CN115800520A - 基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，所有的物联网终端把数据统一上传到云平台，由云平台统一进行数据采集、存储和分析处理，这种架构适合对实时响应不高的场合，例如抄表应用，可以在15min，甚至1h、1天内完成抄表即可，云平台应用大多以离线的联机分析应用(OLAP)和统计分析为主，将故障研判过程中数据收集、分析处理分解至靠近采集终端的汇集终端，减少配电主站的数据处理压力，有效提升配电自动化系统故障处理的效率，由于单相接地故障波形研判分析处理在汇集终端内进行，每个汇集终端根据责任段内配电线路情况，进行人工智能算法的定制优化，使其更加适用于责任段内的分析研判。
Description
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，具体为基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法。
背景技术
目前0.4kV低压配电系统直接为用户提供电力分配供应，是电网的有机组成部分。低压配电系统中的设施数量多、分布范围广，是电力运维监管的难点和盲点，当低压配电系统中发生线路或开关本体故障、电缆短路、开关越级跳闸等事件时，故障感知慢、故障定位困难、故障处理响应周期长。而现有的低压配电监控所采用的“多功能仪表”或“电度表”，远不能满足故障感知和故障分析定位的现实需求。
目前电网公司配电自动化系统建设主要面向10kV城市配电网。当配电网发生故障时，配电自动化主站会根据采集信息迅速确定故障区域，自动隔离故障区域，并尽快将非故障区域客户转接到其他线路，恢复供电。当低压配电系统设备需要实现故障定位、隔离时，传统配电自动化系统的高成本故障感知技术、高可靠通信技术、面向集中式数据库的技术架构都面临极大的挑战。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，
S1：所有的物联网终端把数据统一上传到云平台，由云平台统一进行数据采集、存储和分析处理，这种架构适合对实时响应不高的场合，例如抄表应用，可以在15min，甚至1h、1天内完成抄表即可，云平台应用大多以离线的联机分析应用(OLAP)和统计分析为主；
S2：在靠近数据源的地方部署“边缘节点”，由此计算节点就地完成数据采集、数据处理和故障分析，把处理后的结果上送到云平台，由云平台进行统一管理和告警推送，集中式云平台的计算工作被分散地分配到各个边缘节点，通过分布式计算实现实时、快速、高效的用户响应；
S3：在判断整个配电系统的线路发生接地短路故障时，可以优先初判其为单相接地短路故障，因为此种类型的接地故障发生频率最高，单相接地短路故障主要根据中性点接地方式的差异又可以分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地两种类型；
S4：当配电线路发生短路故障时，故障线路上开关保护动作切除故障，跳闸点至故障点之间的配电线路称为故障路径。
随后突降至零)，根据卫星授时单元记录的时间节点，通知下辖的采集终端反馈该时间点所记录的短路报警信号；
S5：同时当云平台向用户提供服务时，用户需要将所有数据上传至云计算服务器，通过数据分析，用户的敏感信息会被泄露，边缘计算对于敏感信息的保护这一优势在电力供需领域中更加明显，供需双方会产生大量的敏感数据，这些数据直接被上传至云中心，这样做不仅占用大量的网络带宽，而且用户的隐私信息极有可能被泄露；
S6：与云计算的集中式组织方式不同，配电网故障识别边缘计算节点具边缘计算采用分布式的组织方式，由分布在不同区域的传感器、路由器和交换机等提供服务，由于边缘计算更加接近感知层的终端，故障信号的请求经过低时延网络就可以到边缘计算服务器，并且与地理位置有关，依据地理位置分布边缘节点，以求得最近的变电站响应；
S7：边缘计算节点中存储了局部配电网络模型，部署故障处理应用，配置事件处理规则，边缘计算节点会在收到实时数据时第一时间进行就地数据处理、故障监测分析，并将处理后的结果信息传输到云平台，在这种模式下，可以在毫秒级的时间内完成故障分析和告警任务。
优选的，所述如果发生的故障类型是闭环线路故障，并且没有设置联络开关，那么检测到配电线路发生线路故障并且完成故障定位后，其对线路进行故障区段隔离操作，恢复该区段供电机制，与开环线路的机制有差异。
