电气设备实时敏感信息自动化监测系统设计

李海瑜

摘  要： 为确定电气设备运行状态，保障电气设备正常运行，设计一种电气设备实时敏感信息自动化监测系统。传感器单元采集各分散电气设备的运行温度信息，传输到信息汇总模块中完成信息汇总，并将汇总结果传输至整体判断与分析模块;整体判断与分析模块对电气设备运行温度信息实施降噪、特征提取等预处理，预处理后的信息同SQL数据库内历史运行信息对比，利用敏感信息联盟决策判断是否电气设备运行敏感信息后，将全部信息与结果存储至SQL数据库内，并通过互网络反馈给显示模块，实现实时敏感信息的自动化监测。仿真结果显示，所设计系统可准确采集电气设备不同节点温度数据，从采集到的温度数据中准确判断出敏感信息，通过监控界面监测敏感信息。

关键词： 敏感信息监测; 自动化监测; 电气设备; 采集温度信息; 信息汇总; 联盟决策; 仿真实验

中图分类号： TN931+.3?34; TM711               文獻标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2020）04?0001?03

Design of automation monitoring system for real?time sensitive information

of electrical equipment

LI Haiyu1，2

（1. Tsinghua University， Beijing 100084， China; 2. State Power Investment Group Logistics Co.， Ltd.， Beijing 100011， China）

Abstract： An automatic monitoring system for real?time sensitive information of electrical equipment is designed to confirm the running state of electrical equipment and ensure its normal operation. The sensor unit collects the operating temperature information of the each dispersed electrical equipment， transmits them into the information summary module to complete the information aggregation， and transmits the summarized results to the overall judgment and analysis module. The overall judgment and analysis module carries out the pre?processing such as noise reduction and feature extraction for the operating temperature information of electrical equipment. The preprocessed information is compared with the historical operation information in the SQL database to judge whether the electrical equipment is running sensitive information by means of the sensitive information union decision?making， and then store all information and results in the SQL database and feedback to the display module with the mutual network， so as to realize the automatic monitoring of sensitive information in real time. The simulation results show that the designed system can accurately collect the temperature data of different nodes of electrical equipment， accurately judge the sensitive information from the collected temperature data， and monitor the sensitive information with the monitoring interface.

Keywords： sensitive information monitoring; automation monitoring; electrical equipment; collect temperature information; information summary; union decision?making; simulation experiment

0  引  言

当前社会科学技术快速发展、工业规模逐渐扩大，电气设备自动化程度日渐上升，以节约成本与减少设备维护费用为目的的电气设备运行状态管理成为电力领域的研究热点[1]。电气设备运行状态管理即从以往按照计划部署电气设备修理时间的模式改为电气设备运行状态判断电气设备维护、大修的时间[2]。确定电气设备运行状态是管理的基础，即实时监测电气设备运行过程中不同相关参数的变化趋势[3]，是否存在相关参数的敏感信息。例如，电气设备各类故障之中最为常见的就是热故障[4]，电气设备的运行温度信息就是一项重要参数。

1  电气设备实时敏感信息自动化监测系统

1.1  系统整体架构设计

电气设备实时敏感信息自动化监测系统设计目的是构建一个开放的集散系统，集成管理分散的不同电气设备，完成单个系统不能实现的功能。敏感信息自动化监测作为电气设备故障预测的关键技术，主要包括选取监测参数、构建数据库、确定测量点、采集监测数据及敏感信息判断等工作[5]。系统整体结构如图1所示。

系统整体架构设计中含三个主要功能：数据集成、系统整体判断与分析和人机交互[6]。数据集成用于采集不同分散电气设备信息;系统整体判断与分析功能负责对集成后的信息进行处理，为敏感信息实时判断提供依据，再通过敏感信息联盟决策判断电气设备运行过程中的实时敏感信息;人机交互功能用于显示实时运行信息、敏感信息判断结果与敏感信息处理方法的处理结果等[7]，综合实现敏感信息自动化监测。

1.2  传感器节点设计

传感器节点包括四个主要部分，如图2所示，分别是MSP430G2553单片机、nRF24L01无线子模块、DS18B20温度传感器和供电单元。传感器单元通过温度传感器采集电气设备的运行温度信息[8]，通过单片机控制温度信息采集过程，通过无线子模块将温度信息传输到信息汇总模块完成信息汇总。

传感器节点的控制芯片选取低功耗MSP430G2553单片机，该单片机包括16 KB FLASH，512 KB RAM随机存取存储器等高性能子模块，含8路10位ADC模数转换器、16位定时器、看门狗定时器、UART接口、SPI接口和I2C接口等，其运行模式与休眠模式下功耗分别为220 ?A和0.5 ?A;温度传感器DS18B20则具备1?Wire总线技术，通过一个I/O连接与单片机双向通信[9]，可采集电气设备-60～130 ℃的运行温度信息;无线子模块则主要选取工作在ISM频段2.5 GHz左右的单片无线收发器芯片nRF24L01，其利用SPI接口同控制芯片相连。

