基於物聯網的高壓設備監測與狀態評估研究

《基於物聯網的高壓設備監測與狀態評估研究》是依託湖南大學，由黃小慶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於物聯網的高壓設備監測與狀態評估研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃小慶
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

針對斷路器、互感器、避雷器等典型高壓設備地理位置和工作場所的特殊性與局限性，以及有線網路在狀態監測中的不足，研究高壓設備狀態監測系統的網路架構、感知體系、通訊模型與接口規範、網路安全等。設計支持遠距離、多數據類型、滿足異構融合機制和故障條件下自愈規則的無線感測器監測網路；構建基於RFID的無線感測網路，設計基於超高頻協定的無線感測器標籤和閱讀器，提出一體化狀態監測系統的架構模型；建立無線感測數據的標準信息模型，提出異構多源感測數據的集成方案，研究高壓設備監測數據的耦合關係並最佳化信息融合方法。進一步地，採用基於模糊數學的算法，建立典型高壓設備健康狀態評估模型，並提出模型的地域性（海拔、地形地貌）和季節性修正方法。結合數字仿真和現場實驗，驗證無線監測網路的有效性和狀態評估模型的準確性。本研究拓展了物聯網技術的行業套用，為解決高壓設備狀態從定期檢修向狀態檢修轉變的實際工程問題提供了新途徑。

結題摘要

針對典型高壓設備地理位置和工作場所的特殊性與局限性，以及有線網路在狀態監測中的不足，研究了基於物聯網的輸變電設備監控體系，考慮了通信網路的安全策略，建立了包括三個級別通信接口的數據通信層結構。針對變電站和輸電線路監測對象的不同，分別構建融合無線公網的輸電線路WSN模型以及分簇的變電站設備狀態監測網路模型，並提出網路延時最佳化策略。 建立輸變電設備EPC-96編碼規則,實現了對高壓設備的唯一標識，結合使用RFID標籤能夠維持低成本並保持靈活性，使設備資料庫中的動態數據能夠映射到EPC標籤。同時，採用面向對象技術，在已有標準CIM模型的基礎上進行擴展建模，實現多源異構輸變電設備信息的規範、擴展與共享，使不同系統之間針對異構高壓設備信息的互聯、互通、互操作，為設備的狀態評估和全壽命周期管理等高級套用提供模型支持。利用Petri網理論，針對設備信息重複建模和信息不全面等問題，初步驗證了擴展模型的合理性。進一步地，建立了面向配電網故障診斷套用的統一信息模型，藉由CIM模型獲取完備的故障源信息，提高故障診斷的準確性和可靠性。 研究異構參數的集成方法，建立高壓設備監測數據的信息融合模型。針對海量物聯網信息，將信息融合分為數據級融合、特徵級融合和決策級融合，並針對故障預警信息自身的模糊性，以及故障與預警信息之間的模糊關係，在信息預處理和局部融合階段，採用模糊理論的信息融合辦法，得到局部診斷結果。進而，基於局部診斷結果，通過引入證據理論，實現對各局部融合結果的決策融合與診斷，得出一致的診斷結果。 在此基礎上，採用基於模糊數學的算法，建立典型高壓設備健康狀態評估模型。構建了包括自身故障模型、線路潮流模型、外界環境因素模型等三種模型的綜合線路模型。同時，運用馬爾科夫理論建立了具有兩套主保護的故障模型，構建輸電線路的狀態轉移圖，並基於線路運行歷史數據樣本得到線路的馬爾科夫狀態轉移機率矩陣。在此基礎上，利用狀態轉移機率矩陣和輸電線路當前的運行狀態，解析將來時間裡的輸電線路運行狀態變化的機率，實現對輸電線路可靠性的評估。同時提出模型的地域性和季節性修正方法。 針對基於物聯網的高壓設備狀態監測中存在的不確定性因素，套用一種基於自適應丟包的SAV報文估計算法對變電站的多個SAV報文估計，仿真結果表明，將該算法嵌入到常規繼電保護算法中，可以有效解決SAV報文發生延遲或丟失帶來的安全隱患。