基于大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷關(guān)鍵技術(shù)研究裝置開發(fā)計(jì)劃及設(shè)計(jì)方案

1、基于大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷關(guān)鍵技術(shù)研究裝置開發(fā)計(jì)劃及設(shè)計(jì)方案5.1云計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)方案硬件結(jié)構(gòu)建設(shè)主要集中在“云計(jì)算”數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心上，包括“云計(jì)算”服務(wù)器、磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)以及相關(guān)安全接入設(shè)備等。具體硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要設(shè)備清單如表2所示:圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖表2 “云計(jì)算”中心硬件清單序號(hào)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備名稱規(guī)格數(shù)量1基礎(chǔ)架構(gòu)機(jī)柜42U主機(jī)柜（60511002010mm）框架承重1200KG，輪子承重800KG22通信網(wǎng)絡(luò)SAN網(wǎng)絡(luò)高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)所需光纖交換機(jī)，滿足8G FC數(shù)據(jù)計(jì)算交換要求13計(jì)算節(jié)點(diǎn)高性能服務(wù)器四路八核服務(wù)器，2.4GHz 處理器，128G

2、B內(nèi)存 , 2146GB 15K硬盤，2個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)接口34存儲(chǔ)系統(tǒng)生產(chǎn)存儲(chǔ)采用企業(yè)級中端存儲(chǔ)，雙控制器，8G FC接口互聯(lián), 緩存28G,全年故障時(shí)間1分鐘 15以太網(wǎng)核心交換機(jī)核心以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換高性能千兆以太網(wǎng)交換機(jī)26軟件云計(jì)算操作系統(tǒng)配置虛擬機(jī)集中管理系統(tǒng)1套，企業(yè)版授權(quán)CPU 6個(gè)，虛擬桌面50個(gè)15.2移動(dòng)監(jiān)測終端設(shè)計(jì)方案5.2.1配電網(wǎng)設(shè)備綜合智能檢測終端功能設(shè)計(jì)配電網(wǎng)設(shè)備綜合智能檢測終端是基于Windows平臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，該終端應(yīng)用于平板電腦，通過平板USB接口或WIFI與現(xiàn)場檢測設(shè)備進(jìn)行通訊互聯(lián)，兼容超聲波、地電波、紅外、震蕩波、超高頻等多種檢測方式、診斷算法于一身；檢測人

3、員只需更換檢測設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)l終端對多類檢測方式的操作。同時(shí)，平板電腦通過無線網(wǎng)絡(luò)與檢測相關(guān)后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，保證數(shù)據(jù)管理有效性、共享性。1）通訊模塊設(shè)計(jì)通過對配電網(wǎng)檢測的整體調(diào)研，包括振蕩波、超聲波、地電波、紅外檢測方法等，并對局內(nèi)目前使用的主要廠家的檢測裝置進(jìn)行調(diào)研，我公司設(shè)計(jì)研發(fā)配電網(wǎng)設(shè)備綜合檢測終端與檢測裝置間的數(shù)據(jù)通訊接口，接口方式采用WIFI和USB接口相兼容的方式；對多種檢測方式，可增加檢測裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，使之與數(shù)據(jù)通訊接口兼容。2）數(shù)據(jù)分析算法模塊設(shè)計(jì)通過對主流檢測方式的確定，對相對成熟穩(wěn)定的數(shù)據(jù)分析算法進(jìn)行深入研究，并集成于智能檢測終端應(yīng)用中。3）終端應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)配電網(wǎng)智能綜