优选的，所述基于泛在物联网技术配电网过电压类型智能识别、主动预警及快速抑制关键技术，能够实时为生产运行部门提供系统运行工况，当系统运行工况发生变化时，能够及时了解故障类型及故障危险程度，以便运行检修人员及时作出应对措施，实现上述功能需要采集的基础故障数据，同时需要构建基础数据层。
优选的，所述针对配用电物联网终端可能经伪基站接入非法无线通信链路的安全问题，利用电力物联网终端及无线通信基站固定以及检测到合法通信基站信号强度变化趋势相近的特点，提出了基于无线通信基站信号强度曲线密度聚类的非法无线通信链路识别方法。
优选的，所述配用电终端接收到的无线信号强度主要和其与通信基站的距离、房屋遮挡以及天气(雪、雾、雨)等环境因素有关，因无线通信基站与配用电终端设备所处位置均固定，在两者间距离固定且天气因素与阻挡环境不变时，配用电终端与基站间的相对位置将直接影响配用电终端接收的无线信号强度。
优选的，所述故障类型智能识别及主动故障预警功能，能够为调度系统单相接地故障处理提供辅助决策依据，在边缘计算中，可借助各类故障虚拟场景模拟进行算法训练，并对各类故障辨识算法进行异构，固化存储，便于数据处理时调用，为此需要构建虚拟层。
优选的，所述基于边缘计算的分布式配电故障处理系统实现了配电故障监测、定位、分析、工单、抢修上报全业务流程，低压配电系统中发生跳闸故障时，可第一时间由边缘计算节点感知并及时处理上报，可把故障感知和故障定位时间从小时级缩短到秒级，大大加快了故障抢修速度，缩短用户停电时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将故障研判过程中的数据收集、分析处理分解至靠近采集终端的汇集终端，减少了配电主站的数据处理压力，可有效提升配电自动化系统故障处理的效率。同时，由于单相接地故障波形研判分析处理在汇集终端内进行，每个汇集终端可根据责任段内配电线路情况，进行人工智能算法的定制优化，使其更加适用于责任段内的分析研判；
通过针对配电网故障响应实时性和快速性需求，提出了采用边缘计算节点的故障辨识模式，并指出故障类型辨别指标和物联技术是实现边缘计算的关键，搭建了配电网故障辨识的边缘计算节点架构，分析了计算节点的工作流程。
附图说明
图1为本发明短路故障研判流程图；
图2为本发明配电网过电压类故障信息融合流程图；
图3为本发明集中式架构示意图；
图4为本发明边缘计算架构示意图。
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做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。
本发明提供一种技术方案：
请参阅图1-4，基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，
S1：所有的物联网终端把数据统一上传到云平台，由云平台统一进行数据采集、存储和分析处理，这种架构适合对实时响应不高的场合，例如抄表应用，可以在15min，甚至1h、1天内完成抄表即可，云平台应用大多以离线的联机分析应用(OLAP)和统计分析为主；
S2：在靠近数据源的地方部署“边缘节点”，由此计算节点就地完成数据采集、数据处理和故障分析，把处理后的结果上送到云平台，由云平台进行统一管理和告警推送，集中式云平台的计算工作被分散地分配到各个边缘节点，通过分布式计算实现实时、快速、高效的用户响应；
S3：在判断整个配电系统的线路发生接地短路故障时，可以优先初判其为单相接地短路故障，因为此种类型的接地故障发生频率最高，单相接地短路故障主要根据中性点接地方式的差异又可以分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地两种类型；
S4：当配电线路发生短路故障时，故障线路上开关保护动作切除故障，跳闸点至故障点之间的配电线路称为故障路径。
随后突降至零)，根据卫星授时单元记录的时间节点，通知下辖的采集终端反馈该时间点所记录的短路报警信号；
S5：同时当云平台向用户提供服务时，用户需要将所有数据上传至云计算服务器，通过数据分析，用户的敏感信息会被泄露，边缘计算对于敏感信息的保护这一优势在电力供需领域中更加明显，供需双方会产生大量的敏感数据，这些数据直接被上传至云中心，这样做不仅占用大量的网络带宽，而且用户的隐私信息极有可能被泄露；
S6：与云计算的集中式组织方式不同，配电网故障识别边缘计算节点具边缘计算采用分布式的组织方式，由分布在不同区域的传感器、路由器和交换机等提供服务，由于边缘计算更加接近感知层的终端，故障信号的请求经过低时延网络就可以到边缘计算服务器，并且与地理位置有关，依据地理位置分布边缘节点，以求得最近的变电站响应；
