变电站设备全状态采集与分析的服务网关机及方法与流程

本技术涉及服务网关机，具体的涉及一种变电站设备全状态采集与分析的服务网关机、一种变电站设备全状态采集与分析方法、一种电子设备以及对应的存储介质。

背景技术：

1、服务网关机部署于智能变电站安全ii区，用以实现变电站与调度、集控等系统之间的保信、安控、计量、辅控、消防和一二次设备在线监测等非实时数据的通信，为主站系统实现变电站监视、远程服务等功能提供数据、模型和图形的传输服务的智能通信设备。

2、现有的服务网关机所实现的功能有限，目前构架很难实现全站数据上传，同时不具备数据分析功能。既有的技术方案使得服务网关机作为变电站与运维主站之间的枢纽设备，仅对变电站一二次设备状态数据进行部分采集及转发，并未充分发挥其枢纽设备的作用，具体问题表现在如下方面：

3、(1)智能变电站的设备监控覆盖不全：动环数据采集装置、一二次设备在线监测装置、交直流电源状态信息等与变电站安全运行密切相关的信息未实现有效监控，难以满足设备精益管理要求。

4、(2)远端监控信息不足：运维班(集控站)无法实现开关储能机构频繁打压、油温异常升高等设备状态异常信息监控，难以满足设备监控细度要求。

5、(3)设备数据利用不够：设备运行、故障、缺陷、检修等数据缺乏统一规划，分析挖掘深度不够，难以满足设备主人工作要求。因此，无法通过分析采集的数据来排查隐患和排除设备的异常运行状态，进而对变电站安全运行给出预警。

6、(4)主站数据处理负荷激增：随着海量物联网设备的应用，变电站相关数据呈爆炸式增长，主站面临的数据处理超负荷风险激增，整个区域监控系统运行可靠性存在隐患。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的是提供一种变电站设备全状态采集与分析的服务网关机及方法，以至少解决背景技术中的部分问题。

2、为了实现上述目的，在本技术中提供了一种变电站设备全状态采集与分析的服务网关机，该服务网关机包括：数据端口、采集输入层和实时传输层；所述采集输入层包括：服务层、文件系统以及数据建模模块；所述文件系统中存储有模型文件；所述服务层将数据端口输入的设备的监测数据封装至模型文件中并启动服务层中的数据服务；所述数据建模模块用于基于所述数据服务建立设备的多个数据模型，所述多个数据模型包括设备状态模型、故障预测模型、健康评估与预警模型；所述实时传输层用于基于所述多个数据模型向主站系统上传数据。

3、优选地，所述服务网关机还包括：数据分析层，所述数据分析层被配置为：根据设备的历史状态数据实现设备健康评估；以及基于用户表现层界面对数据进行时间或空间上的列表表现或图形表现。

4、优选地，基于所述数据服务建立设备的设备状态模型，包括：采集全站一二次设备的设备运行信息；根据设备运行信息的更新频率将所述设备运行信息分为静态参数、动态参数和准动态参数；确定全站一二次设备的非电气量数据；通过数据建模方式将一二次设备的静态参数、动态参数、准动态参数和非电气量数据的有效信息，重新组织分析形成设备的设备状态模型。

5、优选地，基于所述数据服务建立设备的故障预测模型，包括：确定故障模型的训练方法，所述训练方法包括有监督学习、无监督学习、半监督学习以及强化学习中的一种；确定故障预测技术，所述故障预测技术包括：基于模型的故障预测技术、基于知识的故障预测技术和基于数据的故障预测技术的一者；根据确定的故障预测技术和训练方法构建故障预测模型；所述故障预测模型用于静态故障预测或者动态故障预测。

6、优选地，基于所述数据服务建立设备的健康评估与预警模型，包括：选择支持向量机为电力二次设备状态评估的基础方法；将电力二次设备的健康状态依据属性数值的大小、浮动和变化形势，从状态优劣的角度划分为正常、注意、异常、严重，作为数据标签；获取经过数据预处理后的继电保护设备的样本集，并根据特征选择方法从所述样本集得到的特征子集对样本集进行属性规约，得到状态评估模型的实验数据集；基于所述数据标签对所述实验数据集进行标签标注；将标注后数据分为训练集和测试集，采用训练集对支持向量机进行训练，得到多个分类器，随机构建有向无环图；根据退化顺序对类别进行排序，组建有向无环图再结合朴素贝叶斯构建状态识别模型；基于隐半马尔可夫算法构建寿命预警模型，所述寿命预警模型包括：输入模块，用于通过所述状态识别模型确定设备当前所处的运行状态；计算模块，用于基于全寿命数据训练出的具备全部运行状态的隐半马尔可夫模型参数计算各状态的持续时间；以及输出模块，用于计算出设备处于当前运行状态的剩余可用寿命；基于所述状态识别模型和寿命预警模型得到设备的健康评估与预警模型。

7、优选地，所述服务网关机还包括报文信息插件，所述报文信息插件用于：接收来自过程层网络的所有报文数据；对所述报文数据进行实时解码分析和存储；在实时解码分析时检查各类异常状态，并实时给出异常事件告警；提供报文数据根据事件标签在管理界面上的调阅和分析；对smv和goose格式的报文数据进行同步组合整理和打包，转发给暂态录波子系统；接收并记录来自站控层网络的所有报文数据；以及根据时间标签调取报文数据进行报文序列分析。

