传感器网络和云计算的电力安全器具管理研究

袁 超，黄 涛，刘 全，韩文建，吴木木

（江苏方天电力技术有限公司，江苏南京 211100）

目前电力行业设备密集且种类繁多，电力安全器具的使用次数不断增加[1]，电力安全器具的资料信息较为分散，导致录入信息时难以保证完全录入，在海量电力安全器具的运行与资料信息搜索过程中，很难快速且准确地搜索到目标信息[2]。器具信息的准确搜索与实时录入可便于电力作业人员实时性地全面了解器具信息，保障其安全施工。因此，必须对电力安全器具实施全面的管理。通过对电力安全器具进行管理，能够实现更加规范、安全的生产，保障电网的平稳运行与电力部门的正常生产[3-4]。因此，设计一种高效、全面的电力安全器具管理方法，成为当前电力领域的研究热点。

文献[5]采用遗传算法，求出计量中心自动化存储系统的最优存储位置，优化了计量中心自动化存储系统中计量器具的搜索时间。该方法能够有效降低计量器具的搜索时间，提高了系统的搜索效率，但该方法未考虑信息录入全面的问题。文献[6]采用物联网技术，通过传感器和服务器，管控人员安全器具，并结合数据库优化系统算法，完成了电力安全作业管理系统的设计。该方法能够减少作业风险，但该系统的实时性较差。

针对上述问题，文中提出了应用传感器网络和云计算技术实现电力安全器具管理的方法，通过运用传感器网络和云计算技术获取电力安全器具管理数据，构建电力安全器具在位状态监测模型和电力安全器具管理模型，从而实现科学、高效、全面的电力安全器具管理。

1 基于传感器网络和云计算技术的电力安全器具管理方法

1.1 获取电力安全器具管理数据

利用云计算技术在电力数据库[7]中对电力安全器具管理数据进行计算，获取电力安全器具管理数据，实现资源数据的集中管理，能够动态地获取电力安全器具管理数据，云计算技术为管理电力安全器具数据提供强大的计算能力[8]。由于电力安全器具的数量以及使用次数较多，故需构建电力安全器具使用的全过程信息化数据集合，方便对其进行集中管理以及数字化管理。获取电力安全器具管理数据的具体步骤如下：

为了提高搜索效率，保证目标搜索项目均可被搜索到，设计整体项目集A（项目集A包括电力安全器具从采购、检测、入库、领用、台账、检查、维护、实验到报废全过程的信息化数据），在项目集A中挑选k个数据对首个频繁项集B1（电力安全器具维护与实验数据集合）进行构造，其数据的选取原则为P≥q，其中，P表示数据的求取概率，q表示项目集的最小支持度。其构造表达式具体为：

式（1）中，b表示频繁项集B1中的构成项。

构造数据的候选集C（电力安全器具维护数据集合）与其第二个频繁项集B2（电力安全器具入库数据集合），其中候选集C的构造数据需要在首个频繁项集B1中选出，选择基准为刨除包含非频繁项的二维项集E（电力安全器具采购数据集合）；第二个频繁项集B2则在候选集C中选取数据，其数据的选取原则[9]为P

式（3）中，a表示频繁项集B2中的构成项。

当首个频繁项集B1和第二个频繁项集B2的构成项满足b=a时，对二者进行合并[10]。同理，合并其他频繁项集，最终完成候选集的构造：

式（4）中，Bn表示第n个频繁项集，Bn+1表示第n+1 个频繁项集，ai表示第n个频繁项集Bn中的构成项；bi表示第n+1 个频繁项集Bn+1中的构成项。

频繁项集的合并过程具体如图1 所示。

图1 频繁项集的合并过程

然后同上一步骤，构造数据的第n个频繁项集；

在构造的n个频繁项集中对关联规则进行考察，其关联规则置信度公式为：

按照式（5）预设值小于置信度的规则，可实现对数据的有效获取。

按照上述步骤，利用云计算技术对电力数据库中电力安全器具管理关联数据进行计算，获取的数据包括电力安全器具的资料数据与安全管理数据[11]。

1.2 监测电力安全器具在位状态

基于获取的电力安全器具管理数据，应用传感器网络构建一个电力安全器具在位状态监测模型，对电力安全器具实施在位状态监测。构建的电力安全器具在位状态监测模型的构成模块为终端监测模块、数据传输模块以及现场检测模块[12-14]，这些模块均需要依托传感器网络实现其具体功能，模型具体构造如图2 所示。

图2 电力安全器具在位状态监测模型具体构造模块图

终端监测模块、数据传输模块以及现场检测模块能够通过传感器网络实施数据交互，交互数据包括控制及状态数据流[15]。

其中终端监测模块的作用是对电力安全器具的在位状态实施远程监测，该模块是整个模型的应用层，能够为电力安全器具管理人员提供快捷方便的在位状态监测界面[16]。终端监测模块汇集了现场检测模块收集的节点设备信息，能够进行数据的展示、预警以及存储[17]。利用终端监测模块，电力安全器具管理人员能够实时获取电力安全器具在位数据，其预警功能能够对电力安全器具的无端调动进行预警，当管理人员收到警报后，能够在后台对该电力安全器具的整体调动数据进行获取，并对相关处理人员进行调配。

数据传输模块负责对电力安全器具在位状态数据进行传输[18]，该模块是整个模型的最底层，也是模型的基础配置，利用智能设备能够采集并传输电力安全器具的在位状态数据，该模块具备实时性。

