開放式CBM+網(wǎng)絡(luò)支撐平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

1、開放式 CBM 網(wǎng)絡(luò)支撐平臺關(guān)鍵技術(shù)研究魯麗萍，劉娟，鄒丹平中國電力科學(xué)研究院，北京市 海淀區(qū)100192Research on key technologies in the open CBMnetwork support platformLU Liping, LIU Juan, ZOU DanpingChina Electric Power Research Institute，Haidian district, Beijing,100192斷、進(jìn)而延長或縮短設(shè)備檢修周期，為決策層和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修人員提供可 靠、可信的計算結(jié)果。設(shè)備狀態(tài)信息不僅包括設(shè)備的當(dāng)前狀 態(tài)，也包括設(shè)備的歷

2、史狀態(tài)、家族狀態(tài)、電 網(wǎng)可靠性、環(huán)境、成本等因素，具體信息有 出廠信息、交接以及歷年預(yù)試、缺陷、檢修、 不良運(yùn)行工況、設(shè)備運(yùn)行位置、設(shè)備負(fù)荷情 況等數(shù)據(jù)。因此進(jìn)行狀態(tài)評估可能涉及的數(shù) 據(jù)量是非常龐大的，要從大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)中 了解設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展趨勢，或者了解同類設(shè) 備的質(zhì)量特征，需要借助專用的分析軟件2-4。按照國網(wǎng)公司 SG186 工程的統(tǒng)一要求 和部署，大部分網(wǎng)省已實現(xiàn)對各類系統(tǒng)的有 機(jī)集成，采用數(shù)據(jù)中心或 ESB 總線方式實現(xiàn) 數(shù)據(jù)的共享，基本完成了各類數(shù)據(jù)的收集任 務(wù)，而對數(shù)據(jù)有效加工處理，挖掘分析信息， 成為了新的研究課題。即對 CBM 的高級功 能故障診斷、預(yù)測評估、決策支持等方面的

3、 進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。本文介紹了一種基于 Web Services 技術(shù)的 CBM 網(wǎng)絡(luò)支撐平臺，對 其的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，所構(gòu)建的開放式平 臺，使得各專業(yè)人員專注于各自領(lǐng)域，可以 分別完成專業(yè)功能后再進(jìn)行集成。1 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)立足于掌握設(shè)備的狀態(tài)，以反映輸 變電設(shè)備健康狀況的狀態(tài)量指標(biāo)為基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)，應(yīng)具備強(qiáng)大廣泛的數(shù)據(jù)收集功能。國家 電網(wǎng)公司狀態(tài)評價導(dǎo)則和規(guī)程指導(dǎo)下，對在Abstract: Obtaining the status of network equipment and calculations based on the data analysis are key elements

4、in building a comprehensive monitoring platform for the power grid. Equipment status related information covers a wide range of data from different systems and brings some difficulties to the platform building. This paper focuses on the architecture design, model construction, algorithm integration,

5、 standard communication protocol and other key technologies inthe open CBM support platform, and gives somerecommendationsMaintenance.ontheConditionBasedKeywords: Electrical equipment; ConditionMaintenance; OSA-CBM; Web ServicesBased摘要: 為電網(wǎng)建立完善的監(jiān)視平臺首要是掌握電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)并基于此進(jìn)行分析計算。設(shè)備狀態(tài)相關(guān) 的信息所涉及的數(shù)據(jù)面廣，且分別來源于不同的