S7：边缘计算节点中存储了局部配电网络模型，部署故障处理应用，配置事件处理规则，边缘计算节点会在收到实时数据时第一时间进行就地数据处理、故障监测分析，并将处理后的结果信息传输到云平台，在这种模式下，可以在毫秒级的时间内完成故障分析和告警任务。
如果发生的故障类型是闭环线路故障，并且没有设置联络开关，那么检测到配电线路发生线路故障并且完成故障定位后，其对线路进行故障区段隔离操作，恢复该区段供电机制，与开环线路的机制有差异，基于泛在物联网技术配电网过电压类型智能识别、主动预警及快速抑制关键技术，能够实时为生产运行部门提供系统运行工况，当系统运行工况发生变化时，能够及时了解故障类型及故障危险程度，以便运行检修人员及时作出应对措施，实现上述功能需要采集的基础故障数据，同时需要构建基础数据层；
针对配用电物联网终端可能经伪基站接入非法无线通信链路的安全问题，利用电力物联网终端及无线通信基站固定以及检测到合法通信基站信号强度变化趋势相近的特点，提出了基于无线通信基站信号强度曲线密度聚类的非法无线通信链路识别方法，配用电终端接收到的无线信号强度主要和其与通信基站的距离、房屋遮挡以及天气(雪、雾、雨)等环境因素有关，因无线通信基站与配用电终端设备所处位置均固定，在两者间距离固定且天气因素与阻挡环境不变时，配用电终端与基站间的相对位置将直接影响配用电终端接收的无线信号强度；
故障类型智能识别及主动故障预警功能，能够为调度系统单相接地故障处理提供辅助决策依据，在边缘计算中，可借助各类故障虚拟场景模拟进行算法训练，并对各类故障辨识算法进行异构，固化存储，便于数据处理时调用，为此需要构建虚拟层，基于边缘计算的分布式配电故障处理系统实现了配电故障监测、定位、分析、工单、抢修上报全业务流程，低压配电系统中发生跳闸故障时，可第一时间由边缘计算节点感知并及时处理上报，可把故障感知和故障定位时间从小时级缩短到秒级，大大加快了故障抢修速度，缩短用户停电时间。
随着社会经济的不断发展，人们对于电力的需求也在日益增长，如何保障整个电网系统的供电可靠性，成为当前的研究热点。要想保障整个配电线路的供电安全性和可靠性，就需要在线路发生供电故障时，能够在最短时间内完成故障的定位排查、故障恢复、故障区段隔离以及恢复供电的操作，最大限度地保证供电线路的正常供电，这就需要借助当前先进的各种智能算法来优化整个故障的处理过程，提高故障处理效率，保障供电效果。
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 (7)
1.基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，其特征在于：
S1：所有的物联网终端把数据统一上传到云平台，由云平台统一进行数据采集、存储和分析处理，这种架构适合对实时响应不高的场合，例如抄表应用，可以在15min，甚至1h、1天内完成抄表即可，云平台应用大多以离线的联机分析应用(OLAP)和统计分析为主；
S2：在靠近数据源的地方部署“边缘节点”，由此计算节点就地完成数据采集、数据处理和故障分析，把处理后的结果上送到云平台，由云平台进行统一管理和告警推送，集中式云平台的计算工作被分散地分配到各个边缘节点，通过分布式计算实现实时、快速、高效的用户响应；
S3：在判断整个配电系统的线路发生接地短路故障时，可以优先初判其为单相接地短路故障，因为此种类型的接地故障发生频率最高，单相接地短路故障主要根据中性点接地方式的差异又可以分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地两种类型；
S4：当配电线路发生短路故障时，故障线路上开关保护动作切除故障，跳闸点至故障点之间的配电线路称为故障路径。故障路径上的汇集终端检测到短路电流信号(瞬时负荷电流突增，随后突降至零)，根据卫星授时单元记录的时间节点，通知下辖的采集终端反馈该时间点所记录的短路报警信号；
S5：同时当云平台向用户提供服务时，用户需要将所有数据上传至云计算服务器，通过数据分析，用户的敏感信息会被泄露，边缘计算对于敏感信息的保护这一优势在电力供需领域中更加明显，供需双方会产生大量的敏感数据，这些数据直接被上传至云中心，这样做不仅占用大量的网络带宽，而且用户的隐私信息极有可能被泄露；
