CN115833380A - 一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，通过边缘物联代理就地处理感知层获得的数据信息，并根据汇聚节点获得的控制信息进行就地管控；通过对设备数据的综合分析实现整个变电站的设备工况实时评估；建立变电站运检计划评估分析大数据模型，构建输变电数字孪生微应用，主要应用在感知层、网络层和应用层。本发明在边缘物联代理和物联网云端的运行内存中虚拟站内变电设备的数字孪生对象，该对象实时更新自我状态和使用寿命数据，实时、准确、全面的描述变电设备运行状态，为变电设备自我状态感知、物联互动提供对象基础。

Description

一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法。

背景技术

电力物联网是物联网在智能电网中的应用，是信息通信技术发展到一定阶段的结果，其将有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，提高电力系统信息化水平，改善电力系统现有基础设施利用效率，为电网发、输、变、配、用电等环节提供重要技术支撑。

配电物联网是配电监控系统向物联网模式演进的结果,边缘物联代理是连接物联网终端与云端的重要感知层设备.通过分析边缘物联代理自身及交互面临的安全风险和安全需求，通过可信启动,身份认证,密钥协商,数据机密性保护,数据完整性保护,安全监测等技术,构建了基于可信启动的设备本体安全,基于身份认证和数据保护的交互安全以及基于日志,流量信息实时采集的安全监测于一体的安全防护架构,有效避免了因边缘物联代理遭受恶意攻击而导致整个系统瘫痪事件发生,有助于提升配电物联网在新的网络安全形势下抵御恶意攻击的能力。现有的方法不能对缺陷设备进行动态跟踪监视，实时，准确度较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对缺陷设备进行实时动态跟踪监视的应用于电力物联网的边缘物联代理方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，包括如下步骤：

1)通过边缘物联代理就地处理感知层获得的数据信息，并根据汇聚节点获得的控制信息进行就地管控。

2)通过对设备数据的综合分析实现整个变电站的设备工况实时评估。

3)建立变电站运检计划评估分析大数据模型，构建输变电数字孪生微应用，主要应用在感知层、网络层和应用层。

进一步地，所述步骤3)中在感知层，充分利用传感器与智能终端技术，通过汇聚节点及接入节点实现变电各类信息的全面接入与边缘计算。

进一步地，所述步骤3)中在网络层，通过电力光纤网、电力无线专网、电力APN的方式，北斗定位，实现数据的安全、高效传输。

进一步地，所述步骤3)中在应用层，新建110千伏数字孪生智慧变电站全景监测高级应用，实现输变电业务的智能化管理。

进一步地，所述边缘计算基于边缘物联代理装置全面汇集站内输电线路监测、变电设备监测、视频监控、巡检机器人将实时多源数据融合后的信息，有针对性的向站内其它设备发起物联互动，并且向云端提出云边协同的请求，实现由物驱动运检工作的新模式。

进一步地，所述云端微应用基于物联网云端微服务架构及丰富的数据资源，为运检人员提供输变电应用全景可视化展示。

作为优选，所述云端平台采用Python实现故障预警分析模型计算，在进行模型计算时，变电设备缺陷主动预警利用阈值判断、变化趋势判断及同类同型横向比较等设备状态实时预警模型，初步判断状态量是否存在异常。

作为优选，所述云平台数据库采用rds-mysql，采用双机热备模式，采用2台ECS服务器分别部署设备诊断算法和人工智能算法。

作为优选，所述物联代理与电力物联网终端设备之间需进行基于非对称加密算法的身份认证和基于对称加密算法的加密通信，具体通过①认证准入、②加密通信、③监测告警和④统一北向接入，这4个步骤予以实现。

与现有技术员相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过构建云端自主意识体系，通过虚拟实现设备状态的自我感知，从而实现自主意识体现，包括云边协同，实现由物驱动主动运检工作的新模式。

2)本发明在应用层对缺陷设备进行动态跟踪监视，结合设备历史负荷、温度等信息，应用大数据分析技术，预测设备缺陷的劣化发展趋势，对于劣化明显或运行风险较大的设备，建议设备停电检修，推送包括检修周期、检修等级及检修措施等内容的设备检修决策信息，指导设备的检修工作。

