基于大数据的变电设备智能监控分析系统的制作方法

本发明属物联网的智能运维管理的技术领域，尤其涉及一种基于大数据的变电设备智能监控分析系统。

背景技术：

随着安全高效的电力供应、清洁能源需求的增长，能源短缺和可持续发展的问题凸显，智能电网已成为全球电力行业发展的核心动力。在我国，国家电网公司提出构建具有信息化、自动化和互动化特征的、坚强智能电网的目标，实现电力流、信息流和业务流的高度一体化融合。

各发电集团和供电公司作为智能电网中的重要基础和节点支撑，是建设坚强智能电网实现能源转换和控制的核心内容之一。目前，各发电集团和供电公司所配置的火灾报警、雷电检测、环境监测、检修管理等辅助生产控制系统在其大规模发展过程中已经积累了大量的、有利用价值的变电设备状态监测历史数据。现有的状态监测与诊断装置设备类型较多，接口各不相同。这些状态监测数据往往存储在不同的数据库中，无法实现数据共享，难以有效对各个变电设备状态进行综合分析。同时，随着数据规模的增加以及更新速度的加快，传统的数据分析越来越难以有效满足变电站智能化运转的需求。因此，迫切需要研发一种能够支持海量高速设备状态监测数据存储和分析的智能监控分析平台。

近年来，随着云计算、大数据处理等相关领域技术的迅速发展，越来越先进的技术在智能监控分析中得到了应用。hadoop作为一种主流的海量数据处理平台，能够通过对任务的分解与聚合操作，实现并行的数据处理与分析，保证分析效率，为电网中设备监测数据的存储和分析提供了技术基础。然而，电网设备监测数据既存在结构化数据，又存在非结构化数据，且来源多种多样，具有不同的采集频率以及通信方式。同时，还需要对突然发生的事件（如设备故障）进行及时分析，这就要求针对于电网设备监测业务的特点，设计研发出一套合适的设备监测大数据存储与分析解决方案。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种运维效率高，可有效提高国家电网公司运维管理水平，降低运维成本，实现各种电气设备全局监控和故障预测诊断的基于大数据的变电设备智能监控分析系统。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

基于大数据的变电设备智能监控分析系统，其特征在于，包括中心监控系统和终端系统；

所述中心监控系统主要完成多源数据接入和存储，提供分析流程快速构建功能，并调用所封装的分析算法服务对数据进行多维度、多尺度关联分析；同时，通过业务子系统提供对设备的全局监控、远程维护、电源管控、安全控制和故障分析以及预测功能；

所述终端系统主要负责对变电站本地数据进行加密、数据重传控制以及数据源接口适配，并通过vpn有线和gprs无线两种接入方式向数据采集服务器发送数据。

作为一种优选方案，本发明所述中心监控系统包括：

（1）数据源层：包括分布在各发电集团和供电公司的各种电气设备辅助管理系统；

（2）采集接入层：解决分布在各发电集团和供电公司的各种电气设备辅助管理系统间的数据语义转换匹配问题；提供通用的数据接口api，并通过对行业术语的定义、维护以及术语间的匹配转换规则，实现业务数据转换功能；同时提供基于纵向加密技术的消息通信机制；

（3）数据管理层：满足电网系统中结构化和非结构化数据存储需求。同时提供时间序列数据的快速存储；

（4）数据分析处理引擎层：内置电网设备监控数据查询引擎，支持丰富查询语义；同时降低大数据分析门槛；

（5）基础数据服务层：提供接近分析目标的分析业务流程，通过分析业务与分析算法的分离，进而实现分析流程的快速构建；

（6）数据应用层：向最终用户提供设备全局监控、故障预测诊断、远程维护、电源管控、安全控制、视频诊断、风险源管理、应急预案管理、安全隐患管理和事后评估管理功能。

以某一地市供电公司“变电设备智能监控分析平台”为例，市级供电公司配置中心监控系统1套。其实现的功能是全局监控、远程维护、安全控制、故障分析预测、融合存储、数据存储等功能。市级供电公司下属有若干个变电站，每个变电站配置终端系统1套，主要实现加密服务、qos保障服务等功能，变电站终端系统通过vpn或gprs等方式接入至市级供电公司中心监控系统，实现对所有设备进行全局监控、远程维护、电源管控、安全控制和故障分析以及预测功能。

市级供电公司变电设备智能监控分析平台中心监控系统预算为150万元，每个变电站终端系统预算为12万元，每个市级供电公司拥有下属变电站平均约为100个，变电站预算合计为1200万元。每个市级供电公司能源智能监控分析平台项目总预算为1350万元。我国目前现有661个市，其中直辖市4个、地级市283个、县级市374个。能源智能监控分析平台若在全国智能电网进行全面应用，将产生巨大的经济效益和社会效益。本系统的研发，可实现各种电气设备的全局监控和故障预测诊断，提高运维人员的工作效率，进而有效提高国家电网公司运维管理水平，提高运维效率，降低运维成本。保证了国家电网的更好、更稳定的运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明系统整体结构示意图。

图2为本发明基于大数据的变电设备智能监控分析平台的结构框图。

具体实施方式

如图所示，基于大数据的变电设备智能监控分析系统，包括中心监控系统和终端系统；

所述中心监控系统主要完成多源数据接入和存储，提供分析流程快速构建功能，并调用所封装的分析算法服务对数据进行多维度、多尺度关联分析；同时，通过业务子系统提供对设备的全局监控、远程维护、电源管控、安全控制和故障分析以及预测功能；