4、合檢測終端應(yīng)用，將引入不同的工作模式，并對不同的工作模式進(jìn)行業(yè)務(wù)分標(biāo)，包括巡檢過程、試驗(yàn)過程，同時(shí)，將對檢測終端應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，界面UI，功能架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，配電網(wǎng)智能綜合檢測終端應(yīng)用將基于Windows平臺(tái)進(jìn)行研發(fā)。擬研究基本功能包括檢測類型管理（切換到相應(yīng)的檢測方式，應(yīng)用將自動(dòng)切換通訊方式）、檢測基本參數(shù)管理、數(shù)據(jù)管理、診斷分析（包括各檢測方式的單一診斷，針對同一設(shè)備的不同檢測方式的綜合診斷）、規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)查詢（提供國際、國家、行業(yè)、企業(yè)各種行業(yè)規(guī)范、試驗(yàn)流程查詢）。5.2.2配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)移動(dòng)檢測與診斷技術(shù)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)平臺(tái)制定配電網(wǎng)設(shè)備檢測統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，與檢測裝置直接通訊，獲取現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)

5、；通過行波定位法、雙端定位法、支持向量機(jī)分類識(shí)別、紅外圖像識(shí)別等算法為現(xiàn)場檢測人員提供輔助分析方法；同時(shí)，平臺(tái)將構(gòu)建知識(shí)庫模型。以實(shí)現(xiàn)通過多維度數(shù)據(jù)檢測信息的綜合診斷功能；平臺(tái)將通過南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口與配電網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)通訊，獲取設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)。平臺(tái)通過信息化手段有效的管理帶電檢測數(shù)據(jù)、停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行檢測專業(yè)化數(shù)據(jù)分析、診斷，使之成為運(yùn)行檢修單位檢測及分析工作的專業(yè)工具。配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)移動(dòng)檢測與診斷技術(shù)平臺(tái)按功能分為設(shè)備數(shù)據(jù)中心、故障預(yù)警、專家診斷、決策模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，如下圖2所示。設(shè)備中心功能包括振蕩波局放檢測數(shù)據(jù)、超聲波局放檢測數(shù)據(jù)、地電波局放檢測數(shù)據(jù)、紅外測溫?cái)?shù)據(jù)。故障預(yù)警功能包括：設(shè)備

6、故障識(shí)別、設(shè)備狀態(tài)預(yù)判。專家診斷包括：診斷結(jié)果、設(shè)備運(yùn)維建議。決策模塊包括：專家級決策知識(shí)庫、診斷分析。數(shù)據(jù)采集模塊包括：無線數(shù)據(jù)接入。5.2.3設(shè)備數(shù)據(jù)中心設(shè)備數(shù)據(jù)中心通過設(shè)計(jì)配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)數(shù)據(jù)模型、診斷技術(shù)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)接口，通過4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，對振蕩波局放檢測數(shù)據(jù)、超聲波局放檢測數(shù)據(jù)、地電波局放檢測數(shù)據(jù)、紅外測溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)健康狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、集成功能，主要考慮數(shù)據(jù)一致性、整體性、穩(wěn)定性、規(guī)范性、安全性、技術(shù)平穩(wěn)性。集成平臺(tái)應(yīng)具備數(shù)據(jù)模型功能、數(shù)據(jù)分類處理功能、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。通過電網(wǎng)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理，通過南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口與配電網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)通訊，獲

7、取設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)。5.2.4故障預(yù)警模塊1）故障識(shí)別配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)移動(dòng)檢測與診斷技術(shù)平臺(tái)中建立配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)各個(gè)監(jiān)測量的三級閥值，從而通過比較各種監(jiān)測參數(shù)和其對應(yīng)的報(bào)警值，自動(dòng)生成提示、預(yù)警、報(bào)警三級電網(wǎng)運(yùn)行提示，a)藍(lán)色、黃色預(yù)警：此級預(yù)警對整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行不構(gòu)成威脅，但存在比較小的隱患（需要引起運(yùn)維人員重視）。b)橙色預(yù)警：此級預(yù)警對整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行構(gòu)成一定程度的威脅，需要監(jiān)測人員到現(xiàn)場進(jìn)行查看核實(shí)。c)紅色預(yù)警：此級預(yù)警對整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行已經(jīng)構(gòu)成相當(dāng)高的威脅，對電網(wǎng)的運(yùn)行情況構(gòu)成非常大的威脅（必須立即排除）。當(dāng)發(fā)出提示后，系統(tǒng)向在線人員發(fā)出報(bào)警信息，描述報(bào)警發(fā)生的位置、類型、

