《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向電力通信網(wǎng)邊緣計(jì)算的缺陷診斷研究
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第4期
朱鵬宇1，蔡新忠1，徐士元1，吳季樺2，王敬宇2
1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京210012；2.北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100876
摘要： 電力通信網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及智能電網(wǎng)的部署給運(yùn)維中心帶來(lái)了海量數(shù)據(jù)以及計(jì)算壓力。邊緣計(jì)算技術(shù)可以緩解電網(wǎng)管理平臺(tái)處理海量數(shù)據(jù)的壓力以及減小計(jì)算開(kāi)銷，協(xié)助運(yùn)維人員高效完成缺陷診斷和檢修。重點(diǎn)考慮了電力通信網(wǎng)邊緣計(jì)算新生態(tài)下的運(yùn)維流程，提出了一種基于邊緣計(jì)算架構(gòu)結(jié)合知識(shí)圖譜技術(shù)的電力通信網(wǎng)缺陷診斷技術(shù)方案。為了改進(jìn)傳統(tǒng)的基于規(guī)則的缺陷診斷技術(shù)，提高其可靠性和效率，該系統(tǒng)融合了多種智能方法用以實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算架構(gòu)下的缺陷診斷，通過(guò)對(duì)設(shè)備告警日志的分析和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母檶?shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和派單維護(hù)。
中圖分類號(hào)： TN915
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201347
中文引用格式： 朱鵬宇，蔡新忠，徐士元，等. 面向電力通信網(wǎng)邊緣計(jì)算的缺陷診斷研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(4)：30-35，45.
英文引用格式： Zhu Pengyu，Cai Xinzhong，Xu Shiyuan，et al. Research of fault diagnosis of power communication network in edge cloud computing[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：30-35，45.
Research of fault diagnosis of power communication network in edge cloud computing
Zhu Pengyu1，Cai Xinzhong1，Xu Shiyuan1，Wu Jihua2，Wang Jingyu2
1.State Grid Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210012，China； 2.State Key Laboratory of Networking and Switching Technology，Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing 100876，China
Abstract： The expansion of the power communication network and the deployment of smart grids have brought massive amounts of data and calculation pressure to the operation and maintenance center. Edge computing can alleviate the pressure on the grid management platform to process massive amounts of data, reduce computing overhead, and assist operation and maintenance personnel efficiently complete fault diagnosis and maintenance. This paper proposed a power communication network fault diagnosis technical solution based on the edge computing architecture combined with the knowledge graph technology, will focus on the new ecology of edge computing in the power communication network. For improving the traditional rule-based technology and enhancing the reliability and efficiency, the system integrates a variety of intelligent methods to realize fault diagnosis under the edge computing architecture, and realizes timely detection of faults and dispatch maintenance through analysis of equipment alarms and network topology.
Key words : fault diagnosis；knowledge graph；anomaly detection；edge computing

0 引言

    電子化和信息化時(shí)代的到來(lái)，給電力通信網(wǎng)的管理和維護(hù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。如何保證電力通信網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量和信道要求，如何減少運(yùn)維人員壓力，如何保證電力通信網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性等問(wèn)題是亟待解決的問(wèn)題。借助電子信息技術(shù)和人工智能技術(shù)打造“互聯(lián)互通”的智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)和通信網(wǎng)的一體化深度融合，國(guó)家電網(wǎng)有限公司提出了建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的方針。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)依托現(xiàn)有智能電網(wǎng)展開(kāi)，致力于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)交互、動(dòng)態(tài)信息感知和高效信息處理等[1]。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)為傳統(tǒng)電網(wǎng)賦能，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)備及客戶的狀態(tài)全面感知，達(dá)到高度信息交互與數(shù)據(jù)共享[2]。

    傳統(tǒng)電力骨干通信網(wǎng)缺陷診斷主要依靠各級(jí)運(yùn)維人員定期巡檢設(shè)備網(wǎng)管，根據(jù)專家知識(shí)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行缺陷分析和缺陷定因。其準(zhǔn)確性依賴于人為經(jīng)驗(yàn)，并且需要操作員根據(jù)實(shí)時(shí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整缺陷診斷規(guī)則。

    由于電力通信網(wǎng)在保證經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)生產(chǎn)中的重要性，要求其保證高度的可靠性和出現(xiàn)故障時(shí)保持服務(wù)的能力?；谌斯そ?jīng)驗(yàn)的缺陷診斷方法，主觀因素影響較大，并且難以應(yīng)付指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的海量告警信息。

    缺陷診斷分為事件檢測(cè)和定位。事件檢測(cè)和定位則基于事件分類。傳統(tǒng)事件分類由運(yùn)維人員根據(jù)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)確定，這種分級(jí)分類只考慮電力系統(tǒng)中發(fā)生頻率最高的事件[3]。已經(jīng)有許多研究將人工智能技術(shù)應(yīng)用到電力通信網(wǎng)事件分類和缺陷診斷領(lǐng)域中以擺脫對(duì)規(guī)則的依賴，減少人力資源的投入[4]。電力通信網(wǎng)的智能化以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用提升了電網(wǎng)整體運(yùn)營(yíng)能力，提高了電力通信網(wǎng)的運(yùn)維效率和可靠性。但智能電網(wǎng)的大量監(jiān)管數(shù)據(jù)匯入帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，業(yè)務(wù)依靠海量數(shù)據(jù)支撐并且要求短時(shí)內(nèi)處理高并發(fā)信息，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析，對(duì)運(yùn)維中心帶來(lái)了巨大的計(jì)算壓力和開(kāi)銷。

    為了應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)和計(jì)算量帶來(lái)的挑戰(zhàn)，邊緣云和邊緣計(jì)算(Edge Computing，EC)技術(shù)被應(yīng)用到電力通信領(lǐng)域[7]。

    邊緣計(jì)算技術(shù)能夠有效支撐分布式數(shù)據(jù)采集和處理，分布式模型訓(xùn)練，分布式需求響應(yīng)，將計(jì)算壓力下沉到邊緣側(cè)，減輕運(yùn)維中心壓力。作為一種新興的計(jì)算模式，邊緣計(jì)算將電力通信網(wǎng)中心的云計(jì)算資源擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)邊緣，使得計(jì)算中心從電力通信骨干網(wǎng)擴(kuò)展到邊緣節(jié)點(diǎn)，縮短了業(yè)務(wù)與計(jì)算資源之間的距離，協(xié)同完成電網(wǎng)所分配的業(yè)務(wù)。目前已有的邊緣計(jì)算包括移動(dòng)云計(jì)算[8]、霧計(jì)算[9]和移動(dòng)邊緣計(jì)算[10]等。邊緣計(jì)算生態(tài)搭建已在國(guó)內(nèi)逐步推行，部分工業(yè)領(lǐng)域正積極部署邊緣計(jì)算的應(yīng)用。

    本文提出一種電力通信網(wǎng)邊緣計(jì)算架構(gòu)，旨在構(gòu)建智能電網(wǎng)運(yùn)維新生態(tài)，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)通信網(wǎng)有機(jī)結(jié)合、互聯(lián)互通，并提出一套基于邊緣計(jì)算架構(gòu)，面向電力通信網(wǎng)告警數(shù)據(jù)進(jìn)行缺陷診斷的技術(shù)方案。




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作者信息:

朱鵬宇1，蔡新忠1，徐士元1，吳季樺2，王敬宇2

(1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京210012；2.北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100876)

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