S6：与云计算的集中式组织方式不同，配电网故障识别边缘计算节点具边缘计算采用分布式的组织方式，由分布在不同区域的传感器、路由器和交换机等提供服务，由于边缘计算更加接近感知层的终端，故障信号的请求经过低时延网络就可以到边缘计算服务器，并且与地理位置有关，依据地理位置分布边缘节点，以求得最近的变电站响应；
S7：边缘计算节点中存储了局部配电网络模型，部署故障处理应用，配置事件处理规则，边缘计算节点会在收到实时数据时第一时间进行就地数据处理、故障监测分析，并将处理后的结果信息传输到云平台，在这种模式下，可以在毫秒级的时间内完成故障分析和告警任务。
2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，其特征在于：所述如果发生的故障类型是闭环线路故障，并且没有设置联络开关，那么检测到配电线路发生线路故障并且完成故障定位后，其对线路进行故障区段隔离操作，恢复该区段供电机制，与开环线路的机制有差异。
3.根据权利要求1所述的基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，其特征在于：所述基于泛在物联网技术配电网过电压类型智能识别、主动预警及快速抑制关键技术，能够实时为生产运行部门提供系统运行工况，当系统运行工况发生变化时，能够及时了解故障类型及故障危险程度，以便运行检修人员及时作出应对措施，实现上述功能需要采集的基础故障数据，同时需要构建基础数据层。
4.根据权利要求1所述的基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，其特征在于：所述针对配用电物联网终端可能经伪基站接入非法无线通信链路的安全问题，利用电力物联网终端及无线通信基站固定以及检测到合法通信基站信号强度变化趋势相近的特点，提出了基于无线通信基站信号强度曲线密度聚类的非法无线通信链路识别方法。
5.根据权利要求1所述的基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，其特征在于：所述配用电终端接收到的无线信号强度主要和其与通信基站的距离、房屋遮挡以及天气(雪、雾、雨)等环境因素有关，因无线通信基站与配用电终端设备所处位置均固定，在两者间距离固定且天气因素与阻挡环境不变时，配用电终端与基站间的相对位置将直接影响配用电终端接收的无线信号强度。
6.根据权利要求1所述的基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，其特征在于：所述故障类型智能识别及主动故障预警功能，能够为调度系统单相接地故障处理提供辅助决策依据，在边缘计算中，可借助各类故障虚拟场景模拟进行算法训练，并对各类故障辨识算法进行异构，固化存储，便于数据处理时调用，为此需要构建虚拟层。
7.根据权利要求1所述的基于边缘计算的分布式配电故障处理系统及方法，其特征在于：所述基于边缘计算的分布式配电故障处理系统实现了配电故障监测、定位、分析、工单、抢修上报全业务流程，低压配电系统中发生跳闸故障时，可第一时间由边缘计算节点感知并及时处理上报，可把故障感知和故障定位时间从小时级缩短到秒级，大大加快了故障抢修速度，缩短用户停电时间。
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Cited By (1)
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| CN117172758A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 启东茂济医药科技有限公司 | 基于云边融合的药物生产线设备故障检测方法及系统 |
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| CN117172758A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 启东茂济医药科技有限公司 | 基于云边融合的药物生产线设备故障检测方法及系统 |
| CN117172758B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-03-08 | 启东茂济医药科技有限公司 | 基于云边融合的药物生产线设备故障检测方法及系统 |
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