基于物联网的电力通信网络智能运维系统研究

董芸州，王 诚，符方友，何启远，林 师，王新玉，邢博翔

(海南电网信息通信分公司，海南 海口 570100)

0 引言

电力通信网络是保障电力系统正常供应的重要环节，电力通信的安全稳定运行是确保电网安全可靠运行的关键，因此有必要及时准确地掌握电力通信的实时运行状态，而电力通信巡检能够及时发现电力通信的异常隐患和缺陷[1-2]。近年来，随着我国智能电网建设的不断发展，对电力通信网络的要求也越来越高，电力通信网络的运维也面临较大的挑战[3-4]。当前电力通信网络运维大都采用的是人工运维方式，主要是通过工作人员手动携带检测终端对电力通信网络进行检测运维。由于电力通信网运维呈现全程全网的特点，增加了人工现场运维方式的工作量和难度，同时人工现场运维方式容易受工作人员主观因素影响，从而导致可靠性差和效率低等问题[5-6]。

针对上述电力通信网运维所面临的问题和挑战，目前被广泛应用的方法之一是远程智能运维方式[7-8]。随着物联网技术的快速发展，将电力物联网技术与电力通信网络运维相结合，给电力通信网络运维模式带来了新的方式。目前，物联网技术在其他工业应用中的信息感知、存储、传输和处理等方面具有较大的优势，能够实现状态全面感知、快速灵活组网、信息高效融合、通信方式灵活和信息高速处理等，且具有应用方便灵活和智能化程度高等优势，在工业应用领域中得到了广泛应用[9-10]。但是与电力系统领域的物联网技术相比，电力通信网络运维在管理和控制方面具有一定的差异性。将物联网技术应用于新一代电力通信网络的运维是未来的发展趋势，也面临着较大的挑战。

鉴于此，本文在物联网平台基础上，分析和设计了一种电力通信网络智能运维系统。介绍了电力物联网系统的基本特征和架构，详细分析了电力通信网以及智能运维总体架构，并重点阐述了数据配置处理、故障智能分析和预警集中监视等智能运维核心功能模块。最后，实际应用结果验证了所设计的电力通信网络智能运维的有效性。

1 电力物联网系统

1.1 电力物联网基本特征

电力物联网采用现代先进通信和信息技术对电力系统中的人、机、物进行连接，对电力系统的各个环节进行相互渗透和深度融合，形成以电网为枢纽的数据共享体系，进而能够全面感知整个系统及不同环节的运行状态，并能够对系统的多源异构数据进行高效处理，且可实现不同单元功能的便捷灵活应用。除此之外，电力物联网基于泛在感知、高性能通信、数据信息处理和高级电力应用，实现电力系统各个环节电力流、数据流和业务流的一体化深度融合，以提升电网的安全运行性能和效率。

电力物联网具有以下特征：

a.终端泛在接入。在源网荷各个环节布置各类传感器，能够广泛实时接入各类息数据，网络资源可采用多层次通信网进行交互。

b.平台开放共享。技术、业务层面具有高度开放特性，数据模型呈现标注化的发展形态，使得多源信息数据高效融合、共享。

c.计算云雾协同。部署智能网关、云平台可实现数据分层处理，提升云端在处理和提取边缘侧关键数据的计算、存储能力。

d.数据驱动业务。广泛采集多源异构数据信息，通过大数据技术对电力业务关键有效信息进行提取。

e.应用随需定制。云平台汇集存储了海量的电力应用信息数据，通过电力流、数据流和业务流的实时处理，能够根据需求灵活定制业务。

1.2 电力物联网基本架构

电力物联网的功能集成能量流、信息流和业务流于一体，其总体架构如图1所示，主要包括感知层、网络层、平台层和应用层。其中，感知层通过多类型传感器设备对电力系统各个环节的多源异构数据信息进行全面感知，结合感知的海量数据和控制决策单元对电网各个环节的运行状态进行感知；网络层是以新一代通信技术为基础的网络信息交互通道，网络层根据不同应用场景定制合理的通信方式；平台层对电力系统不同环节数据进行存储和管理，实现多源数据信息的互通和共享；应用层是在平台层基础上，搭建多种应用类型的平台，实现电力系统与其他系统的感知互动。

图1 电力物联网总体架构

2 电力通信网络智能运维系统

2.1 电力通信网定义

电力通信网是一种为电网各种业务服务的专用通信网络，是采用特定方式及通信方法，将终端装置、传输设备和交换系统所连起来的一种通信整体。电力通信网的基本架构如图2所示。

图2 电力通信网络总体架构

电力通信网主要包括传输网、业务网和支撑网。其中，传输网是通信网的基础，主要由传输设备和传输介质所组成；业务网是通过传输网构建的一种应用网，协同支撑网来完成电网的不同业务应用；支撑网是保证通信网能够正常工作的网络。

2.2 智能运维总体架构

随着智能电网建设的不断推进，电力通信网所承载的业务量日益增多，传统的电力通信网运维模式限制了电力通信网的发展，传统运维方式的弊端主要体现在：电力通信网运维工作量日益加剧、运维管理技术落后，以及缺乏有效的智能信息化管理手段。

针对传统电力通信网运维模式存在的不足，提出了基于物联网的电力通信网络智能运维系统。该系统能够实现信息化运维，有效减少运维人员的工作量和提升电力通信网的运维管理水平。结合电力物联网和通信网的总体架构，建立了基于物联网的电力通信网络智能运维系统架构，如图3所示。