3)本发明在边缘物联代理和物联网云端的运行内存中虚拟站内变电设备的数字孪生对象，该对象实时更新自我状态和使用寿命数据，实时、准确、全面的描述变电设备运行状态，为变电设备自我状态感知、物联互动提供对象基础。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的实施例。然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。本领域的技术人员可以在不偏离本发明精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代技术方案。

实施例

一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，包括如下步骤：

1)通过边缘物联代理就地处理感知层获得的数据信息，并根据汇聚节点获得的控制信息进行就地管控。

2)通过对设备数据的综合分析实现整个变电站的设备工况实时评估。

3)建立变电站运检计划评估分析大数据模型，构建输变电数字孪生微应用，主要应用在感知层、网络层和应用层。

进一步地，所述步骤3)中在感知层，充分利用传感器与智能终端技术，通过汇聚节点及接入节点实现变电各类信息的全面接入与边缘计算。

进一步地，所述步骤3)中在网络层，通过电力光纤网、电力无线专网、电力APN的方式，北斗定位，实现数据的安全、高效传输。

进一步地，所述步骤3)中在应用层，新建110千伏数字孪生智慧变电站全景监测高级应用，实现输变电业务的智能化管理。

进一步地，所述边缘计算基于边缘物联代理装置全面汇集站内输电线路监测、变电设备监测、视频监控、巡检机器人将实时多源数据融合后的信息，有针对性的向站内其它设备发起物联互动，并且向云端提出云边协同的请求，实现由物驱动运检工作的新模式。

进一步地，所述云端微应用基于物联网云端微服务架构及丰富的数据资源，为运检人员提供输变电应用全景可视化展示。

作为优选，所述云端平台采用Python实现故障预警分析模型计算，在进行模型计算时，变电设备缺陷主动预警利用阈值判断、变化趋势判断及同类同型横向比较等设备状态实时预警模型，初步判断状态量是否存在异常。

作为优选，所述云平台数据库采用rds-mysql，采用双机热备模式，采用2台ECS服务器分别部署设备诊断算法和人工智能算法。

作为优选，所述物联代理与电力物联网终端设备之间需进行基于非对称加密算法的身份认证和基于对称加密算法的加密通信，具体通过①认证准入、②加密通信、③监测告警和④统一北向接入，这4个步骤予以实现。

通过边缘代理装置全面汇集站内在线监测、智能传感器(变压器：变压器多物理量智能传感声纹传感器；10千伏配电室：10千伏配电室巡检机器人；电缆层：分布式光纤测温主机及测温光纤；辅控系统：SF6气体泄漏监测系统数据、视频子系统数据、安全警卫子系统、门禁子系统、环境监测子系统、智能灯光控制子系统等数据；

(1)变压器汇聚

多物理量智能传感器：套管温度(红外成像、可见成像、局放、温湿度)等；

声纹传感器：变压器波长、频率以及强度等监测；

(2)10千伏配电室汇聚

10千伏配电室巡检机器人：开关柜温度数据，仪表数据等；

(3)电缆沟汇聚：

分布式光纤测温主机及测温光纤：电缆层温度数据监测；

(3)辅控汇聚

SF6气体泄漏监测系统：获取红旗变SF6气体泄露监测信息：气体压力值；

油色谱感知仪：读取变压器油色谱信号；

智能辅助控制系统：获取红旗变安全警卫子系统主动红外对射报警器、红外双鉴探测器等感知数据；门禁子系统读卡器、门开关状态、电磁锁等数据；环境监测子系统中温湿度、风速、水浸探测器等数据；智能灯光控制子系统中灯光控制单元开关状态等数值；