6、系 統(tǒng), 為平臺構(gòu)建帶來一定難度。本文研究設(shè)計開放 式 CBM 支撐平臺的的體系架構(gòu)、模型構(gòu)建、算法 集成調(diào)用、標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約等關(guān)鍵技術(shù)，并給出關(guān)于 狀態(tài)檢修工作的建議。關(guān)鍵詞: 電氣設(shè)備；狀態(tài)檢修； OSA-CBM ； WebServices0 引言智能電網(wǎng)監(jiān)視體系中非常重要的一部 分是對電氣設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的掌握1，通過加 強(qiáng)對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的全面收集，并對數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析挖掘，實現(xiàn)對設(shè)備壽命預(yù)測、故障診線數(shù)據(jù)、離線檢測、 運(yùn)行巡視數(shù)據(jù)采集，對狀態(tài)劣化和趨勢不良的設(shè)備及時發(fā)布狀 態(tài)預(yù)警消息，以系統(tǒng)的健康評價結(jié)果為參 考，通過智能決策，動態(tài)調(diào)整檢修周期和檢 修項目，降低檢修成本、縮短檢修停電時間、 延

7、長設(shè)備壽命，并能為設(shè)備檢修、電網(wǎng)調(diào)度、 營銷等部門提供相關(guān)決策輔助信息5-6。參 考 開放式 的 狀態(tài)檢 修 系統(tǒng)框 架 OSA-CBM 將狀態(tài)檢修系統(tǒng)從技術(shù)上劃分為 七層，即數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)處理層，狀態(tài)監(jiān) 測層，健康評估層和預(yù)測診斷層、決策支持 層和展示層8， 建立了從數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)處 理數(shù)據(jù)分析監(jiān)測預(yù)警狀態(tài)評價數(shù) 據(jù)診斷 決策支持 的完整知 識體系。 OSA-CBM 七層層次模型見圖 1。其中，實 現(xiàn) CBM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型各層功能可采用各種 中間件技術(shù) ，對于本地 和局域網(wǎng)， 使用 EJB(Enterprise Java Beans)等技術(shù)實現(xiàn)，對于 廣域網(wǎng)和 Internet 網(wǎng)的情況，采

8、 用 Web Services 技術(shù)。這里主要采用 Internet 下基于 Web Services 的分布式綜合診斷系統(tǒng)模型的 實現(xiàn)。松散結(jié)合，不同功能組件可以自由分布在網(wǎng)絡(luò)上，異地協(xié)同工作。不同功能的系統(tǒng)組件 (如數(shù)據(jù)采集、故障預(yù)測、狀態(tài)監(jiān)測等)分別 處于不同的地域，它們通過標(biāo)準(zhǔn)的 OSA CBM 數(shù)據(jù)接口、協(xié)議和服務(wù)集成在一起， 提供設(shè)備診斷功能。在實際中，經(jīng)常遇到這樣的問題，由于 各地使用的輸變電設(shè)備各不相同，對應(yīng)的試 驗也不同，采用組件化設(shè)計可以使用戶定制 設(shè)備的某幾個試驗項目，各個不同地段的用 戶可以根據(jù)實際需求定制所需要的組件。采 用基于 Web Services 技術(shù)構(gòu)建的

9、CBM 框架 結(jié)構(gòu)，能夠很好的綜合來自于不同地域、不 同領(lǐng)域的專家的特點，發(fā)揮各自的專業(yè)和技 術(shù)優(yōu)勢。這樣設(shè)計的優(yōu)點使得系統(tǒng)的組成并 非由標(biāo)準(zhǔn)定義的所有組件構(gòu)成，而是根據(jù)用 戶的實際需求自由裁剪，同時具有相同功能 的標(biāo)準(zhǔn)組件可以互相替換，系統(tǒng)具有最大靈 活度。這樣的網(wǎng)絡(luò)化平臺，充分利用了網(wǎng)絡(luò) 化資源，實現(xiàn)了異地資源的最大化。2.2 開放性的系統(tǒng)架構(gòu)各業(yè)務(wù)應(yīng)用通過通用的、基于 SOA 架 構(gòu)的集成平臺實現(xiàn)集成，將狀態(tài)維修系統(tǒng)看 做一個普通的業(yè)務(wù)應(yīng)用，能夠直接支持 SOA 架構(gòu)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，可以按照接口 規(guī)范將其各個功能層的業(yè)務(wù)封裝成 Web Services，注冊到 ESB，同時能夠調(diào)用

