基于云计算的变电站二次设备状态评估方法_查显辉.pdf

/基于云计算的变电站二次设备状态评估方法查显辉（池州华光电力工程有限公司）摘要：随着经济的发展与社会的进步，智能电网发展迅速，进而需要对智能变电站进行大量投资。变电站二次设备监控中收集的数据增长非常快，对于大数据需求变得越来越明显。尽管现有的平台或框架是为电力设备监控中的大数据处理而设计的，但它们都是基于 的，仅适用于离线数据分析。为了满足变电站二次设备监控中大数据分析的多样化实时需求，本文设计了一种基于主流开源技术的混合云计算平台。根据监测数据的特点和消费者的实时需求水平，数据可以在适当的资源限制内由适当的计算框架处理。为了对云计算平台的有效性提供更多见解，对不同场景进行初步案例研究，具有一定的参考性。关键词：云计算；大数据；变电站；二次设备 引言随着电力系统规模的日益扩大，在状态监测发展的早期阶段，监测系统是分散的，每个系统只对应一种设备。他们彼此独立，实际上有很多信息没有信息交互的孤岛有利于状态监测。此外，这些系统中的计算机资源无法共享，导致浪费大量投资。我国先后颁布了数十项技术规程和通信协议，并在多家省级电网公司建立了输变电设备状态监测中心。然而，大多数监控设备在本地（在设备所在地）处理原始数据，并只将成熟的数据发送到中心。例如，必须将局部放电电流波形处理为放电幅度、重复率和相应的相位角，以便上传。上传成熟的数据而不是原始数据能够最大限度地减少网络带宽并降低监控中心的存储成本。然而，信息丢失是不可避免的，这不利于后续的状态评估和目标设备的故障诊断。鉴于高速光纤网络和无线传输技术在电力行业中的广泛普及，所有原始数据将被发送到下一代电力设备远程监控系统的中心。大多数数据处理工作应该从监控设备转移到监控中心。通过该解决方案，可以减少监控设备的硬件和软件资源，同时监控中心的计算基础设施可以灵活且高度可扩展。最重要的是，可以 以 灵 活 的 方 式 直 接 访 问 和 分 析 原 始数据 。智能电网的快速发展需要对智能变电站进行大量投资。在过去的几年中，变电站二次设备的在线监测得到了极大地发展并成为一种趋势。因此，从大量变压设备监控设备收集的多源和异构状态数据增长非常快，为处理日益增长的大数据留下了巨大的技术挑战。云计算，一种新的计算范式正在出现，这是一种经济高效的解决方案，可在无需大量前期投资的情况下满足对大数据的日益增长的需求。根据作者目前的知识，为处理大数据而设计的现有平台或框架设 备 监 控 均 基 于 ，仅 适 用 于 离 线 数 据分析 。本文旨在设计一种新颖的混合云计算平台，以满足大数据分析的多样化实时需求变电站二次设备监控。基于大数据云计算框架.变电站二次设备监控中的大数据为了实现智能目标，需要监控各种变电站二次设备。从不同的传感器收集不同设备的不同条件参数。传感器的数量不断增加，数据采集率不断提高，以获得更丰富和准确的信息。这些数据来自不同的传感器或数据采集单元，很可能以各种指定格式存储。如表 所示，除了上述在线监测数据之外，有大量的离线数据，包括设备参数数据、运行维护和测试数据。通过以上分析，变电设备的监测数据呈现出四种典型大数据的特征，即体积、种类、速度和价值，称为 。必须应用云计算大数据技术来处理这些数据。电气技术与经济 技术与应用/表 变电站二次设备及条件参数转换设备条件参数变电站二次设备油中溶解的气体、局部放电、套管的介电损耗、油中的水分、油温、铁心接地电流。油箱振动高压断路器局部放电，含水量，气体电容性设备电容；介电质损耗，局部放电金属氧化物避雷器电阻漏电流电力电缆局部放电后温度.