8、當(dāng)初情況等信息，并能夠使用戶在查看報(bào)警信息時(shí)，快速定位到報(bào)警發(fā)生的地點(diǎn)和設(shè)備。系統(tǒng)在圖形上以專題圖形式顯示存在不同預(yù)警級別的區(qū)域，可以通過圖形上顯示的顏色判定該處屬于哪種級別的預(yù)警，可通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊區(qū)域顯示預(yù)警信息，便于用戶在第一時(shí)間對報(bào)警信息進(jìn)行處理。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠以郵件和短信息的方式，向指定運(yùn)行負(fù)責(zé)人員、管理人員發(fā)送報(bào)警情況簡報(bào)。2）設(shè)備狀態(tài)預(yù)判配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)移動(dòng)檢測與診斷技術(shù)平臺(tái)通過對各類在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、離線監(jiān)測數(shù)據(jù)、電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的綜合分析，判斷設(shè)備的危險(xiǎn)臨界條件，在出現(xiàn)可能的設(shè)備隱患時(shí)，及時(shí)通過多種有效的方式為用戶發(fā)布報(bào)警信息，以及對被報(bào)設(shè)備進(jìn)行定位（含二維場景、三維場

9、景定位）。5.2.5專家診斷模塊1）診斷結(jié)果系統(tǒng)在故障識(shí)別及狀態(tài)預(yù)判的基礎(chǔ)上，通過人現(xiàn)場查看信息的分析，結(jié)合專家級運(yùn)維決策庫，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、模糊數(shù)據(jù)模型等專家診斷算法進(jìn)行診斷設(shè)備故障結(jié)果。2）設(shè)備運(yùn)維建議通過智能診斷設(shè)備故障結(jié)果，結(jié)合專家級決策知識(shí)庫，給出運(yùn)維建議。展示在設(shè)備數(shù)據(jù)中心上。5.2.6決策模塊決策模塊包括：專家級決策知識(shí)庫、診斷分析。主要依托專家級決策知識(shí)庫，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、模糊數(shù)據(jù)模型等專家診斷算法進(jìn)行分析，對監(jiān)測數(shù)據(jù)與以往積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比及推理，以得出正確的診斷結(jié)論。能在故障未發(fā)生時(shí)，做出預(yù)警故障發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、故障事件，以便工作人員及時(shí)進(jìn)行檢查設(shè)備運(yùn)行

10、狀態(tài)，減少故障的發(fā)生，減低設(shè)備財(cái)產(chǎn)、生命財(cái)產(chǎn)損失；以便在故障發(fā)生后，運(yùn)行人員做出迅速反應(yīng)，找到故障點(diǎn)，及時(shí)果斷地采取措施。1）專家級決策知識(shí)庫專家級決策知識(shí)庫是對配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)問題求解所需要的領(lǐng)域知識(shí)的集合，包括基本事實(shí)、規(guī)則和其他相關(guān)信息。知識(shí)的表示形式可以包括框架、規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)等。知識(shí)庫中的知識(shí)源于領(lǐng)域?qū)＜乙约捌渌鞣矫娅@得的具有重要價(jià)值的知識(shí)、推理和決策規(guī)則信息，是決定系統(tǒng)具有的推理診斷能力的關(guān)鍵。專家級決策知識(shí)庫需提供以下幾種方式實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫的擴(kuò)展：專家和技術(shù)人員與系統(tǒng)開發(fā)維護(hù)工程師交流，提供領(lǐng)域的高壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的領(lǐng)域知識(shí)，工程師將領(lǐng)域知識(shí)概念化、形式化及編碼、測試，并將結(jié)果與專

