基于高阶杆塔建模的输电线路巡线抢修决策平台的设计

林晏，廖晓春，王慧琼

（1.云南电网有限责任公司曲靖供电局，云南 曲靖 655000；2.武汉华电顺承科技有限公司，湖北 武汉 430071）

0 前言

目前输电线路的杆塔建模在应用领域存在明显的功能局限，如提升基建效率的三维和网络拓扑建模[1]、构件与所受风荷载之间可靠性关系参数建模[2]、支持人工智能快速辨识的数字化形态建模[3]以及面向事故分析和运维指导的过程建模[4-5]等，特征是专业性强、侧重设计验证、采用离线运行，因此存在重复建设、信息孤岛、数据异构及共享不充分等问题。

此外，杆塔模型受电力系统信息安全防护严格分区的技术层面软约束，不同部门信息获取渠道及发布时机不同步[6]，缺乏统一协调机制[7]，人工干预环节过多，制约了继保智能化[8-9]和调控一体化的管理水平。

本文根据杆塔信息与调度管控各环节的耦合特性提出了一种基于高阶杆塔建模的输电线路巡线抢修决策平台设计方法，通过数据、内联、控制和接口四层架构整合杆塔数据，解决杆塔信息在事故处置指令流转环节中的一致性和数据无延时跨区同步问题，满足精益管理和高效运维的要求。

1 当前巡线抢修机制

现行巡线抢修机制划分为实时区和非实时区：电网故障的信息采集和事故诊断、控制指令等信息在实时区；户外巡检、事故上报、台账维护等信息在非实时区，整个过程涉及多个部门和专业口，各环节存在极大延时。如图1所示。

图1 现行巡线抢修机制

由图1可见，实时区和非实时区各专业间对不同专业的信息需求差异考虑不足，数据处理成本高。

2 平台设计

2.1 输电线路巡线抢修决策平台

根据电力系统的调度职能和输电线路巡线抢修流程特点，按数据层、内联层、控制层和接口层的纵向递进模式设计平台，各层之间由数据管理、数据抽象、业务处理和端口处理模块进行交互，层内部信息处理保证独立性和灵活性，如图2。

图2 输电线路巡线抢修决策平台

2.1.1 平台架构

1）数据层：平台的核心部分，负责处理基础杆塔台账信息、运行后的实时库信息、历史信息以及服务于数据管理模块的时态信息。

2）内联层：负责处理平台杆塔模型内部数据同外部业务查询之间的快速转换和逻辑隔离。

3）控制层：负责处理外部请求与模型数据之间的指令翻译和横向协调，横向协调内容包括实时区和非实时区之间的信息同步、与外部系统的数据共享、传输机制等。

4）接口层：负责接收和处理人工请求指令和厂站端自动采集信息的汇集。

2.1.2 四层架构模型设计原则

1）强一致性。模型数据的维护和同步由内联机制完成，信息变更的发布采用实时驱动方式，所有静态存储单元和动态接口请求所获取的信息同步更新且保持一致。

2）低耦合性。功能实现分层递进，各层模块独立实现和运行，相互通过消息机制进行脱敏通信，模块之间采用实时库进行信息同步和交互，单个模块的更新和退出不影响其他模块，数据与具体存储位置（本地、网络）、载体（文件、数据库等）无关，模型系统通过发布推送渠道自动告警和隔离故障域。

3）高安全性。模型对外提供统一接口和调用方法，应用层和数据层隔离，外部指令不能直接修改数据库原始信息，实时库中的信息以身份校验和指令合法性校验双重认证方式更新，实时库信息回写到数据库之前需二次授权。

2.2 巡线抢修决策平台的运作机制

图3 巡线抢修决策平台运作示意图

基于高阶杆塔建模的输电线路巡线抢修决策平台将故障采集、厂站监视、调度系统、管理系统、输电所及设备部等监视信息和专业请求纳入到一个层面，人员通过各自终端渠道访问平台的接口，由平台统一处理专业信息差异、数据流转、诊断分析、存储映射、归档发布等业务，信息由平台内部处理及跨区同步，与调用请求无关。如图3。

