技术领域
[0001] 本发明涉及变电站辅助控制技术领域，特别涉及一种基于多维数据模型的智能化变配电辅助数据系统。
相关背景技术
[0002] 在智能化变配电系统中，异常检测和处理是保障系统稳定性和安全性的重要环节，为了有效应对系统运行中的各种异常情况，一个精确的异常报警系统是必要的。随着变配电系统的复杂性不断增加，系统运行中可能出现的异常情况也变得更加多样化，传统的异常模型可能仅涵盖了部分常见的异常事件，但在实际运行中，还会遇到许多未曾记录或处理过的异常，这些未记录的异常可能因为其特殊性或复杂性，难以被现有模型准确识别和处理。对智能化系统开发的要求是需要不断适应新的运行环境和挑战，如果不能及时更新，可能会逐渐失去对新异常的识别能力，导致检测和响应滞后，而且异常检测的准确性直接关系到系统的可靠性和用户的信任，如果现有模型无法全面覆盖所有异常情况，可能会出现较高的误报率，即正常情况被误判为异常，或者漏报率，即真实异常被忽略，这不仅影响系统的运行效率，还可能导致严重的安全问题。
[0003] 综上，变配电系统在实际运行中可能面临各种未知风险，包括极端天气、设备老化、外部攻击等，这些未知风险如果没有被及时识别和处理，可能会对系统造成严重影响，因此需要记录和分析这些未知风险，进行有效的预警和应对，确保在面对突发异常情况时能够迅速响应，保障系统的稳定运行。
具体实施方式
[0046] 下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
[0047] 实施例1
[0048] 如图1所示的，本发明公开了一种基于多维数据模型的智能化变配电辅助数据系统，包括：
[0049] 智能巡视子系统，包括系统前端设备主要包括全景摄像机、高清枪机、高清球机、高清防爆半球机、云台摄像机、红外热成像摄像机等，高清摄像机须具备夜视功能。
[0050] a)智能巡视子系统前端摄像机的配置遵循以下原则：
[0051] 1)主变(含调补变)、高抗配置红外测温摄像机，实现本体、套管、引线头、引流线、油枕、末屏的自动测温巡视；
[0052] 2)对于未能实现数据远传的表计(如套管油位表)，配置摄像机进行图像采集数据；
[0053] 3)对于能够实现数据远传的表计(油温表、绕组温度表、油压表等)，不配置摄像机进行图像采集数据；
[0054] 4)汇控柜及端子箱内不配置用于监视内部环境的摄像机；
[0055] 5)当配置双光谱红外测温摄像机时，相减少可见光摄像机的配置数量；
[0056] 6)当配置巡视机器人时，机器人所能覆盖的巡视区域，相减少红外测温摄像机和可见光摄像机的数量；
[0057] 7)可见光摄像机优先选用数字式高清摄像机，分辨率不低于1080P。
[0058] b)变电站大门入口处配置1台固定摄像机，用于大门出入车辆号牌监测。同时布置1台固定摄像机，用于大门出入口常规监视、兼顾环境状态分析和人员行为分析。
[0059] c)变电站围墙四周每个转角各配置1台球型摄像机，用于围墙周界防入侵监控。单面围墙长度每超过70米增加1台。
[0060] d)220kV及以上电压等级户外变电站配置1～3台全景摄像机，110kV及以下电压等级户外变电站配置1～2台全景摄像机，用于站内环境监视和设备区全景监视。
[0061] e)主变压器/高压并联电抗器摄像机配置原则如下：
[0062] 1)500kV主变/高抗：顶部1台，每台主变/高抗配置2～5台球型摄像机或云台摄像机。每台主变/高抗配置1台热成像测温摄像机。
[0063] 2)220kV室内：顶部1台，每台主变配置3～5台球型摄像机或云台摄像机，每台主变宜配置1台热成像测温摄像机。
[0064] 3)220kV室外主变：每台主变配置1～2台球型摄像机或云台摄像机，每台主变配置1台热成像测温摄像机。
[0065] 4)110kV(66kV)室内主变：每面及顶部各1台，每台主变配置3～5台球型摄像机或云台摄像机，每台主变配置1台热成像测温摄像机。
[0066] 5)110kV(66kV)室外主变：每台主变配置1～2台球型摄像机或云台摄像机，每台主变宜配置1台热成像测温摄像机。