11、家經(jīng)驗(yàn)比較，經(jīng)過多次操作完善知識(shí)庫。配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)檢測領(lǐng)域的專家和技術(shù)人員通過系統(tǒng)開發(fā)工程師設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的人機(jī)交互接口。在系統(tǒng)開發(fā)維護(hù)工程師的協(xié)作下直接與系統(tǒng)進(jìn)行交互學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫的充實(shí)。開發(fā)完成并進(jìn)行具有一定知識(shí)規(guī)模的系統(tǒng)在配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的專家、技術(shù)人員和系統(tǒng)開發(fā)維護(hù)工程師的操作下，直接通過已有知識(shí)的處理進(jìn)行自動(dòng)知識(shí)獲取。2）診斷分析診斷分析主要依托專家級決策知識(shí)庫，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、模糊數(shù)據(jù)模型等專家診斷算法進(jìn)行分析，對監(jiān)測數(shù)據(jù)與以往積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比及推理，以得出正確的診斷結(jié)論。能在故障未發(fā)生時(shí)，做出預(yù)警故障發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、故障事件。5.2.7數(shù)據(jù)采集模塊如基于4G

12、無線網(wǎng)絡(luò)采集架構(gòu)圖1所示，振蕩波局放檢測儀、超聲波局放檢測儀、地電波局放檢測儀、紅外測溫儀通過自身的專用網(wǎng)絡(luò)模塊（4G網(wǎng)絡(luò)）和采集服務(wù)器建立通訊，將振蕩波局放檢測數(shù)據(jù)、超聲波局放檢測數(shù)據(jù)、地電波局放檢測數(shù)據(jù)、紅外測溫?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)傳送至配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)移動(dòng)檢測與診斷技術(shù)平臺(tái)。同時(shí)，也可以將數(shù)據(jù)通過USB接入至平板設(shè)備中，平板設(shè)備與采集服務(wù)器通過4G網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)移動(dòng)檢測與診斷技術(shù)平臺(tái)。5.2.8查詢統(tǒng)計(jì)配電網(wǎng)設(shè)備健康狀態(tài)移動(dòng)檢測與診斷技術(shù)平臺(tái)提供對所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)、診斷結(jié)果實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、且提供報(bào)表管理功能，對系統(tǒng)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行關(guān)聯(lián)、查詢、統(tǒng)

13、計(jì)和分析，并提供功能豐富、簡單明了的“人性化”操作和展示。平臺(tái)需具備多樣化的圖形展示功能：圖形展示提供了列表、條形圖、柱狀圖、折線圖、面積圖、餅圖、雷達(dá)圖、極線圈、散點(diǎn)圖和Flash動(dòng)態(tài)效果圖等大量的圖形分析方法,并具備3D效果、2D效果、背景效果、縮放效果、旋轉(zhuǎn)效果、動(dòng)態(tài)效果、多圖同時(shí)顯示效果，幫助用戶更加直觀、更加靈活地進(jìn)行決策分析。5.2.9性能需求1）容量設(shè)計(jì)從容量和可擴(kuò)展性和災(zāi)備等多方面綜合考慮-建議每年的數(shù)據(jù)量分配在100G左右。2）響應(yīng)設(shè)計(jì)高的響應(yīng)能給用戶帶來效率上的提升，加快了工作效率，減少了等待時(shí)間，同時(shí)加快了系統(tǒng)的處理效率，我們將通過以下幾方面手段來保證用戶得到高質(zhì)量的響應(yīng)

14、：優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，好的設(shè)計(jì)模型能夠減少冗余數(shù)據(jù)量的加載和檢索，以及表間關(guān)聯(lián)檢索，能大大提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間。有效利用數(shù)據(jù)庫的緩存功能，對于經(jīng)帖訪問的數(shù)據(jù)，可將數(shù)據(jù)緩存于數(shù)據(jù)庫中，減少IO。利用集群功能，合理分配負(fù)載，充分利用各主機(jī)的CPU，內(nèi)存等硬件資源。優(yōu)化報(bào)表設(shè)計(jì)，減少報(bào)表生成所需的系統(tǒng)資源。充分利用報(bào)表系統(tǒng)的緩存功能，把報(bào)表生成任務(wù)安排到非高峰時(shí)段。充分利用報(bào)表系統(tǒng)的對查詢的緩存功能，減少對數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)訪問。3）備份策略為了保障核心數(shù)據(jù)和重要數(shù)據(jù)的完整性和一致性，我們將提供對應(yīng)的磁盤備份、聯(lián)機(jī)備份和遠(yuǎn)程備份功能：磁盤備份：通過鏡像（mirrored）磁盤矩陣，對每一個(gè)寫到磁盤的字節(jié)，作實(shí)

