一种基于光纤感知技术的自动化运维安全管理平台的制作方法

1.本发明涉及储能场区运维安全管理技术领域，尤其涉及多量纲数据融合应用，实现光纤的衰耗、空间热力度分布的采集观测及数据的可视化管理，具体为一种基于光纤感知技术的自动化运维安全管理平台。


背景技术：

2.风电和光伏等可再生能源将作为电力系统主力能源迎来前所未有的快速发展机会。可再生能源自身波动性、间歇性等特性将对电力系统的安全和稳定带来极大的挑战。近年来快速发展的储能电站，可应用于平抑可再生能源发电波动、提高电网弹性和电能质量、降低弃风弃光，使其成为有效的灵活性资源，满足未来电力系统对灵活性调节资源的迫切需求。
3.随着储能电站的大范围部署，其规模效应逐渐凸显，如何建立专业的运行维护和安全监控体系以保障电站的安全运行，已成为电网安全稳定运行的关键。然而，现有相关规程和技术标准在储能电站的高效智能巡检、故障的提前预判和报警验真、储能电站数据价值挖掘、无人值守、远程运维等方面缺乏相应的理论指导和技术规程。这些技术的缺乏已对储能电站的安全运行造成实际影响。相关运维技术的缺乏已造成储能电站应对复杂环境能力弱、安全监测与远程运维手段不足、全景数据感知和状态模型缺乏、数据利用效率低、数据量大等问题，亟待解决。
4.为解决上述技术问题，公开号cn113644745a的中国专利于2021年11月12日公开了一种基于云管边端的储能电站智能运维分析系统，包括：运维云平台、通信网络管道、边缘计算装置和智能终端；所述通信网络管道包括远程通信网络和储能电站内的本地通信网络，所述运维云平台通过远程通信网络与多个边缘计算装置进行远程通信，所述边缘计算装置通过本地通信网络与多个智能终端进行本地通信；所述智能终端，用于采集储能电站中的各设备运行数据和环境监测数据，上传至储能电站对应的边缘计算装置，并执行上级指令；所述边缘计算装置，用于对多个智能终端上传的数据进行本地智能分析，为运维云平台提供分析结果和必要数据，并解析运维云平台下发的运维指令和下发至智能终端；所述运维云平台，基于边缘计算装置上传的数据，对管辖的储能电站进行统一远程集中监控、智能化分析和运维，并将运维指令下发至边缘计算装置。
5.上述现有专利基于云管边端的储能电站智能运维分析系统，解决传统运维方式通信负担重、冗余性差，运维周期长、效率低的问题，但是其未考虑储能场区光纤衰耗数据对运维安全的影响，未能提供劣化趋势预警。


