置预案，按照预案中配置的不同执行方式开展巡视任务，巡视任务通过任务调度服务下发，与机器人、声纹、视频、红外服务进行数据交互，通过对巡视任务和数据交互结果数据进行综合判断和对比分析，自动生成巡视结果，同时巡视结果通过预设的诊断规则进行逻辑阈值判断，异常结果主动推送告警。巡视结果在通过确认后可进行复核(人工视频确认)和异常点位跟踪，可生成异常点位巡视任务。同时，对巡视任务所得的结果可生成巡视结果报表。
研判预警单元，通过对单一状态量的越限预警以及多状态量的综合研判，对设备运行状态、安全生产环境进行分级分类预警。如图6所示具体过程如下：
1)融合变电设备在线监测数据、试验数据、运行数据、历史检修数据和孪生模型仿真数据，提取表征设备状态的特征参量作为综合状态分析输入。
2)根据变电设备状态特征量评估变压器当前健康状态。当状态评估结果为正常时，则完成整个分析流程；若状态评估结果为异常，则展开更为深入的分析。
3)当设备存在异常状态时开展故障诊断工作。若诊断结果显示变压器存在故障，则采用深度学习等智能算法确定故障类型和故障原因；若诊断结果显示设备中无明显故障，则进行状态特征参量预测及故障预警工作。
4)预测预警：分析设备在未来时刻的健康状况和已故障设备的故障发展趋势，根据状态评估和预警结果，确定建议进行的试验、检修内容、检修时间和检修类别等内容，并考虑同时检修限制、互斥检修限制、检修资源及电网运行等外部因素影响，给出检修计划建议。
如图7所示，基于各类设备运行状态的连续监测，通过“日对比、周分析”等手段，结合变压器油中溶解气体、铁芯夹件电流、SF6气体压力、避雷器监测等监测数据，设定不同预警阶段的阈值，实现数据趋势分析，帮助运维人员对可能发生的故障进行提前排查，降低故障发生的机率。
如图8所示，建立多维度、多物理量的动态数据模型来模拟物理实体在真实环境中的属性、行为、规则等。多参量物理监测数据包含温度、负荷状态、油色谱、声纹振动等数据(包括历史数据)。获取变压器现场传感对应的某部位的温度值、变压器对应的油中溶解特征气体值、负荷状态，利用建立的多物理场孪生模型，仿真获取设备全局温度场、负荷状态和油中溶解气体分布情况，通过监测传感器采集数据，建立基于多源监测数据的融合数据分析模型。通过全景分层感知系统，收集变压器多参量的监测数据，对多参量变压器多参量数据进行融合处理，可以建立准确、高效的异常状态快速检出方法和状态差异化评价模型。
如图9所示，辅助决策单元，重点研究各类设备故障特征和处理策略，建立故障智能分析模型和智能决策库，研发故障关键信息筛选与过滤技术，实现故障信息与智能决策库快速匹配，自动判断故障类型，自动推送处理策略，进而提升故障处理准确性，减少故障处理时间。
智能决策库包括常规决策库和应急预案决策库，为现场不同状况下的快速应对提供决策依据，从而提高决策的实效性和正确性。
对故障判断结果和故障处理策略推送到相关人员，可通过文字、声音、图片、视频等内容形式进行推送；相关推送人员包括检修人员和管理人员，前者推送故障判断结果和故障处理策略，后者推送故障判断结果。辅助决策单元对决策信息进行实时消息推送，如图10所示，根据前置模块对104总召进行周期性推送、根据巡视模块对巡视任务变更信息进行实时推送和巡视任务进度信息进行周期性推送以及系统服务器、硬盘录像机、高清摄像机及巡检机器人等设备状态信息进行周期性推送。
辅助决策单元可自动推送图片、历史曲线、声音等多元数据及决策意见，辅助运维人员对设备的故障判断及处置。可自动生成任务计划报表、生产报表、统计报表、数据分析报表等，辅助运维人员对设备的管理、统计。
本发明总体以探索“智慧运检”为核心，强化智能感知终端部署，构建站端“变电站物联边缘管理平台”。通过接入边缘物联代理模块的集成数据，整合站内高清视频、巡检机器人、红外测温、各类设备在线监测、安防、消防、门禁、环境等子系统，建立统一物联模型，精简层级，打破“信息孤岛”，解决运维人员面对各类繁杂系统的局面；提供站内运检业务管控的手段，提升运维人员对设备状态的掌控能力。同时联合站内运检业务多源数据，互为补充，通过图像识别、智能分析等手段实现对日常人工巡视任务的替代，为多维度的智能研判提供依据，实现数据的就地研判，并以此为基础，实现在线监测、环境监控、灯光智能控制、视频等多个辅助子系统之间数据交互共享、智能联动。从而达到“智能巡视、智能联动、智能预警、智能决策”的高效运检目标，由人工现场运维转变为远程后台数字化运维，提升变电运维数字化、智能化水平，提升运检工作质效。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种变电站的物联边缘管理平台，包括：边缘物联代理模块和智能运维业务应用模块，其特征在于：所述的边缘物联代理模块，共分为三层：设备接入层、核心服务层、支撑服务层，还包括作为支撑的安全服务单元和系统服务单元，其中：