[0067] 6)35kV室内/室外主变：每台主变配置1台球型摄像机或云台摄像机。
[0068] f)配电装置场区摄像机配置原则如下：
[0069] 1)500kV配电装置场区：每3个间隔配置1～2台球型摄像机或云台摄像机；
[0070] 2)220kV、110kV配电装置场区：每2个间隔配置1～2台球型摄像机或云台摄像机；
[0071] 3)35kV室外配电装置场区：每2个间隔配置1～2台球型摄像机或云台摄像机。
[0072] g)220kV～500kV变电站主控制室、通信室等房间摄像机配置原则如下：
[0073] 1)主监控室：每个小室1～2台球型摄像机；
[0074] 2)继电器小室、二次设备室及通信机房：每室1～2台球型摄像机；
[0075] 3)开关柜室：每室配置2台球型摄像机用于监测室内全景，对角布置；每8面开关柜(左右各4面)配置1台球型摄像机，用于实现遥视功能；
[0076] 4)电容器/电抗器室：每个房间配置2～3台球型摄像机；根据需要可选置1～2台热成像测温摄像机；
[0077] 5)站用变/接地变室：每个房间配置1～2台球型摄像机；
[0078] 6)消防泵房：每个房间配置1台球型摄像机；
[0079] 7)电缆夹层：集水井、电缆进出线孔洞、出入口宜各配置1台球型摄像机。
[0080] 安全防卫子系统，利用安防监控终端、电子围栏、红外对射探测器、红外双鉴探测器、门禁控制器、声光报警器、紧急报警按钮、防盗报警控制器等实现入侵检测、报警和出入控制。
[0081] 安全防卫子系统的前端硬件配置如下：
[0082] a)四周围墙采用高压脉冲的电子围栏布防，根据现场实际情况选用双防区主机或单防区主机，采用100米一个防区，6线制；根据当地治安防范要求，可采用小于70米一个防区。电子围栏满足GB7946的相关设计技术要求，并取得当地公安部门认证。
[0083] b)大门上方采用1～2对红外对射。
[0084] c)建筑物出入口及一楼窗口处按需配置红外双鉴探测器。
[0085] d)配电装置室、二次设备室等出入口配置红外双鉴探测器；对部分有长走廊的GIS室宜配置长距离红外双鉴探测器。
[0086] e)变电站入口大门、建筑物出入口、二次设备室、高压室、通信室、蓄电池室、GIS室、电容器室配置门禁。
[0087] f)220kV及以上变电站大门入口设置可视对讲门铃。
[0088] g)对于需要远传报警信息至110联网报警中心的变电站，可配置1台防盗报警控制器。
[0089] h)500kV变电站配置1个紧急报警按钮，220kV及以下电压等级变电站宜配置1个紧急报警按钮。
[0090] i)围墙四周配置声光报警器，二次设备室、开关室、GIS室宜配置声光报警器。
[0091] j)上述各类前端硬件均不得采用螺钉安装在钢结构变电站铝镁锰外墙板上。
[0092] 环境监控子系统，利用环境监控终端、空调规约转换器、除湿机规约转换器、风机规约转换器、温湿度传感器、微气象传感器、SF6传感器等设备，实现变电站的运行环境数据的实时采集、处理和上传。
[0093] 环境监控子系统前端硬件配置如下：
[0094] a)二次设备室、电容器室、站用变室、配电装置室、蓄电池室、独立通信机房及预制舱等重要设备间，单个房间宜每20平方米配置1台温湿度传感器。
[0095] b)户外站配置1个风速传感器，户内站不配置。
[0096] c)GIS室等含SF6设备的配电装置室按每间隔配置1台SF6泄漏传感器。SF6断路器开关柜室宜每30平方米配置1只SF6泄露传感器。
[0097] d)空调系统具备控制和通信功能。每台分体式空调可配置1个空调规约转换器；每套多联机空调系统可配置1个空调规约转换器。
[0098] e)风机系统具备通信功能；其中变压器室、无功补偿装置室等发热量较大的设备房间配置的风机(除轴流风机外的其他非消防用普通风机)具备变频调速控制功能。每台风机可配置1个风机规约转换器。
[0099] f)除湿机系统具备控制和通信功能。每台除湿机可配置1个除湿机规约转换器。
[0100] g)户外场地宜配置1套一体化微气象子系统，采集室外温度、湿度、风速、风向、气压、雨量等数据。