技术实现要素：

6.为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于光纤感知技术的自动化运维安全管理平台，用以解决上述至少一个技术问题。
7.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
8.一种基于光纤感知技术的自动化运维安全管理平台，包括：
9.采集单元，用于获取光纤线路的损耗-温度曲线，并将其发送至数据处理单元，以及获取正常运行状态下光纤线路至少一个月的损耗-温度曲线，并将其发送至数据处理单元；
10.数据处理单元，用于根据光纤线路的损耗-温度曲线进行分区降噪处理，对分区降噪处理后的曲线进行特征值提取，并将其发送至预警单元；以及根据正常运行状态下至少一个月的损耗-温度曲线提取经验特征值，并将其发送至预警单元；
11.预警单元，用于将所述特征值和经验特征值进行比对，判定光纤当前的运行状态，并在光纤出现运行异常时，根据预先存储的光纤损耗对应的典型故障种类特征和光纤当前运行状态，确定光纤故障类型并定位故障点；
12.运维单元，用于根据光纤故障类型获取运维指导流程，根据运维指导流程和定位故障点生成运维任务，并将其发送至管理单元；
13.管理单元，用于运维任务的指派、运维过程的监控及管理。
14.上述技术方案中，通过采集单元获取各个光纤线路的损耗-温度曲线，同时获取各光纤正常运行状态下至少一个月的损耗-温度曲线，并将这些损耗-温度曲线发送至数据处理单元；通过数据处理单元对这些获取的损耗-温度曲线进行分区降噪处理，并对分区降噪处理后的曲线进行实际特征值和经验特征值的提取，并将这些特征值发送至预警单元；通过预警单元进行实际特征值与经验特征值的比对，根据比对结果判定光纤的运行状态，若光纤出现异常，则调用预先存储的光纤损耗对应的典型故障种类特征和光纤当前运行状态，确定光纤故障类型并定位故障点；然后通过运维单元生成运维任务并发送至管理单元；通过管理单元进行运维任务指派、监控及管理；通过前述各单元的相互配合实现储能场区光纤运行状态的自动化运维管理，保证生产安全，并实现光纤劣化趋势预警。
15.作为进一步的技术方案，所述数据处理单元采用小波去噪方法进行分区降噪处理。通过分区降噪提高数据处理效率和处理精度。进一步来说，可采用哈尔小波作为小波基进行处理。
16.作为进一步的技术方案，所述采集单元包括多个采集节点，每个所述采集节点对应多条光纤线路。将多条光纤线路分节点汇聚，避免将所有光纤线路的数据同时发到一个节点导致的数据量过大，计算效率低的问题。
17.作为进一步的技术方案，每个所述采集节点包括：切换单元，连接有光功率计，用于按照预设的时间周期将光功率计依次与各光纤线路连通，以获取光纤线路的当前损耗；测温单元，用于获取各光纤线路的温度数据；控制单元，用于根据每一光纤线路的当前损耗及温度数据生成损耗-温度曲线，并将其发送至数据处理单元。
18.进一步地，所述采集节点还设有通信单元，所述通信单元包括带有无线适配器的温度传感器和通信模块。所述通信模块可采用有线通信模块或无线通信模块。有线通信模块可采用专网与公网相结合的方式设置。无线通信模块可采用gsm、sms、gprs等方式设置。
19.作为进一步的技术方案，所述控制单元为切换单元预设切换的时间周期，每隔一预设时间周期，将光功率计的连接端切换至另一光纤线路，直至遍历完当前采集节点所有光纤线路，然后重复切换过程。
20.作为进一步的技术方案，对于光纤线路的损耗-温度曲线，以温度轴为顺序依次选
取若干个特征点，然后基于选取的特征点进行分区降噪。
21.进一步地，在分区降噪后曲线上选取三个特征点，三个特征点对应的温度坐标附近取三个损耗值的点，对三点进行光纤温度的比较；若满足其中两个点均大于或小于另一点，则取该另一个点作为特征点；若三点之间的关系不符合以上条件，则对任一温度点坐标间隔一定步长取第四点，将最开始的第一点舍弃，将原第二点、第三点和新增的第四点进行新一轮的比较，以此类推，直至确定所有的特征点。
22.作为进一步的技术方案，以正常运行状态下至少一个月的损耗-温度曲线作为基准曲线，以任意相邻两个特征点的中间点坐标为中心，温度10℃为半径，前后延伸，截取该温度范围内的损耗采样点作为特征区域用于提取当前区域的特征值；以相同方法获取各特征区域的特征值作为经验特征值。
23.作为进一步的技术方案，对于光纤线路的当前损耗-温度曲线，以任意相邻两个特征点的中间点坐标为中心，温度10℃为半径，前后延伸，截取该温度范围内的损耗采样点作为特征区域用于提取当前区域的特征值；以相同方法获取各特征区域的特征值作为当前特征值。
24.进一步地，将当前特征值与经验特征值进行比对，比较其温度和损耗上的偏移量，当偏移量超出预期时，认为损耗出现异常。
25.具体地，当前光纤损耗-温度曲线与正常运行状态下的损耗-温度曲线具有可对照性，即采样时间、采样频率、采样结束时间相同。
26.作为进一步的技术方案，所述管理单元包括：运维任务管理单元，用于下达运维任务并指派到具体运维执行者；任务下载单元，用于下载并提取所述运维任务；现场监控单元，用于监控运维现场并返回监控数据；任务回传单元，用于将运维现场的监控数据传回运维分析单元；运维分析单元，用于分析运维现场的监控数据，通过分析结果确定所述监控数据是否符合运维规范。
27.具体地，所述管理单元还可包括显示屏，用于显示运维任务分配情况、运维现场监控情况等，便于通过显示屏直观了解运维现场的运维状态。
28.进一步地，预警单元的预警信息也可发送至管理单元的显示屏进行显示。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