消防系统：获取红旗变消防系统运行数据，包括火灾报警控制器状态、烟感/温感探测器状态、声光报警器等数值；

安防系统：获取红旗变安防系统运行数据；

入侵监测系统：实时网络入侵系统监测数据和事件日志。

1)通过边缘物联代理就地处理感知层获得的数据信息，并根据汇聚节点获得的控制信息进行就地管控，为应用功能的实现提供数据基础及控制基础；通过对设备数据的综合分析实现整个变电站的设备工况实时评估，并根据实时工况对运行检修计划提供智能修改建议，使管理人员对变电站的整体情况及运行检修计划有更为详细准确的了解，辅助管控。

系统设置传感器上送数据的上下阀值，当传感器数据采集到边缘代理后通过设置的阀值自动判断采集实时数据是否异常，当超过阀值后自动发送预警信息。

(2)设备状态综合预警

建立变电站运检计划评估分析大数据模型。模型根据历史检修数据、在线监测实时数据等必要数据对设备状态及变电站整体情况进行实时分析评估。

评估模型主要采用数据区间变化趋势对比，以及历史与历史同期变化趋势对比，从数据的本体变化上来判断数据是否异常。

遵从输变电设备物联网总体框架，构建输变电数字孪生微应用。在感知层，充分利用传感器与智能终端技术，通过汇聚节点及接入节点实现变电各类信息的全面接入与边缘计算；在网络层，通过电力光纤网、电力无线专网、电力APN等方式，北斗定位，实现数据的安全、高效传输；在应用层，新建红旗(城川)110千伏数字孪生智慧变电站全景监测高级应用，实现输变电业务的智能化管理。

应用架构

本发明包括边缘计算和云端微应用两方面。

边缘计算基于边缘物联代理装置全面汇集站内输电线路监测、变电设备监测、视频监控、巡检机器人将实时多源数据融合后的信息，利用阈值判断、趋势分析、专家算法、训练规则及多源数据融合的综合分析模型，对设备状态进行初步感知，提高传统在线监测数据的准确性，减少误报。根据设备感知状态，有针对性的向站内其它设备发起物联互动，并且向云端提出云边协同的请求，实现由物驱动运检工作的新模式。

云端微应用基于物联网云端微服务架构及丰富的数据资源，为运检人员提供输变电应用全景可视化展示。构建云端自主意识体系(包括设设备影子对象调用设备缺陷主动预警和故障智能决策的功能备状态感知、设备缺陷主动预警和故障智能决策)，通过虚拟实现设备状态的自我感知，从而实现自主意识体现，包括云边协同，实现由物驱动主动运检工作的新模式。

平台采用Python实现故障预警分析模型计算，在进行模型计算时，变电设备缺陷主动预警利用阈值判断、变化趋势判断及同类同型横向比较等设备状态实时预警模型，初步判断状态量是否存在异常。当状态量异常时，系统自动融合边缘计算结果、带电检测、停电试验和不良工况等运检专业多源系统数据，应用设备缺陷自动分析模型对设备状态进行全面诊断分析，判断设备是否存在缺陷，并诊断缺陷类型和严重程度。对于存在缺陷的设备，系统依据缺陷等级及设备重要程度，结合设备缺陷处理策略，及时向运行人员推送预警和运维决策信息，通过加强感知层在线监测状态量获取频次，缩短带电检测及智能巡检周期等措施，调整状态监控的运维策略。同时，在应用层对缺陷设备进行动态跟踪监视，结合设备历史负荷、温度等信息，应用大数据分析技术，预测设备缺陷的劣化发展趋势，对于劣化明显或运行风险较大的设备，建议设备停电检修，推送包括检修周期、检修等级及检修措施等内容的设备检修决策信息，指导设备的检修工作。

云平台数据库采用rds-mysql，采用双机热备模式。采用2台ECS服务器分别部署设备诊断算法和人工智能算法。部署智慧变电站应用服务，共计4台ECS，分别为网关服务(负责系统权限管理处理、安全防护等)、业务应用为服务器后台数据接口微服务部署、数据集成服务为接受边缘代理装置数据以及施工现场数据接入、数据共享服务器为对外数据接口服务器。