云计算框架随着信息技术的深入发展以互联网、甚至 规模为代表数据已经生成并累积。传统计算机的硬件和软件不足以支持此类大数据的存储、管理和分析，因此开发了大量云计算框架。其中，、和 是最主流的，它们是业界和学术界处理大数据的首选工具。混合云计算平台监控中心的数据不仅包含实时数据以及离线状态数据。应该注意的是目前的时间数据将成为离线数据。实时处理通常只能获取隐藏在数据中的一小部分信息，因此对历史数据进行数据挖掘同样重要。显然，上述两种类型的实时性要求应用程序不同。旨在满足多元化转型期大数据处理的实时性要求，设计了一种基于主流开源技术的新型混合云计算平台进行二次设备监控。本文设计的混合云计算平台的框架，每个级别的详细功能描述如下。.存储层 应用于混合云计算的文件系统站台大多数原始数据，尤其是非结构化数据存储为 中的文件。结构化和半结构化数据，如泄漏电流信号存储在 中，基于 的容错可扩展数据库。中的每个表都是多维排序稀疏映射中的值，表由行键、列族、列名和时间目标索引。只提供对数据的批量访问，与此不同，它提供了对数据的随机访问。通常，不同应用程序之间的数据交互或不同的计算框架是通过 实现的，其结果是磁盘 。-以前称为 ，被引入以实现跨应用程序或计算框架以内存速度的可靠数据共享 。.资源管理层 ，即另一位资源谈判者，负责管理整个集群的资源。在 的支持下，多样化的云计算 -、等框架可以共享同一个集群，而不是在独立集群上运行。因此，基础设施的总投资将大幅减少运营成本和维护，有利于提高集群资源的利用率。此外，所有框架都可以访问存储层中的所有数据，这减少了跨集群的数据移动，并促进了数据管理。.计算层一个统一的计算框架对于所有场景都不存在，因此计算层中存在多个计算框架。应用于实时需求最低的历史数据，例如模式发现火花用于加速复杂信号处理方法或迭代机器学习算法，这是 无法解决的。用于在高速时间序列传感器数据到达时处理大量数据流。.应用程序层基于上述层，高级应用程序取决于用户的特定要求，包括故障诊断、异常检测、数据挖掘等。应用示例.测试平台为了对混合云计算平台的有效性提供更多见解，在初步方案的基础上，对两种不同场景进行案例研究。的应用研究仍在进行中，因此实时应用案例。群集由一台 服务器和 台 -服务器组成，通过高速连接以太网。-安装在每台服务器和 台虚拟机上创建机器。和 都建立在这个集群上，包括一个主节点和 个从节点。配置详细信息如表 所示。表 云计算平台设置项目配置从属节点处理器 -.核，内存 ，存储 主节点处 理 器 -.核，内 存 ，存储 转换 操作系统 .其他 -.，.，.部分放电信号的并行 局部放电（）是一种有效的绝缘方法改造设备评估。常用的经典分析方法是相位分辨局部放电（），通过该方法定义了 的三个基本参数。它们是 度循环中的放电容量或幅值（）、放电重复率（）和放电相位（）。方法物理意义明确，易于实现，但在分析大量 数据时存在不可接受的滞后时间。为了处理从大量设备采集的静态批次电气技术与经济 技术与应用 /中的大规模原始 数据，基于 编程模型，提出了一种新的并行方法 -，如图 所示。图 -流程图鉴于完整性问题，的生成频谱图、统计特性计算和考虑模式识别。首先，提出了一种从原始 数字信号中自动提取基本参数的新的实用方法。在该方法中，定义了两个阈值，称为幅度阈值和间隔阈值，并用于从 信号的一个圆的局部极值中过滤出有效的 脉冲。然后生成 谱图，即 在 上的分布和 在 的分布，并基于这两种谱图计算出许多统计特性。最后，选择 最近邻（）算法来识别 模式。一般来说，信号在序列中逐个处理方式通过-，上述过程都以并行方式实现，并构成 信号处理流水线。