设备接入层是通过各种物联协议和规约，实现各类设备和变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块的数据交互；
核心服务层为整个变电站物联边缘管理平台的边缘物联代理模块提供基础服务，包括发现注册单元、物模型管理单元、安全认证单元、容器引擎单元、元数据管理单元、控制服务单元、设备数据单元，提供相应的基础服务，其中发现注册单元提供微服务启动所需配置，物模型管理单元提供物模型管理功能，安全认证单元具备可信计算、保护存储数据机密性和完整性的功能，容器引擎单元采用容器技术为各应用提供一致的运行环境和相互隔离机制，元数据管理单元在子设备接入时获取设备的相关信息并存储，控制服务单元用来对消息总线、对时服务、日志、进程监视公共服务模块进行开发和封装，控制公共服务，设备数据单元在本地存储设备数据，通过协议为其他单元提供数据交互的信息；
支撑服务层提供边缘物联代理模块支撑服务，同时通过云边协同服务作为API的接入层，为应用、物联管理平台、智能运检管控平台提供API接入服务；
所述智能运维业务应用模块，基于边缘物联代理模块接入的各类数据，进行深度整理、分析，实现设备状态的全景感知、设备故障的智能识别、设备缺陷的智能预警、主辅设备的智能联动、智能巡视、运维管理。
2.根据权利要求1所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述的设备接入层，作为数据汇聚中枢，具有物联协议适配模块，提供灵活的对外接口，包括使用IEC104、IEC 61850、rtsp、MQTT任一或多个协议接入传感器数据、汇聚节点数据以及视频数据；使用满足接口要求的协议接入巡检机器人。
3.根据权利要求2所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述的设备接入层的对外接口方式具体如下：
1)在线监测存量系统通过有线网络方式接入汇聚节点，再接入到边缘物联代理模块，兼容IEC61850、IEC104、厂家SDK、MQTT接入规约；
2)变压器局放、GIS局放、GIS机械特性、开关柜测温主设备在线监测设备采用Wifi、ZigBee的方式接入到采集终端里，采集终端通过IEC 104、IEC 61850协议与汇聚节点通信，再通过IEC 104、IEC 61850协议接入到边缘物联代理模块；
3)安防、微气象、灯光、温湿度监测环境感知终端采用RS485接线方式接入到现场环境单元，再通过IEC 104、IEC 61850协议与边缘物联代理模块进行通信；
4)高清摄像机和红外摄像机设备采用有线网络方式接入到视频汇聚节点，再通过有线网络方式接入到边缘物联代理模块；
5)巡检机器人采用Wifi通过微型安全平台装置接入到机器人汇聚节点，室内机器人则采用网口接入到机器人汇聚节点，再通过IEC 104、IEC 61850协议接入到边缘物联代理模块；
6)采用https或者MQTT协议建立数据上传接口，上传数据到上级平台。
4.根据权利要求1所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述核心服务层的物模型管理单元用于描述设备属性、服务、事件信息，其中，
①设置物模型属性信息，包括属性ID，属性名称，属性类型、数据格式信息；
②设置物模型服务信息，包括服务ID，服务名称，调用方式，调用方法，入参信息，出参信息；
③设置物模型事件信息，包括事件ID，事件名称，事件关键字，出参信息；
对于边缘物联代理模块接入的数据转化为符合对应的物模型数据格式进行存储。
5.根据权利要求1所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述核心服务层的安全认证单元分为两个方面：边缘服务安全调用、设备数据安全传输；