1.3  信息汇总模块

信息汇总模块汇总传感器节点采集电气设备运行温度信息，并传输至整体判断与分析模块。该模块内主要包括：MSP430G2553单片机、nRF24L01无线子模块、时钟子模块、GSM（Global System for Mobile Communicat?ions，全球移动通信系统）子模块与供电单元。整体结构如图3所示。

单片机与无线子模块功能等同于传感器节点，汇总不同传感器节点采集的温度信息[10]。以DS1302时钟芯片为主的时钟子模块功耗低，计时单位由年精细至秒，具备闰年补偿等功能，通过三线接口同控制芯片同步通信。GSM模块利用商业网络实时远距离通信，利用UART接口同单片机连接。

1.4  整体判断与分析模块

敏感信息判断技术由单节点判断逐步发展为分布式敏感信息判断。电气设备逐渐增多，分布愈加广泛，以往的单节点判断技术已经无法满足当下分布式电气设备敏感信息判断的需求。新敏感信息判断模式：基于网络的敏感信息判断模式将Interest网络与电力系统局域网同敏感信息判断技术相结合，其基于三层B/S架构，对电气设备实时敏感信息的判断能力更强、精度更高，可扩展性能且维护费用较低。该模块结构见图4。

整体判断与分析模块将信息汇总模块汇总的运行温度信息进行降噪与特征提取等处理，再同SQL数据库内的历史运行温度信息相对比，利用任务分解子模块将整体信息判断任务依照功能与结构的差异划分成局部判断子任务，构建电气设备运行敏感信息判断任务集;利用敏感信息联盟决策判断电气设备运行敏感信息。

1.5  敏感信息联盟决策

采用多种自动化判断方法如专家系统、模式识别、神经网络与模糊推理等是电气设备实时敏感信息判断的一种有效方式，不同敏感信息自动化判断判断方法可依照电气设备实时运行信息从不同方向实施判断，融合各自动化判断方法判断出结果。在电气设备实时敏感信息自动化监测系统中，采用敏感信息联盟决策。该决策内，不同自动化判断方法对联盟判断的贡献由其能力指标描述，表示该方法在决策过程中决策权的高低。敏感信息判断能力、敏感信息判断时间以及通信传输消耗可作為一种自动化判断方法综合判断能力衡量指标，以自动化判断方法能力指标描述其对解决敏感信息判断工作中的贡献，以此确定适当的自动化判断方法决策权。用[dii=1，2，3]表示某种自动化判断方法，基于加权平均思想，其能力指标[Wi]为：

[Wi=d1Si+d2Ti+d3Pi] （1）

式中：[Si]，[Ti]和[Pi]分别表示自动化判断方法[Ai]对敏感信息的判断能力、判断所需时间以及判断过程中通信传输消耗;[d1]表示[Si]的权重;[d2]表示[Ti]的权重;[d3]表示[Pi]的权重，且[d1+d2+d3=1]。

系统网络与通信媒介决定[Ai]判断过程中所需时间与通信传输消耗。用[A=A1，A2，…，AN]表示自动化判断方法集合，其中[AK]表示此集合内第[K]种自动化判断方法，第[N]个判断任务域中自动化判断方法[Ai]判断能力的求解模块用[ZN]表示，第[i]个判断任务中第[j]种自动化判断方法的判断能力系数用[eij]表示，第[i]个判断任务中不同自动化判断方法的能力矢量[e1i，e2i，…，eKi]的长度用[pi]表示，基于此获取自动化判断方法能力矩阵[S]：

[S=S11 ... S1N?                ?SK1 ... SKN] （2）

式中，[Sij=eijpi]，表示第[i]个判断任务中第[j]种自动化判断方法的判断能力。

采用基于模糊积分的融合方法能够获取敏感信息联盟决策判断能力的测度矩阵：

[B=fW1，W2，…，Wi] （3）

式中，[f?]表示不同自动化判断方法敏感信息判断结果的融合函数。

根據敏感信息判断能力的测度矩阵B能够得到最优的敏感信息判断方案，同时向该方案分配合适的判断子任务。

2  仿真分析

为了验证本文系统的监测性能，以我国某市变电站电气设备为仿真对象进行实验，监测其2018年6月12日和6月13日运行过程中的敏感信息。设置各节点温度阈值后，超出该阈值即可标注为敏感信息。结果见图5。

由图5可知，采用本文系统进行监测的实验对象2018年6月12日运行时，1号节点、2号节点和6号节点产生敏感信息;13日运行时，3号节点和9号节点产生敏感信息。仿真结果显示，本文系统可实现电气设备不同节点温度数据的采集，并且从采集到的数据中判断敏感信息，通过监控界面显示。

3  结  论

无论基于供电稳定性还是经济效益考虑，实时自动化监测都是电气设备监测未来发展的必然趋势。本文设计电气设备实时敏感信息自动化监测系统，以解决现代电气设备监测日益呈现出的分布化趋势问题，同时通过自动化判断方法联盟决策共同实现电气设备实时敏感信息自动化监测。

参考文献

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