30.本发明通过采集单元获取各个光纤线路的损耗-温度曲线，同时获取各光纤正常运行状态下至少一个月的损耗-温度曲线，并将这些损耗-温度曲线发送至数据处理单元；通过数据处理单元对这些获取的损耗-温度曲线进行分区降噪处理，并对分区降噪处理后的曲线进行实际特征值和经验特征值的提取，并将这些特征值发送至预警单元；通过预警单元进行实际特征值与经验特征值的比对，根据比对结果判定光纤的运行状态，若光纤出现异常，则调用预先存储的光纤损耗对应的典型故障种类特征和光纤当前运行状态，确定光纤故障类型并定位故障点；然后通过运维单元生成运维任务并发送至管理单元；通过管理单元进行运维任务指派、监控及管理；通过前述各单元的相互配合实现储能场区光纤运行状态的自动化运维管理，保证生产安全，并实现光纤劣化趋势预警。
附图说明
31.图1为根据本发明实施例的基于光纤感知技术的自动化运维安全管理平台的示意
图。
具体实施方式
32.以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
33.本发明提供一种基于光纤感知技术的自动化运维安全管理平台，如图1所示，包括：采集单元、数据处理单元、预警单元、运维单元和管理单元。
34.其中，采集单元，用于获取光纤线路的损耗-温度曲线，并将其发送至数据处理单元，以及获取正常运行状态下光纤线路至少一个月的损耗-温度曲线，并将其发送至数据处理单元。数据处理单元，用于根据光纤线路的损耗-温度曲线进行分区降噪处理，对分区降噪处理后的曲线进行特征值提取，并将其发送至预警单元；以及根据正常运行状态下至少一个月的损耗-温度曲线提取经验特征值，并将其发送至预警单元。预警单元，用于将所述特征值和经验特征值进行比对，判定光纤当前的运行状态，并在光纤出现运行异常时，根据预先存储的光纤损耗对应的典型故障种类特征和光纤当前运行状态，确定光纤故障类型并定位故障点。运维单元，用于根据光纤故障类型获取运维指导流程，根据运维指导流程和定位故障点生成运维任务，并将其发送至管理单元。管理单元，用于运维任务的指派、运维过程的监控及管理。
35.本发明通过采集单元获取各个光纤线路的损耗-温度曲线，同时获取各光纤正常运行状态下至少一个月的损耗-温度曲线，并将这些损耗-温度曲线发送至数据处理单元；通过数据处理单元对这些获取的损耗-温度曲线进行分区降噪处理，并对分区降噪处理后的曲线进行实际特征值和经验特征值的提取，并将这些特征值发送至预警单元；通过预警单元进行实际特征值与经验特征值的比对，根据比对结果判定光纤的运行状态，若光纤出现异常，则调用预先存储的光纤损耗对应的典型故障种类特征和光纤当前运行状态，确定光纤故障类型并定位故障点；然后通过运维单元生成运维任务并发送至管理单元；通过管理单元进行运维任务指派、监控及管理；通过前述各单元的相互配合实现储能场区光纤运行状态的自动化运维管理，保证生产安全，并实现光纤劣化趋势预警。
36.所述数据处理单元采用小波去噪方法进行分区降噪处理。通过分区降噪提高数据处理效率和处理精度。进一步来说，可采用哈尔小波作为小波基进行处理。
37.所述采集单元包括多个采集节点，每个所述采集节点对应多条光纤线路。将多条光纤线路分节点汇聚，避免将所有光纤线路的数据同时发到一个节点导致的数据量过大，计算效率低的问题。
38.每个所述采集节点包括：切换单元，连接有光功率计，用于按照预设的时间周期将光功率计依次与各光纤线路连通，以获取光纤线路的当前损耗；测温单元，用于获取各光纤线路的温度数据；控制单元，用于根据每一光纤线路的当前损耗及温度数据生成损耗-温度曲线，并将其发送至数据处理单元。
39.进一步地，所述采集节点还设有通信单元，所述通信单元包括带有无线适配器的温度传感器和通信模块。所述通信模块可采用有线通信模块或无线通信模块。有线通信模
块可采用专网与公网相结合的方式设置。无线通信模块可采用gsm、sms、gprs等方式设置。
40.所述控制单元为切换单元预设切换的时间周期，每隔一预设时间周期，将光功率计的连接端切换至另一光纤线路，直至遍历完当前采集节点所有光纤线路，然后重复切换过程。
41.对于光纤线路的损耗-温度曲线，以温度轴为顺序依次选取若干个特征点，然后基于选取的特征点进行分区降噪。
42.进一步地，在分区降噪后曲线上选取三个特征点，三个特征点对应的温度坐标附近取三个损耗值的点，对三点进行光纤温度的比较；若满足其中两个点均大于或小于另一点，则取该另一个点作为特征点；若三点之间的关系不符合以上条件，则对任一温度点坐标间隔一定步长取第四点，将最开始的第一点舍弃，将原第二点、第三点和新增的第四点进行新一轮的比较，以此类推，直至确定所有的特征点。
43.以正常运行状态下至少一个月的损耗-温度曲线作为基准曲线，以任意相邻两个特征点的中间点坐标为中心，温度10℃为半径，前后延伸，截取该温度范围内的损耗采样点作为特征区域用于提取当前区域的特征值；以相同方法获取各特征区域的特征值作为经验特征值。
44.对于光纤线路的当前损耗-温度曲线，以任意相邻两个特征点的中间点坐标为中心，温度10℃为半径，前后延伸，截取该温度范围内的损耗采样点作为特征区域用于提取当前区域的特征值；以相同方法获取各特征区域的特征值作为当前特征值。
45.进一步地，将当前特征值与经验特征值进行比对，比较其温度和损耗上的偏移量，当偏移量超出预期时，认为损耗出现异常。
46.具体地，当前光纤损耗-温度曲线与正常运行状态下的损耗-温度曲线具有可对照性，即采样时间、采样频率、采样结束时间相同。
47.所述管理单元包括：运维任务管理单元，用于下达运维任务并指派到具体运维执行者；任务下载单元，用于下载并提取所述运维任务；现场监控单元，用于监控运维现场并返回监控数据；任务回传单元，用于将运维现场的监控数据传回运维分析单元；运维分析单元，用于分析运维现场的监控数据，通过分析结果确定所述监控数据是否符合运维规范。
48.具体地，所述管理单元还可包括显示屏，用于显示运维任务分配情况、运维现场监控情况等，便于通过显示屏直观了解运维现场的运维状态。
49.进一步地，预警单元的预警信息也可发送至管理单元的显示屏进行显示。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。