边缘服务安全调用主要是在调用边缘物联代理模块接口时，对调用者进行认证，其主要流程有：授权管理、访问授权、信息加密，授权管理是指配置能够访问边缘物联代理模块服务接口的用户以及验证方式，访问授权和信息加密是指调用者调用边缘物联代理模块内部接口时，通过密码或密钥等参数获取认证token，通过token访问边缘物联代理模块服务接口，边缘物联代理模块在用户访问时校验token有效性。
设备数据安全传输通过对设备进行配置和管理，以及对设备物模型的设置和设备访问的设置，控制接入数据的安全性，在数据上传到边缘物联代理模块时能够使用国密算法进行数据解密。
6.根据权利要求1所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述支撑服务层包括资源监视单元、云边协同单元、告警通知单元、客户端注册单元、边缘分析单元、规则引擎单元、日志服务单元以及流处理单元；
所述资源监视单元提供进程监视服务；
所述云边协同单元监视获取边缘物联代理模块的操作系统型号、版本、架构、cpu参数、内存参数、磁盘、网络信息；获取边缘物联代理模块运行过程中的CPU负载、内存使用、磁盘使用信息；获取操作系统以及边缘物联代理模块设备功能异常信息；
所述告警通知单元处理整个平台的告警任务，并将告警消息通过消息总线实时通知平台内各系统；
所述客户端注册单元让客户端注册为数据接收者，按需过滤流转数据；
边缘分析单元具备边缘计算分析，配备多种图像识别算法、数据分析算法，提供算法调用接口，对传入的数据进行识别，返回识别结果；
所述规则引擎单元提供消息总线服务，通过消息总线发送或接收消息；
所述日志服务单元提供日志服务；
所述流处理单元完成流媒体数据的采集、缓存、调度和传输播放。
7.根据权利要求1所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述的智能运维业务应用模块分为全面监视单元、自主巡检单元、研判预警单元、辅助决策单元；
全面监视单元用来通过一个系统实现多个业务的全面监视；
自主巡检单元，联合站内自动巡检以巡检机器人、视频监控、红外热成像测温、在线监测系统多源数据，互为补充，实现对站内的大多数设备巡视点的覆盖；
研判预警单元，通过对单一状态量的越限预警以及多状态量的综合研判，对设备运行状态、安全生产环境进行分级分类预警；
辅助决策单元，建立故障智能分析模型和智能决策库，实现故障信息与智能决策库快速匹配。
8.根据权利要求7所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述全面监视单元，接入高清视频、巡检机器人、红外测温、各类设备在线监测、门禁、环境业务数据，独立监视站内主设备在线监测系统区域信息、状态及运行信息，独立监视消防、安防、环境等辅助设备监控信息，独立监视可见光、红外视频类数据，独立监视主设备运行声纹信息，整合变电站运检全业务数据。
9.根据权利要求7所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述自主巡检单元根据预案类型，自定义配置预案，按照预案中配置的不同执行方式开展巡视任务，巡视任务通过任务调度服务下发，与机器人、声纹、视频、红外服务进行数据交互，通过对巡视任务和数据交互结果数据进行综合判断和对比分析，自动生成巡视结果，同时巡视结果通过预设的诊断规则进行逻辑阈值判断，异常结果主动推送告警，巡视结果在通过确认后进行复核和异常点位跟踪，生成异常点位巡视任务，同时，对巡视任务所得的结果可成巡视结果报表。
10.根据权利要求7所述的变电站的物联边缘管理平台，其特征在于：所述研判预警单元的具体过程如下：
1)融合变电设备在线监测数据、试验数据、运行数据、历史检修数据和孪生模型仿真数据，提取表征设备状态的特征参量作为综合状态分析输入；
2)根据变电设备状态特征量评估变压器当前健康状态，当状态评估结果为正常时，则完成整个分析流程，若状态评估结果为异常，则展开更为深入的分析；
3)当设备存在异常状态时开展故障诊断工作，若诊断结果显示变压器存在故障，则采用智能算法确定故障类型和故障原因，若诊断结果显示设备中无明显故障，则进行状态特征参量预测及故障预警工作；
4)预测预警：分析设备在未来时刻的健康状况和已故障设备的故障发展趋势，根据状态评估和预警结果，确定建议进行的试验、检修内容、检修时间和检修类别内容，并考虑外部因素影响，给出检修计划建议。
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