10、其他 系統(tǒng)（生產(chǎn)管理、ERP 系統(tǒng)、在線監(jiān)測）提 供的服務(wù)，見圖 2 所示。圖 1. OSA-CBM 七層層次模型Figure 1. OSA-CBM Seven-Layer Model圖 2 企業(yè)服務(wù)總線（ESB）有效組織來自不同系統(tǒng)的服務(wù)，服務(wù)消費(fèi)者通過相關(guān)協(xié)議和 接口實現(xiàn)服務(wù)的調(diào)用Figure 2. An ESB hosts a large collection of services from different systems. Protocols and service interfaces provide connectivity between serviceconsumer a

11、nd the deployed services該七層層次模型保持了各層數(shù)據(jù)和功能的相對獨(dú)立性，每層數(shù)據(jù)都可以與其他系統(tǒng) 進(jìn)行單獨(dú)交互。2 開放的狀態(tài)檢修系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)2.1基于 Web Services 的組件化設(shè)計采用 Web Services 技術(shù)設(shè)計為組件間的服務(wù)消費(fèi)者是一個抽象的概念，所有參與集成的業(yè)務(wù)應(yīng)用都可以是服務(wù)消費(fèi)者，服 務(wù)消費(fèi)者通過標(biāo)準(zhǔn)方式（SOAP over HTTP 或者 SOAP over JMS）調(diào)用服務(wù)總線上的服 務(wù)，數(shù)據(jù)采用 XML 格式組織，當(dāng)請求數(shù)據(jù) 進(jìn)入服務(wù)總線后，服務(wù)總線調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù) 服務(wù)。各層次的產(chǎn)品都為專業(yè)廠商提供，滿 足標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。2.3 靈活、可

12、配置、可擴(kuò)展的系統(tǒng)平臺技 術(shù)數(shù)據(jù)分析后臺管理功能及技術(shù)，實現(xiàn)參 數(shù)類型自由配置功能，通過后臺配置能夠修 改監(jiān)測參數(shù)類型 ，監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理顯示方 法、增加監(jiān)測參數(shù)；系統(tǒng)支持不同類型狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備接入， 采用最大化的設(shè)計模式，包含所有主要設(shè)備 狀態(tài)監(jiān)測的功能，實際應(yīng)用中只需根據(jù)變電 站的具體要求按需配置；支持模板化增加頁面，通過配置生成頁 面；用戶可調(diào)整頁面需要顯示的數(shù)據(jù)。2.4 CBM 動態(tài)模型構(gòu)建模型構(gòu)建過程中，需要解決狀態(tài)檢修系 統(tǒng)自身對數(shù)據(jù)廣度和專業(yè)深度的需求，因此 需要構(gòu)建兩類模型。一是建立各類設(shè)備的動態(tài)數(shù)據(jù)模型，包 括設(shè)備的銘牌信息、運(yùn)行工況、運(yùn)行環(huán)境、 運(yùn)行經(jīng)歷、檢修狀況、預(yù)防性試驗結(jié)

13、果和在 線監(jiān)測結(jié)果等，其中有些信息具有明顯的區(qū) 域特征，在影響設(shè)備狀態(tài)的上述信息中，試 驗信息最為復(fù)雜，例如試驗數(shù)據(jù)各地試驗方 法各不相同，因此設(shè)計動態(tài)模型可以適應(yīng)不 同地區(qū)的實際需要，既能動態(tài)增減試驗項 目，又能擴(kuò)充試驗項目的測量量；還能根據(jù) 需要自動調(diào)整模板的樣式。采取將試驗參量 顆?；囼烅椖磕０蹇膳渲没?，試驗參量 計算可編碼化，實現(xiàn)通用化、最大化、專業(yè) 化。二是設(shè)計可擴(kuò)展和可配置的診斷分析 模型，提供對不同算法、軟件以及新的監(jiān)測 技術(shù)的接口，積木式搭建通用評價分析平臺，使得各專業(yè)廠商可以專注于自身的優(yōu)勢技術(shù)與產(chǎn)品，而不必各自開發(fā)互不兼容的完 整 CBM 系統(tǒng)。同時，開放式架構(gòu)也有利于