8、优选地，所述服务网关机还包括故障数据模型，所述故障数据模型包括故障数据采集模块和故障数据分析模块；所述故障数据采集模块被配置为：获取以下信息中得至少一者：根据预先设置的启动定值判据得到的暂态录波数据、一次系统故障分析报告、保护动作行为分析报告、测距结果、保护装置动作后产生的事件信息和故障录波报告、子站系统所连接的装置在电网发生故障时的动作信息、子站系统的配置信息；所述故障数据分析模块被配置为：在故障发生时汇总保护数据与故障录波数据，得出故障根源；以及建立同类设备历史数据库，提取故障特征量，基于历史数据比对实现特征故障汇总分析。

9、在本技术中还提供了一种变电站设备全状态采集与分析方法，基于前述的变电站设备全状态采集与分析服务网关机，该方法包括：服务层将数据端口输入的设备的监测数据封装至模型文件中并启动服务层中的数据服务；基于所述数据服务建立设备的多个数据模型，所述多个数据模型包括设备状态模型、故障预测模型、健康评估与预警模型；实时传输层基于所述多个数据模型向主站系统上传数据。

10、优选地，所述方法还包括：采用数据分析层根据设备的历史状态数据实现设备健康评估；以及基于用户表现层界面对数据进行时间或空间上的列表表现或图形表现。

11、优选地，基于所述数据服务建立设备的设备状态模型，包括：采集全站一二次设备的设备运行信息；根据设备运行信息的更新频率将所述设备运行信息分为静态参数、动态参数和准动态参数；确定全站一二次设备的非电气量数据；通过数据建模方式将一二次设备的静态参数、动态参数、准动态参数和非电气量数据的有效信息，重新组织分析形成设备的设备状态模型。

12、优选地，基于所述数据服务建立设备的故障预测模型，包括：确定故障模型的训练方法，所述训练方法包括有监督学习、无监督学习、半监督学习以及强化学习中的一种；确定故障预测技术，所述故障预测技术包括：基于模型的故障预测技术、基于知识的故障预测技术和基于数据的故障预测技术的一者；根据确定的故障预测技术和训练方法构建故障预测模型；所述故障预测模型用于静态故障预测或者动态故障预测。

13、优选地，基于所述数据服务建立设备的健康评估与预警模型，包括：选择支持向量机为电力二次设备状态评估的基础方法；将电力二次设备的健康状态依据属性数值的大小、浮动和变化形势，从状态优劣的角度划分为正常、注意、异常、严重，作为数据标签；获取经过数据预处理后的继电保护设备的样本集，并根据特征选择方法从所述样本集得到的特征子集对样本集进行属性规约，得到状态评估模型的实验数据集；基于所述数据标签对所述实验数据集进行标签标注；将标注后数据分为训练集和测试集，采用训练集对支持向量机进行训练，得到多个分类器，随机构建有向无环图；根据退化顺序对类别进行排序，组建有向无环图再结合朴素贝叶斯构建状态识别模型；基于隐半马尔可夫算法构建寿命预警模型，所述寿命预警模型包括：输入模块，用于通过所述状态识别模型确定设备当前所处的运行状态；计算模块，用于基于全寿命数据训练出的具备全部运行状态的隐半马尔可夫模型参数计算各状态的持续时间；以及输出模块，用于计算出设备处于当前运行状态的剩余可用寿命；基于所述状态识别模型和寿命预警模型得到设备的健康评估与预警模型。

14、优选地，所述方法还包括采用报文信息插件执行如下功能中的至少一种功能：接收来自过程层网络的所有报文数据；对所述报文数据进行实时解码分析和存储；在实时解码分析时检查各类异常状态，并实时给出异常事件告警；提供报文数据根据事件标签在管理界面上的调阅和分析；对smv和goose格式的报文数据进行同步组合整理和打包，转发给暂态录波子系统；接收并记录来自站控层网络的所有报文数据；以及根据时间标签调取报文数据进行报文序列分析。

15、优选地，所述方法还包括采用故障数据模型执行故障数据采集和故障数据分析；所述故障数据采集模块所执行的故障数据采集包括获取以下信息中得至少一者：根据预先设置的启动定值判据得到的暂态录波数据、一次系统故障分析报告、保护动作行为分析报告、测距结果、保护装置动作后产生的事件信息和故障录波报告、子站系统所连接的装置在电网发生故障时的动作信息、子站系统的配置信息；所述故障数据分析模块所执行的故障数据分析包括：在故障发生时汇总保护数据与故障录波数据，得出故障根源；以及建立同类设备历史数据库，提取故障特征量，基于历史数据比对实现特征故障汇总分析。

16、在本技术中还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；存储器，与所述至少一个处理器连接；其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的变电站设备全状态采集与分析方法的步骤。

17、在本技术中还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成执行实现前述的变电站设备全状态采集与分析方法的步骤。

18、在本技术中还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现前述的变电站设备全状态采集与分析方法的步骤。

19、上述技术方案具有以下有益效果：

20、(1)提升服务网关机的网络报文分析能力，按照电压等级分别配置采集插件，接入110kv～～750kv变电站全数据并进行汇总并分析处理，实现设备健康状态评价，进而实现故障预警。

21、(2)开发服务网关机对变电站设备数据模型建立及边缘计算功能，实现站内运维信息状态采集、分析、管理和上传。建立设备状态数据模型，实现智能上传，实现主站去中心化，为本地区全站设备安全可靠运检管理提供有力工具。

22、本技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。