-的流程图如图 所示。三个 作业按顺序链接在一起，以创建处理流水线。第一（第二）作业的输出路径被配置为第二（第三）作业的输入路径。所有输出路径都是预先确定的，并在 上运行时自动创建。此外，表 列出了图 的键和值。表 不同情况下的关键字和值项目描述键 ，传感器识别码值 一个周期内 信号的字节流值 谱图值 统计特性值 型标签串行 和 -的总执行时间，是在不同的数据大小上测量的，数据大小从 增图 不同 的执行时间加到该大小的五倍。串行 仅在一个从属节点上执行，而 -在整个云平台上运行。结果如图 所示，说明了 -优于串行 在计算方面。的执行时间随着数据集大小的增加而急剧增加，而 相对地在逐渐缓慢地增加。结束语云计算技术是大数据处理的主要解决方案之一。三大主流云计算引入了 、和 等框架。基于这些云计算平台是用于变电设备监控中的大数据处理的平台，适用于多种场景，包括批处理和流处理。最后，研究了不同场景中的两个应用案例，验证了只有一种计算框架不能满足所有可能的要求。因此，所设计的混合云计算平台在复杂系统中具有广阔电气技术与经济 技术与应用/的应用前景，比如变电站二次设备状态监控系统，以及智能电网。参考文献 ，.-，.，.-（），.肖鹏.电力设备基于大数据的状态监测的技术方面和案例研究 ，：-.董琦，王萍.智能电网功耗和供电优化：数据通信可靠 性 影 响 分 析 高 电 压 技 术，（）：-.刘海军，李钢.面向中高压智能配电网的电力电子变压器建模方法与控制策略研究 电力系统保护与控制，（）：-.，.-，（）黄红，熊卓，王宇，等.基于大数据的变电设备状态多维感知及智能诊断系统的研究 电力大数据，（）：-.蒲天骄，乔骥，韩笑，等.人工智能技术在电力设备运维检修中的研究及应用 高电压技术，（）（收稿日期：2 0 2 2-1 1-1 5）（上接第 页）结束语人类正面临着紧迫的资源危机，发展绿色新能源，不断推进节能减排，是实现经济可持续发展与双碳目标的必要前提。建筑领域应响应国家环保号召，积极推进先进的绿色建筑规划。太阳能光伏发电技术发展相对成熟，在国内外众多建筑项目中有着创新性应用，初步实现了提高发电量、降低能源消耗的双重目的，充分说明了太阳能光伏发电技术与传统建筑相结合的巨大潜力。把建筑物作为一个消耗体，控制其能源消耗，把建筑物从一个消费者变成能源产生者、发电机，不仅可以节约能源，还可以自给自足。在未来，太阳能光电建筑仍需要降低建造成本，规范行业管理，以提高太阳能光电技术在降低建筑能耗的应用范围和应用效率，促进节能减排的充分实现。参考文献 刘冰，陈云丽，石盼第，等.济南农村冬季居住建筑节能改造措施 第 届全国建筑环境与设备技术交流大会文集，：-.刘秦见，王军，高原，等.可再生能源在被动式超低能耗建筑中的应用分析 建筑科学，（）：-.熊甜.绿色建筑与能源融合创新路径探索 中国电力企业管理，（）：-.谢国权.碳中和背景下的新型建筑能源供应方案初探 上海建材，（）：-.，-：，.-.，-.，.-，.范文慧.民用建筑中应用太阳能光伏发电系统的思考 智 能 建 筑 与 智 慧 城 市，（）：-.孙文峰，姚海清，张文科，等.超低能耗建筑可再生能 源 系 统 的 研 究 进 展 区 域 供 热，（）：-.夏前斌，王辉，马宏权，等.江苏省可再生能源建筑应用推广及案例 建设科技，（）：-.王沁芳，蒋桂庆，周雪涵.可再生能源建筑一体化技术应用国内外研究现状 洁净与空调技术，（）：-.徐伟，张时聪，张寅平，等.可再生能源蓄能技术在低能耗建筑的应用研究 建设科技，（）：-.（收稿日期：2 0 2 2-1 1-1 8）电气技术与经济 技术与应用