14、 規(guī)范設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修軟硬件產(chǎn)品 的研發(fā)，提高不同廠商產(chǎn)品的可互換性和可 互操作性，使用戶可以在更寬的范圍內(nèi)選擇 產(chǎn)品，增強(qiáng)系統(tǒng)集成能力。參考 IEC61970、 IEC61968 的 CIM 模型，DL/T860 和變電設(shè) 備在線監(jiān)測系統(tǒng)導(dǎo)則等規(guī)范，對系統(tǒng)集成的 廠家提出接口要求。2.5 接口類型和傳輸規(guī)約與其他信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口管理功能； 基于對設(shè)備及數(shù)據(jù)分析模型建模，對外提供 符合 IEC61850,IEC61970 標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用接口； 1)以 Web Services 技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享， 通過與生產(chǎn)管理系統(tǒng)信息的交互，完成設(shè)備 臺賬、狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備巡視、試驗數(shù)據(jù)等相 關(guān)信息的聯(lián)動。

15、通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)獲取各類 輸變電設(shè)備的臺帳、位置、運(yùn)行、試驗、檢 修、技改、缺陷等數(shù)據(jù)。針對生產(chǎn)管理系統(tǒng) 統(tǒng)一開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的接口，接口具備按照整個變 電站、整條線路、某類設(shè)備、單個設(shè)備等方式獲取關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的功能。2)采用數(shù)據(jù)中心方式，通過數(shù)據(jù)庫連接， 將設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的信息、各層次模型的數(shù)據(jù) 輸出結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，供其他系 統(tǒng)調(diào)用。2.6 算法包與應(yīng)用模塊集成方式診斷算法調(diào)用模塊是采用設(shè)備狀態(tài)檢 修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并綜合應(yīng)用專家知識系統(tǒng)的分 析方法而設(shè)計封裝的各類設(shè)備、各類狀態(tài)量 的診斷算法、故障模型、設(shè)備評估算法及輔 助檢修算法。該算法庫可獨(dú)立支持設(shè)備狀態(tài) 分析應(yīng)用功能的實現(xiàn)(設(shè)備診斷、設(shè)備狀態(tài)評

16、估、風(fēng)險評估、檢修決策)，利用設(shè)備試驗數(shù) 據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析出較為具體的故障 原因和部位，指導(dǎo)制定科學(xué)的設(shè)備運(yùn)維策 略，算法集成調(diào)用示意見圖 3。完善，例如通過故障模型比較、模型系數(shù)微調(diào)等方法提高診斷的正確性。由于單個參量 的變化對整體的影響變化速率過大，應(yīng)當(dāng)對 參量采用更精細(xì)化的粒度，進(jìn)一步優(yōu)化模 型。3)考慮在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對設(shè)備狀態(tài)的評 價，加強(qiáng)歷史數(shù)據(jù)的綜合利用：在線監(jiān)測數(shù) 據(jù)是在運(yùn)行電壓下監(jiān)測到的實時數(shù)據(jù)，比預(yù) 防性試驗所測量的數(shù)據(jù)更能真實反映設(shè)備 的狀態(tài)7，但由于目前在線監(jiān)測數(shù)據(jù)受電磁 環(huán)境、溫度、濕度等影響較大，造成經(jīng)常出 現(xiàn)誤判的情況。依據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對設(shè)備狀 態(tài)評價是必然的發(fā)展