平台以接口层统一获取和处理故障实时信息及各专业异步查询请求，平台内部完成信息整合、计算、归集等，对各级用户提供反馈、推送和发布服务。故障处置对信息的获取进行异步化处理，调控中心和其他专业能够在同一平台上同步获取信息，缩短了信息流转时间。故障处置流程图如图4所示。

图4 基于高阶杆塔模型的故障处置流程图

决策平台将实时区和非实时区的信息发布进行了统一和同步。

3 高阶杆塔建模设计关键点

将杆塔台账、运行信息以及历史记录数据等组织起来统一管理，抽象出杆塔结构特点，建立虚基类。导入描述杆塔的各类动态或静态数据，根据建立的虚基类派生出不同类型杆塔的描述类，如直线塔、转角塔等，消纳吸收台账等杆塔信息建立实例，存入数据库。

图5 杆塔模型类

将杆塔离散、笼统的数据细分为制造信息、基建信息运行信息及调度信息，未识别的信息归为其他，按照数据特点可分为静态数据和动态数据，如制造信息属于静态信息，消缺记录属于动态信息。静态数据采用将杆塔的台账过滤后导入的方式；动态数据采用基于日志解析的方式来获取信息，以保证其时效性。

各专业对杆塔数据的运用习惯和解读方式有所区别，对静态信息或动态信息的读取存在语义或数据无法识别的情况。

采用模式匹配，依据为属性的相似度，其简易的测度公式：

式中S1,S2是表示属性的数字和文字组合，PR（Pattern Recognition Algorithms）表示匹配算法，其方法如下：

1）相似测度：采用相似测度时，对于一个输入属性特征量V={v1，v2，…，vn}，标准属性特征量为R={r1，r2，…，rn}，它们之间的距离为d，其定义为：

标准属性与输入属性的距离计算出来以后，找出距离小于阈值的属性值，即相似度较大，完成了输入属性的识别任务；

2）模糊测度：所有属性组合空间设为Ω，其中有k个属性，Ω={C1，C2，…，Ck}，取样本F={f1，f2，…，fk}，其目的是将各异构的杆塔属性转换成标准语义。设定一个属性库，其中包含有每个属性Ci的不同部门、定义或专业的解读。如果杆塔各项属性在库中匹配成功，即对任意i(1≤i≤k)，有fi∈Ci，那么将此样本规范化。对于在匹配过程中难免存在不识别的情况，可进行人工干预，随着杆塔属性库的积累，转换率也将会提高。

4 应用分析

1）基于高阶杆塔建模的数据在导入和查询批量参数时对信息增量不敏感，这是由模型对基础数据的异步处理特性决定。

2）在数据更新最大延时方面，过去由于实时区和非实时区的同步方面依靠人工手段，当平台将同步功能内置化后，信息发布具有零延时优势。

3）高阶平台运用了多源异构数据挖掘算法后的首次杆塔定位精度明显提高。

5 结束语

输电线路杆塔故障的户外抢修的管控是调控最大的盲区，也是电网事故上报信息化最滞后的环节，本文根据杆塔信息在各专业间流转的特征提出了一种低耦合高内聚特征的高阶杆塔建模方法，提供接口层、控制层、内联层和数据层逐级递进的方式重建杆塔模型，并据此设计了新型输电线路巡线抢修决策平台。特点在于：应用与计算分离。不同专业的数据请求通过统一接口实现；信息流转快；电网事故监视诊断和输电线路户外杆塔抢修的信息保持双向传递及同步，延伸了调度对电网故障处置的管控能力；适用性强，提供统一决策支持，解决了信息孤岛和数据碎片问题，提升了输电线路巡线抢修的效率。