15、時(shí)的鏡像備份，減少磁盤機(jī)出錯(cuò)的幾率。磁盤備份一旦設(shè)定，由設(shè)備實(shí)現(xiàn)，無需人工干預(yù)。聯(lián)機(jī)備份：提供24*365天的備份機(jī)制，用戶可以基于調(diào)度來運(yùn)行備份，可以基于系統(tǒng)運(yùn)行的熱備份。我們設(shè)計(jì)方案中使用的Oracle 11g支持聯(lián)機(jī)熱備份。數(shù)據(jù)參倉庫的數(shù)據(jù)和報(bào)表服務(wù)器的報(bào)表，可以每天進(jìn)行一次熱備份。遠(yuǎn)程備份：提供對付災(zāi)害性的系統(tǒng)失敗的有效方式。遠(yuǎn)程備份把數(shù)據(jù)存放在地理上的遠(yuǎn)方，以應(yīng)對主機(jī)可能遇到當(dāng)?shù)貫?zāi)害性的損毀。我們建議把每天的熱備份數(shù)據(jù)，拷貝到遠(yuǎn)程備份存儲(chǔ)服務(wù)器。以上的備份策略，保證在不影響系統(tǒng)服務(wù)的條件下，在本地和遠(yuǎn)程，都保留一份前一天的備份數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)倉庫和報(bào)表服務(wù)器的數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)貍浞萁ㄗh保留30

16、天，遠(yuǎn)程備份建議保留7天。備份可以保存在磁帶庫、或光盤庫。本地備份耗時(shí)目標(biāo)是2小時(shí)，遠(yuǎn)程備份耗時(shí)目標(biāo)是12小時(shí)。4）可獲性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)倉庫和報(bào)表服務(wù)器分別帶有自己的外存磁盤序列。架構(gòu)中的每個(gè)功能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)都含沉余度，保證系統(tǒng)不存在單一失敗點(diǎn)。此外，高可獲性來自于我們建議的軟件系統(tǒng)，Oraclell支持失敗轉(zhuǎn)移等高級集群功能，滿足提供7x24不間斷服務(wù)的要求，能夠保證滿足任何時(shí)候系統(tǒng)可獲性要求。5）易用性設(shè)計(jì)在軟件的易用性方面，我們將充分考慮用戶的體驗(yàn)性，簡單性，高效率性為客戶定制一套更適合客戶需要的系統(tǒng)，根據(jù)需要，我們將基于以下方面進(jìn)行設(shè)計(jì):使用大眾WEB瀏覽器如IE、Firefox作為客戶端的瀏覽工具。用戶界面友好、同時(shí)易操作。界面操作符合瀏覽習(xí)慣。界面風(fēng)格，術(shù)語統(tǒng)一。靈活的頁面布局，支持標(biāo)簽頁。合理的組織操作菜單。查詢等出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)提供友好的提示。提供友好的聯(lián)機(jī)幫助界面。涉及到的軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)配置如下所示：表3 軟件平臺(tái)配置廠商名稱版本License數(shù)量功能標(biāo)配/選配OracleOracle RDBMS11g按實(shí)際用戶情況系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫必選Weblogic Server9.2應(yīng)用服務(wù)中間件兩者選一JBOSS5應(yīng)用服務(wù)中間件MicrosoftWINDOW2008 server系統(tǒng)軟件，操作系統(tǒng)必選注：License數(shù)量可根據(jù)項(xiàng)目需求，逐步增加。表4 硬件