17、趨勢，但狀態(tài)檢修相關(guān) 的標(biāo)準(zhǔn)中，并未將在線監(jiān)測納入設(shè)備評估 中，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)如何參與評價，怎樣將設(shè) 備運(yùn)行的實時數(shù)據(jù)反映到設(shè)備整體評價中， 都沒有相應(yīng)的參考。此外，在線監(jiān)測在我國 已經(jīng)開展多年，應(yīng)加強(qiáng)歷史數(shù)據(jù)的綜合利 用，通過對已有的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析制定相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)很有必要。4)提升試驗數(shù)據(jù)在狀態(tài)評估的比重：在 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的多種因素中，設(shè)備投運(yùn)前數(shù) 據(jù)相對固定，單個設(shè)備的不良運(yùn)行工況數(shù)據(jù) 也較少，巡檢數(shù)據(jù)可深入挖掘部分不多、而 試驗數(shù)據(jù)涵蓋的狀態(tài)量種類最多，包含的信 息最復(fù)雜，應(yīng)在此方面繼續(xù)挖掘、深度鉆取， 根據(jù)多年試驗數(shù)據(jù)分析特征量之間的關(guān)聯(lián) 變化和設(shè)備故障間的關(guān)系，掌握設(shè)備狀態(tài)的 發(fā)展趨勢

18、，建立基于試驗數(shù)據(jù)的故障分析模 型和趨勢預(yù)測算法。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)的趨勢發(fā) 展考慮試驗數(shù)據(jù)對狀態(tài)評估的影響。4 結(jié)語構(gòu)建開放式狀態(tài)檢修平臺可以更好的 將各專業(yè)人員進(jìn)行組織，將設(shè)備各類狀態(tài)數(shù) 據(jù)有效地得以利用，為更準(zhǔn)確的判定設(shè)備狀 態(tài)和提供輔助決策建議提供了技術(shù)支持。同 時，在融合設(shè)備資產(chǎn)信息后，開放式狀態(tài)檢 修平臺也為實現(xiàn)電網(wǎng)資產(chǎn)的全壽命管理奠 定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。圖 3. 算法集成調(diào)用示意圖Figure 3. A schematic diagram of algorithm integration and call.1)高級應(yīng)用算法以值參函數(shù)的方式提供，在實現(xiàn)上通過接收調(diào)用者的輸入?yún)?shù)， 將計算結(jié)

19、果直接返回給調(diào)用者，如果需要實 時訪問數(shù)據(jù)庫，則通過主站的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問 組件來訪問數(shù)據(jù)庫；2)應(yīng)用算法包將算法的接口定義和算法 實現(xiàn)分開，接口方式不變，如需修改只修改 實現(xiàn)部分；3)對于集成的在線監(jiān)測裝置廠家的算 法，由廠家封裝動態(tài)鏈接庫，采用動態(tài)鏈接 庫的方式進(jìn)行調(diào)用；或者在定義的接口中定 義算法的返回結(jié)果，由底層裝置系統(tǒng)計算后 發(fā)送到在線監(jiān)測系統(tǒng)，再通過系統(tǒng)接口發(fā)送 到狀態(tài)檢修系統(tǒng)中。3 對狀態(tài)檢修工作的建議結(jié)合在狀態(tài)檢修方面的工作經(jīng)驗并綜 合現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對狀態(tài)檢修工作提出以 下建議：1)研究各種分析方法，完善標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋 層面：在狀態(tài)檢修的高級功能方面，例如故 障診斷、壽命預(yù)測、輔助決策等方面缺乏相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，此方面的專家知識不完備，造 成系統(tǒng)建模困難，未能充分利用設(shè)備狀態(tài)評 分的結(jié)果，對如何預(yù)測設(shè)備壽命、判斷故障 原因等方面缺乏全面的專家知識。此方面的 研究工作應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。2)構(gòu)造可變模型，細(xì)化參量粒度，增強(qiáng) 評價結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度：傳統(tǒng)的閾值診 斷