[0101] 灯光控制子系统，包括灯光控制模块、光亮照度传感器、红外感传感器以及照明回路等，通过照明回路通断状态、传感器等信息的采集，实现远方控制、区域控制、光亮照度控制、红外感控制等多种照明回路控制方式。
[0102] 户内走廊/通道照明宜配置红外线传感器，通过对人体红外线的检测，实现“人来灯亮、人走灯灭”功能，传感器的数量根据灯具数量确定。
[0103] 有灯光补充需求的站内场地(如户外固定式摄像机、户内电缆层摄像机)配置辅助灯光。辅助灯光可采用感式补光灯，根据照度情况实现灯光控制。
[0104] 户外配电装置场区以及二次设备室、蓄电池室等重要二次设备房间配置灯光控制模块，灯光控制模块的数量根据实际所控制的照明灯具的数量确定。
[0105] 给排水监控子系统，通过给排水监控终端、水泵控制器、水浸传感器、水位传感器等设备，实现
[0106] 水泵运行状态、故障报警，以及站内水情等信息的采集，并实现以下功能：
[0107] a)支持水泵的远程启动/停止控制、检修挂牌。
[0108] b)支持水位阈值告警配置，支持告警方式设置。
[0109] c)支持集水井水位报警自动控制水泵启动，报警恢复自动停止。给排水监测前端设备可采用RS485、I/O等接口方式与给排水监测终端通信。
[0110] 设备配置参照如下原则：
[0111] a)小型壁挂式给排水监控终端宜按设备区域进行配置；集中式给排水监控终端宜按变电站环境监控前端设备数量和点位进行配置，每个变电站至少配置1套给排水监控终端(含I/O和RS485两种接口类型设备)。
[0112] b)电缆层、电缆沟等电缆集中区域宜配置水浸传感器。水浸传感器宜布置于电缆沟易于积水处，电缆沟内每60米或每段配置1台。
[0113] c)每个集水井配置1台水位传感器，实现量程范围内水位的精确测量。
[0114] d)每组水泵根据信号采集或控制需求，配置1个水泵控制器；每台水泵可独立控制。
[0115] e)每个给水管道宜配置1台数字远传表计。
[0116] 火灾消防子系统，包括消防信息传输控制单元、火灾自动报警系统、模拟量变送器等设备，配合火灾自动报警系统，实现站内火灾报警信息的采集、传输和联动控制。
[0117] a)能接收火灾早期预警信息、火灾报警信息、模拟量采集信息、现场消防设施的状态信息及启动灭火装置。
[0118] b)具备火灾急处置功能。
[0119] c)消防信息传输控制单元具备自检和报警，接收并上送火灾报警、模拟量采集、受控消防设施的状态、启停动作反馈信息，接收远端控制并对受控消防设施启停控制，通过人机界面进行本地设置、调试等功能。
[0120] 急照明子系统，急照明控制器、急照明灯具、急标志灯具等构成，其主要功能是在火灾等紧急情况下，为人员的安全疏散和灭火救援行动提供必要的照度条件。
[0121] 设计遵循系统架构简洁、控制简单的基本设计原则，包括灯具布置、系统配电、系统在非火灾状态下的控制设计、系统在火灾状态下的控制设计。
[0122] 火灾状态下，急照明子系统与火灾消防子系统的相关联动由火灾报警控制器完成；非火灾状态下的相关联动控制，由辅控后台完成。
[0123] 在线监测子系统，实现油温及油位监测、变压器油中溶解气体监测、铁芯夹件接地电流监测、
[0124] 避雷器泄漏电流监测、绝缘气体密度监测、开关触头测温等功能。
[0125] a)主变压器在线监测装置
[0126] 1)变压器监测终端根据变电站内主变压器数量进行配置，每台主变压器宜配置一台变压器监测终端。
[0127] 2)220kV及以上油浸式变压器、电抗器配置油中溶解气体在线监测单元，宜按每台变压器(电抗器)进行配置。
[0128] 3)110kV及以上变压器配置铁芯/夹件接地电流在线监测装置，宜按每台变压器进行配置。
[0129] 4)35kV及以上变压器配置油温、油位数字化远传表计。
[0130] 5)110kV～220kV变压器配置中性点成套设备避雷器泄漏电流数字化远传表计。
[0131] b)GIS/HGIS在线监测装置