物联代理与电力物联网终端设备之间需进行基于非对称加密算法的身份认证和基于对称加密算法的加密通信，具体要求如下。

1)认证准入

针对不同类型的电力物联网终端设备，物联代理从发现机制、采集模型、分类准则、身份判定、权限分配五个方面对终端状态全面感知，构建准入体系。

2)加密通信

基于对电力物联网终端设备的认证准入，物联代理与电力物联网终端设备之间的通信需满足数据机密性和完整性保护要求。

3)监测告警

对接入物联代理的电力物联网终端设备进行监测，并实现异常行为的实时发现，通过数据挖掘、机器学习等方法实现安全告警与精准阻断。

4)统一北向接入

将终端的数据、行为等信息在物联代理中统一汇总与转换，物联代理与新一代安全接入网关应进行双向身份认证，实现北向接入，进而上传终端的数据、行为等信息。

(4)终端数据防护

1)通信数据安全

系统可对数据安全通信(如TLS/SSL协议通信)进行支持。

机密性：系统可以通过安全组件对有需要的通信数据内容进行加密。安全组件应支持基于加密算法的数据加解密的功能。

完整性：系统可以通过安全组件对有需要的通信数据内容进行完整性保护和验证。安全组件应具备对数据进行数字摘要、MAC生成和验证的功能。

不可否认性：系统可以通过安全组件对有需要的通信数据不可否认性保护和验证。安全组件应具备对数据内容进行数字签名、消息摘要和验签的功能。

通过汇集红旗变站内辅助控制系统、消防控制系统资源，利用边缘计算技术实现计算能力下沉，提高计算时效性和准确性，实现站内就地的数据展示应用，并将汇集的数据信息上送物联网云平台。

构建设备虚拟孪生，实现设备自主意识体系的建立。甄别变电设备运行指标，如实时负荷、电流、色谱数据、缺陷数据、检修次数等，基于SG-CIM建立变电设备运行状态模型，在边缘物联代理和物联网云端的运行内存中虚拟站内变电设备的数字孪生对象，该对象实时更新自我状态和使用寿命数据，实时、准确、全面的描述变电设备运行状态，为变电设备自我状态感知、物联互动提供对象基础。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开实施例揭露的技术范围内或者在本公开实施例揭露的思想下，可轻易想到变化、替换或组合，都应涵盖在本公开实施例的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于包括如下步骤：

1)通过边缘物联代理就地处理感知层获得的数据信息，并根据汇聚节点获得的控制信息进行就地管控；

2)通过对设备数据的综合分析实现整个变电站的设备工况实时评估；

3)建立变电站运检计划评估分析大数据模型，构建输变电数字孪生微应用，主要应用在感知层、网络层和应用层。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述步骤3)中在感知层，充分利用传感器与智能终端技术，通过汇聚节点及接入节点实现变电各类信息的全面接入与边缘计算。

3.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述步骤3)中在网络层，通过电力光纤网、电力无线专网、电力APN的方式，北斗定位，实现数据的安全、高效传输。

4.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述步骤3)中在应用层，新建110千伏数字孪生智慧变电站全景监测高级应用，实现输变电业务的智能化管理。

5.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述边缘计算基于边缘物联代理装置全面汇集站内输电线路监测、变电设备监测、视频监控、巡检机器人将实时多源数据融合后的信息，有针对性的向站内其它设备发起物联互动，并且向云端提出云边协同的请求，实现由物驱动运检工作的新模式。

6.根据权利要求5所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述云端微应用基于物联网云端微服务架构及丰富的数据资源，为运检人员提供输变电应用全景可视化展示。

7.根据权利要求6所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述云端平台采用Python实现故障预警分析模型计算，在进行模型计算时，变电设备缺陷主动预警利用阈值判断、变化趋势判断及同类同型横向比较等设备状态实时预警模型，初步判断状态量是否存在异常。

8.根据权利要求6所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述云平台数据库采用rds-mysql，采用双机热备模式，采用2台ECS服务器分别部署设备诊断算法和人工智能算法。

9.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于所述物联代理与电力物联网终端设备之间需进行基于非对称加密算法的身份认证和基于对称加密算法的加密通信，具体通过①认证准入、②加密通信、③监测告警和④统一北向接入，这4个步骤予以实现。