图3 电力通信网智能运维总体架构

电力通信网智能运维系统主要包括应用层、技术服务层、数据资源层和基础设施层。其中，应用层主要包括运维知识库、运维决策、故障处理、报表统计、消息推送和待办事项等；技术服务层利用物联网技术实现电力通信网智能运维的底层框架，包括应用程序框架和服务程序框架；数据资源层主要是对采集的电力通信网数据进行存储、分类、筛选、转换、分析和处理等，利用电力物联网的多源数据配置功能，能够统一管理和调度电力通信网的数据；基础设施层是智能运维的关键设备和系统，包括操作系统、服务器、物联传感器、网络设备、网络配置和无线专网等。

2.3 智能运维功能模块

2.3.1 数据配置处理模块

基于物联网的数据配置处理模块是电力通信网智能运维的关键支撑模块，其处于智能运维体系的数据资源层，主要作用是快速采集、构建信息系统，基本架构如图4所示。数据配置处理模块采用电力物联网技术对通信网的多源信息进行特征提取，构建抽象元模型；采用新一代分布式面向对象技术和数据仓库技术来描述模型的行为特征。相对于传统运维技术，采用基于物联网的数据配置处理模块，可有效提升电力通信网运维的数据配置处理速度和服务水平。

图4 数据配置处理模块基本架构

2.3.2 故障智能分析模块

电力通信网络智能运维的故障智能分析系统处于智能运维体系的应用层，主要包括故障历史知识库、故障定位、故障判断、业务影响分析、故障关联分析和故障预警等功能。其中，故障历史知识库是记录电力通信网的不同故障数据来构建的故障知识库，为后续故障决策提供参考；故障定位和判断主要是从电力通信网的空间物理位置以及网路逻辑结构来定位显示故障，实现故障点的判断和定位；业务影响分析是对引起电力通信网络故障的影响因素进行统计和分析；故障关联分析是对电力通信网络不同故障之间的关联关系进行分析；故障预警是利用电力通信网的实时数据和历史知识库，依据智能预警算法来对电力通信网可能出现的故障进行预测。以上功能模块的共同作用即可实现故障智能决策。此外，系统根据故障历史知识库，采用人工智能算法对故障进行诊断，并将故障诊断结果归档至故障历史知识库。故障智能分析系统的逻辑结构如图5所示。

图5 电力通信网故障智能分析模块逻辑结构

2.3.3 预警集中监视模块

预警配置管理能够接收、处理和展示预警定义功能，而集中监视模块实现了通信网预警信息和业务信息的集中汇总，并进行了统一分类展示，能够集中监视以及管理电力通信网的实时运行状态。其中，电力通信网按照网络类型可分为工业以太网、无线专网和无线公网等。预警监视主要包括预警采集、预警分类、预警显示、预警提示、预警操作、预警状态计算和预警查询等。预警集中监视模块的基本结构如图6所示。

图6 预警集中监视模块逻辑结构

3 实际测试结果

为验证基于物联网的电力通信网络智能运维系统的有效性，在国内某局部电网进行了电力通信网智能运维的应用，并与传统运维技术在数据采集和数据存储方面的性能进行了对比分析[6]。其中，传统的电力通信网运维系统存在运维方式烦琐、信息量遗漏、设备核实难度大等弊端，通信数据的采集、存储和处理效率较低。电力通信网络智能运维系统的通信数据检测结果如图7所示。

图7 电力通信网通信数据检测结果

由仿真结果可以看出，采用电力物联网技术的电力通信网络智能运维系统，在通信数据采集、传输以及分析处理方面的效率和准确度要远远高于传统运维技术，使电力通信网的运维精度提高25%左右。

因此，采用基于电力物联网的电力通信网络智能运维系统之后，利用物联网、云平台等技术进行统一管理，通过专控的移动终端技术能够对电力通信网络系统进行可视化管理，从而构建可视化、主动化、智能化的电力通信网络在线运维体系，有效提高了电网专业管理人员以及电力通信网络专业检修、运维人员的效率。智能运维系统以实时化信息共享交互手段、网络化在线技术有效提升了电力通信网络运维的智能化水平，实现了高效、可靠和安全的电力通信网络运维工作。

4 结束语

本文针对传统电力通信网络智能运维存在的不足，提出了一种基于物联网，以及利用人工智能的机房智能巡检、辅助排障和作业监护装置应用的电力通信信息网络智能运维系统。首先介绍了电力物联网的基本特征和功能架构，并在此基础上详细分析了电力通信网总体架构和智能运维总体架构，并重点阐述了数据配置处理模块、故障智能分析模块和预警集中监视模块等智能运维核心功能模块。所设计的智能运维系统采用物联网技术对电力通信数据进行采集、处理和管控，能够完成电力通信网络运维和物联网数据管控平台的互联，从而实现电力通信网络的智能化运维目标，为机房智能巡检、巡视机器人等形态的人工智能技术手段应用于机房的智能化运维提供方向性的指引。最后，将所提的电力通信网络智能运维系统在实际电网中进行了应用，结果表明，所提的电力通信网络智能运维系统，有效提升了电力通信网络的信息应用管控水平、运维工作效率和安全可靠性。