[0132] 1)GIS/HGIS监测终端宜按照电压等级配置。
[0133] 2)110kV及以上GIS/HGIS配置绝缘气体密度远传表计。
[0134] 3)110kV及以上GIS/HGIS内置避雷器配置泄漏电流数字化远传表计。
[0135] c)断路器在线监测装置
[0136] 1)表计采集终端宜按照电压等级配置。
[0137] 2)35kV及以上气体绝缘断路器配置绝缘气体密度远传表计。
[0138] d)空气绝缘开关柜(仅用于进线柜、分段柜等大电流开关柜)
[0139] 1)触头测温监测终端宜按开关柜室配置。
[0140] 2)10kV进线柜、分段柜等空气绝缘开关柜配置触头测温监测。
[0141] e)气体绝缘开关柜
[0142] 1)表计采集终端宜按开关柜室配置。
[0143] 2)35kV、10kV气体绝缘开关柜配置绝缘气体密度远传表计。
[0144] f)独立避雷器
[0145] 1)表计采集终端宜按电压等级配置或接入设备间隔采集终端。
[0146] 2)110kV及以上对避雷器配置泄漏电流数字化远传表计。
[0147] 实施例2
[0148] 根据发明人技术团队的构想，让各个子系统对应的子数据结构/数据子系统，集成到一块，比如说构建一个数据图谱/数据空间；然后，只关注异常数据或数据异常波动，异常数据附加构建关联参数；接着开始建模：
[0149] A，预建模(在初始构建的数据图谱/数据空间中，预构建一个子空间，把典型的、常规的故障事件所导致的异常数据的关联性，预先存储进去)，根据预存储的模型，即可基于当下的数据关联性直接后台提示可能发生的异常电力事件。
[0150] B，标记建模；现实当中的电力运行纷繁复杂，各种电力异常数据的出现并不能完全遵循典型事件所对应的预建模，随意需要标记建模，根据当下的非典型异常数据模式，以及事后(对当次电力异常分析和处理完成后，归档后)人工分析处理后所得知的真实的电力异常事件，对于数据进行标记，从而实现了对于有限个预存储典型模型的扩充，随着使用，越来越丰富。
[0151] 基于此，本实施例公开了一种基于多维数据模型的智能化变配电辅助数据系统，如图2所示的，包括如下步骤：
[0152] S01：预先建立用于存储典型异常事件的异常模型；
[0153] S02：通过计算各个子系统的关联度，提取各个子系统的异常数据；
[0154] 具体的，计算各个子系统的关联度包括：
[0155] 将各个子系统的数据按照固定的时间窗口(如每分钟、每小时)进行划分，在每个时间窗口内对数据进行聚合(如计算平均值、最大值、最小值等)，生成时间序列数据。
[0156] 假设有n个子系统，每个子系统的数据长度为T，则可以将这些数据表示为一个n×T的时间序列数据矩阵D，矩阵D中的每一行表示一个子系统在不同时间点上的数据，每一列表示所有子系统在同一时间点上的数据。
[0157] 对于两个子系统Xi和Xj，首先需要估计它们联合出现的概率分布p(xi，xj)以及各自的边缘概率分布p(xi)和p(xj)，具体的，利用时间序列数据矩阵D，计算每对子系统时间序列之间的互信息，以衡量它们的依赖关系，对于具体的计算进程，可以直接采用如下算法计算： 利用时间序列数据矩阵D，计算每对子系统时间序列之间的相关系数，衡量它们的线性相关性，对于具体的计算进程，可以直接采用如下算法计算： 其中，Xi和Xj是第i和第，个子
系统的时间序列数据，p(xi，xj)是联合概率密度函数，p(xi)和p(xj)是边缘概率密度函数，Cov(Xi，Xj)是协方差， 和 分别是Xi和Xj的标准差。
[0158] 通过构建时间序列数据，提供了规范化的输入数据，使得子系统之间的关联度计算能够在统一的时间尺度上进行。
[0159] 计算得到的互信息和相关系数分别存储在关联度矩阵中，得到关联度矩阵I和ρ。
[0160] 具体的，提取各个子系统的异常数据包括：
[0161] 对于互信息矩阵I中的所有元素，计算均值μ，和标准差σI，对于相关系数矩阵ρ中的所有元素，计算均值μρ和标准差σρ。对互信息，设定上限阈值TI和下限阈值LI，对相关系数，设定上限阈值Tρ和下限阈值Lρ，其中，上限阈值TI、下限阈值LI、上限阈值Tρ和下限阈值Lρ使用均值加减三倍标准差来设定。