现场检测模块处于数据传输模块与终端监测模块之间，负责获取并处理现场监测设备数据[19]，获取设备数据后能够对设备数据进行发送和处理、对数据趋势进行分析以及将数据发送至数据传输模块。

利用电力安全器具在位状态监测模型能够对电力安全器具实施实时监测[20]，当在位状态发生变化时，状态数据会被自动记录，并对当前状态进行自动更新，电力安全器具管理人员能够实时获取电力安全器具当前的状态，以对其进行管理。

1.3 实现电力安全器具管理

完成电力安全器具在位状态监测后，应用云计算技术构建一个电力安全器具管理模型，最大程度地实现电力安全器具管理的优化和效率的提升[21]。根据云计算智能化管理、资源维护和自动化查询等特点，构建的电力安全器具管理模型包括维护基础信息模块、管理电力安全器具模块、查询统计模块。

电力安全器具管理模型的具体模块构成如图3所示。

图3 电力安全器具管理模型模块构成

分析图3 可知，在维护基础信息模块中，各单元的具体功能如下：电力安全器具归属信息维护单元具体功能包括新供电所添加、供电所删除、供电所对应信息修改；电力安全器具供应商信息维护单元具体功能包括新供应商添加、供应商删除、供应商对应信息修改；电力安全器具时间信息设置单元具体功能包括对检验设置提示时间、对报废工具设置提示时间、对未归还工具设置提示时间；设定保管柜信息单元具体功能包括保管柜具体位置信息添加、保管柜具体位置信息修改以及保管柜具体位置信息删除。

管理电力安全器具模块主要应用云计算技术实现其管理功能，其构造包括7 个单元，各单元对应的功能分别为管理器具申购流程、管理器具发放流程、管理器具接收管理流程、管理器具领用流程、管理器具退还流程、管理器具检验流程、管理器具废弃流程。

查询统计模块中各单元的具体功能为供电所实时台账查询、供给商实时信息查询、供电所实时信息查询、工具领用、废弃与检查实时信息查询。

2 实验验证与分析

2.1 搭建测试环境

对设计的应用传感器网络和云计算技术的电力安全器具管理方法进行实验验证。搭建的测试环境具体如表1 所示。

表1 搭建的测试环境

在搭建的测试环境下进行电力安全器具管理实验，测试电力安全器具管理方法的器具搜索性能。为了对比实验方法的器具搜索性能，需要比较实验方法的器具搜索效率与器具录入全面性，当器具搜索效率更高且器具录入更全面时，即可证明实验电力安全器具管理方法的器具搜索性能更好。

2.2 实验结果分析

为了确保实验结果具备对比性与可靠性，实验选取1 000 个电力安全器具信息数据作为实验数据，分别采用文献[5]方法、文献[6]方法和所提方法的电力安全器具管理方法，对电力安全器具信息数据进行6 次搜索后，比较不同方法的电力安全器具管理方法的器具搜索效率，对比结果如图4 所示。

图4 不同方法的器具搜索效率对比

分析图4 可知，采用不同方法的电力安全器具管理方法对器具信息数据进行6 次搜索后，文献[5]方法的平均器具搜索效率为61%，文献[6]方法的平均器具搜索效率为32%，而所提方法的平均器具搜索效率为95%。由此可知，所提方法的器具搜索效率较高，该文主要采用传感器网络，通过构建的终端监测模块，实现电力安全器具信息在位状态监测，达到快速搜索数据的功能，从而提高器具搜索效率。

为了验证电力安全器具信息录入的实时性，分别采用文献[5]方法、文献[6]方法和所提方法的电力安全器具管理方法，对选取的1 000 个电力安全器具信息数据进行录入，对比不同方法的电力安全器具管理方法的器具信息录入时间，其结果如图5 所示。

图5 不同方法的器具信息录入时间对比

分析图5 可知，当器具信息数据量为600 MB 时，文献[5]方法的器具信息录入时间为28 s，文献[6]方法的器具信息录入时间为38 s，而所提方法的器具信息录入时间为7 s；当器具信息数据量为1 000 MB时，文献[5]方法的器具信息录入时间为32 s，文献[6]方法的器具信息录入时间为42 s，而所提方法的器具信息录入时间为8 s。由此可知，所提方法的器具信息录入时间最短，其信息录入的实时性较好，该文所构建的数据传输模块，能够实时传输电力安全器具的在位状态数据，使器具信息录入具有较高的实时性。

在此基础上验证不同方法的器具信息录入的全面性，其对比结果如表2 所示。

表2 不同方法的器具信息录入对比

根据表2 可以看出，文献[5]方法的电力安全器具管理方法中安全围栏（网）的器具信息未录入，文献[6]方法的电力安全器具管理方法中标示牌的器具信息未录入，而所提方法的电力安全器具管理方法中器具信息均录入。由此可知，所提方法的电力安全器具管理方法的器具信息录入全面性较高，所提方法主要应用云计算技术管理电力安全器具模块，能够对大量的数据进行处理，从而使器具信息录入全面。

3 结束语

为了解决器具搜索效率低、器具信息录入不全、实时性较差的问题。文中提出了应用传感器网络和云计算技术实现电力安全器具管理的方法。采用云计算技术，获取电力安全器具管理数据，并应用传感器网络，构建电力安全器具在位状态监测模型和电力安全器具管理模型，从而实现电力安全器具管理。实现了器具搜索性能的提升，对于实现电力安全器具的科学、高效、全面管理具有重要意义。然而受到时间和电力安全器具信息数据的限制，在对比实验中得出的实验结果具有一定的片面性，在未来的研究工作中，希望可以获得更多的数据来支持电力安全器具的管理。