所述终端系统主要负责对变电站本地数据进行加密、数据重传控制以及数据源接口适配，并通过vpn有线和gprs无线两种接入方式向数据采集服务器发送数据。

本发明中心监控系统包括：

（1）数据源层：包括分布在各发电集团和供电公司的各种电气设备辅助管理系统；

（2）采集接入层：解决分布在各发电集团和供电公司的各种电气设备辅助管理系统间的数据语义转换匹配问题；提供通用的数据接口api，并通过对行业术语的定义、维护以及术语间的匹配转换规则，实现业务数据转换功能；同时提供基于纵向加密技术的消息通信机制；

（3）数据管理层：满足电网系统中结构化和非结构化数据存储需求。同时提供时间序列数据的快速存储；

（4）数据分析处理引擎层：内置电网设备监控数据查询引擎，支持丰富查询语义；同时降低大数据分析门槛；

（5）基础数据服务层：提供接近分析目标的分析业务流程，通过分析业务与分析算法的分离，进而实现分析流程的快速构建；

（6）数据应用层：向最终用户提供设备全局监控、故障预测诊断、远程维护、电源管控、安全控制、视频诊断、风险源管理、应急预案管理、安全隐患管理和事后评估管理功能。

基于大数据的变电设备智能监控分析平台是针对各发电集团和供电公司的电气设备监测数据融合和存储分析为主要需求，研究电气设备监测数据融合方法和分析技术，集成hadoop大数据技术和面向服务的软件开发技术，开发出的基于大数据的变电设备智能监控分析平台。

本发明集hadoop框架技术，以整合各个系统中的数据实现孤立系统间的智能联动，并在数据整合的基础上运用大数据技术对各种电力设备的监控状态以及环境状态进行关联分析，实现各种电气设备的全局监控和故障预测诊断，提高运维人员的工作效率，进而有效提高国家电网公司运维管理水平，提高运维效率，降低运维成本。

本发明可提供设备全局监控、故障预测诊断、远程维护、电源管控、安全控制、视频诊断、风险源管理、应急预案管理、安全隐患管理和事后评估等管理功能。

平台分终端系统和中心监控系统2个系统，分别部署于变电站服务器和中心监控服务器。终端系统负责对变电站本地数据进行加密、数据重传控制以及数据源接口适配，通过vpn有线和gprs无线两种接入方式向数据采集服务器发送数据。中心监控系统完成多源数据接入和存储，提供分析流程快速构建功能，并调用所封装的分析算法服务对数据进行多维度、多尺度关联分析；并通过业务子系统提供对设备的全局监控、远程维护、电源管控、安全控制、故障分析以及预测功能。

数据源层：数据源层主要包括分布在各发电集团和供电公司的各种电气设备辅助管理系统，是数据采集的对象。

采集接入层：主要采用数据适配器转换原理，解决分布在各发电集团和供电公司的各种电气设备辅助管理系统间的数据语义转换匹配问题。通过对数据库的封装，提供通用的数据接口api，并通过对行业术语的定义、维护以及术语间的匹配转换规则，实现业务数据转换功能。同时，考虑到电网系统中数据通信的安全性和质量需求特点，针对于分布在偏僻地区无人值守变电站的设备信息采集问题，提供基于纵向加密技术的消息通信机制。

数据管理层：主要采用hadoop框架技术，内置多种数据存储引擎，满足电网系统中结构化和非结构化数据存储需求。同时，针对于电网系统中大量存在的时间序列数据，采用数据缓存的方式，基于流式计算框架提供时间序列数据的快速存储。

数据分析处理引擎层：主要内置电网设备监控数据查询引擎，支持丰富查询语义。同时，结合大数据并行分析引擎，通过大数据与小数据的无缝衔接，降低大数据分析门槛。

基础数据服务层：电网系统中存在快速构建分析业务流程以发现设备故障、进行设备故障诊断、故障解决方案推荐等业务需求。为此，采用服务封装技术对底层分析算法进行封装，采用分析流程模板固化领域分析经验，内置多种分析流程模板，如运维成本分析、物理资产模型等。从而，利用分析流程模板推荐技术提供接近分析目标的分析业务流程，通过分析业务与分析算法的分离，进而实现分析流程的快速构建。

数据应用层：利用数据采集以及分析结果，向最终用户提供设备全局监控、故障预测诊断、远程维护、电源管控、安全控制、视频诊断、风险源管理、应急预案管理、安全隐患管理和事后评估管理功能。其中，全局监控主要提供远程浏览变电站远动系统、保护管理子站、故障录波、视频监控等二次设备的显示画面的功能。故障预测诊断主要提供设备状态故障预测以及故障诊断功能，并将告警信息生成标准的告警条文，通过dl476或iec-104规约直接以文本格式传送到运维中心。远程维护主要通过智能运维管理系统使用一套或数套键盘、鼠标、显示器对变电站的多台设备基于ip的bios级远程管理与控制。电源管控主要实现变电站全部设备电源的开、关、重启等操作。安全控制主要记录运维人员对被控设备远程操作时的操作画面，用以规范操作人员行为。视频诊断主要是通过远程视频数据采集，分析事故与视频中关键区域中的关联关系，以发现风险隐患以及事故源。风险源管理主要完成风险源识别、评估以及分析功能。应急预案管理主要负责应急预案制定、应急预案模拟以及评估。安全隐患管理主要完成安全隐患识别、评级和追踪功能。事后评估管理主要完成故障预后评估、事件收集等功能。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果。只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。