[0162] 对于每对子系统Xi和Xj，如果I(Xi；Xj)＞TI或I(Xi；Xj)＜LI，则标记为异常；
[0163] 对于每对子系统Xi和Xj，如果 或 则标记为异常。
[0164] 对于标记为异常的子系统对X1和X2提取它们在对应时间窗口内的原始数据点，作为异常数据。
[0165] S03：判断异常数据与异常模型中存储的典型异常事件是否匹配，若匹配则输出报警，若不匹配则对异常数据进行标记。
[0166] 具体的，可以构建数据算法进行自动化匹配，判断异常数据与异常模型中存储的典型异常事件是否匹配，包括：
[0167] 使用异常模型中存储的典型异常事件作为训练集；
[0168] 设训练集包含k个已标记的典型异常事件特征向量F＝{f1，f2，...，fk}，对应的标签为y＝{y1，y2，...，yk}，其中yi∈{0，1}表示正常和异常。
[0169] 使用核函数K(fi，fj)将特征向量映射到高维空间：
[0170] 将提取的异常数据特征向量输入到训练好的训练模型中，得到分类结果[0171] 若分类结果 则异常数据与典型异常事件匹配，输出报警；
[0172] 若分类结果 则异常数据与典型异常事件不匹配，则对异常数据进行标记。
[0173] 需要说明的是，匹配过程可以使用多种方式，本实施例仅公开了一种典型的数据算法。将未能自动分类的异常事件提交给专家进行人工标记，记录为标记后的异常事件，标记过程包括：
[0174] A.由单一事件引发的某一子系统出现异常数据，将该异常事件记录为标记后的异常事件，示例：
[0175] 事件：大风天气。
[0176] 子系统：智能巡视子系统。
[0177] 异常数据：变电站大门入口处固定摄像机监控画面异常。
[0178] 标记：将大风导致智能巡视子系统摄像机监控画面异常的事件记录为一个标记后的异常事件。
[0179] B.由单一事件引发的多个子系统出现异常数据，将该异常事件记录为标记后的异常事件，示例：
[0180] 事件：大雨天气。
[0181] 子系统：环境监控子系统和给排水监控子系统。
[0182] 异常数据：
[0183] 环境监控子系统：风速传感器读数异常。
[0184] 给排水监控子系统：水位传感器读数异常。
[0185] 标记：将大雨导致环境监控子系统风速传感器和给排水监控子系统水位传感器读数异常的事件记录为一个标记后的异常事件。
[0186] C.由多个异常事件引发的某一子系统出现异常数据，将该多个异常事件记录为一个标记后的异常事件，示例：
[0187] 事件：大风和雷击。
[0188] 子系统：智能巡视子系统。
[0189] 异常数据：变电站大门入口处固定摄像机监控画面异常。
[0190] 标记：将大风和雷击共同导致智能巡视子系统摄像机监控画面异常的事件合并并记录为一个标记后的异常事件。
[0191] D.由多个异常事件引发的多个子系统出现异常数据，将该多个异常事件记录为一个标记后的异常事件，示例：
[0192] 事件：雷击和大雨。
[0193] 子系统：环境监控子系统和给排水监控子系统。
[0194] 异常数据：
[0195] 环境监控子系统：SF6传感器读数异常。
[0196] 给排水监控子系统：水浸传感器读数异常。
[0197] 标记：将雷击和大雨共同导致环境监控子系统SF6传感器和给排水监控子系统水浸传感器读数异常的事件合并并记录为一个标记后的异常事件。
[0198] 通过这些标记，可以准确记录异常事件的原因和影响，提升系统的异常检测和响应能力。
[0199] S04：将标记后的异常事件添加到异常模型中作为新增的典型异常事件。
[0200] 随着变配电系统的复杂性增加，子系统间的关联和交互也变得更加多样化，扩展异常模型，通过标记存储更多的典型异常事件，可以使系统在识别和检测异常时更加准确，丰富的异常事件库也提供了广泛的参考，能够更精确地判断新出现的异常情况，提高异常检测的可靠性。
[0201] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。
