一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统的制作方法

1.本发明属于远程设备管理的技术领域，具体涉及一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统。


背景技术：

2.随着社会各行业自动化水平不断提高和大数据技术广泛应用，工业生产中，生产现场一般都购置了大量的自动化设备，以保证生产效率、降低生产成本以及确保产品质量。其中电力设备主要包括发电设备和供电设备两大类，发电设备主要是电站锅炉、蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、变压器等等，供电设备主要是各种电压等级的输电线路、互感器、接触器等等。但是在实际的工业生产中，这些自动化设备通常分布在不同的区域，且距离较远，甚至位于人工难以到达的位置，又由于设备故障具有随机性、多样性和复杂性，所以增加了对设备的故障检测和维修的难度。
3.传统的设备故障监测和诊断通常是通过人工对特定的目标设备进行逐一排查，通过自动化设备自身表示故障信息的特征参量来判断设备的运行情况，但是仅通过对单一的特征参量的监控和诊断不能得到准确的结果，时常出现误判或漏检的现象。同时，对分布在不同区域的自动化设备的监测存在数据信息量大、数据分析速度慢，无法同时诊断多个故障的问题。此外，如果某一设备的在线监测装置故障时，需要对其进行修复或更换后才能正常使用，不能连续不间断地诊断故障，进一步增加了故障诊断难度。
4.因此，设计出一种能够远程在线判断设备的故障技术是很有必要的。


技术实现要素：

5.本发明克服现有技术的不足，提供了一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统。本发明的目的通过以下的技术方案实现：
6.本发明提供了一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，包括依次连接的：主远程控制端、次级远程控制端、数据采集端和设备操作端；
7.所述数据采集端通过数据接口分别与不同区域的设备进行连接，用于实时采集表示设备运行状态数据，并将所采集的运行状态数据传输到通信模块；通信模块将信息发送到次级远程控制端中的初级判断诊断模块，所述初级判断诊断模块用于接收设备故障数据并对所接收的设备故障数据进行初级诊断和归一化处理，并将初级诊断后的显示有故障的设备故障数据传输至主远程控制端；所述主远程控制端对显示有故障的设备故障数据进行高级诊断。
8.优选的，所述主远程控制端包括：
9.中心控制模块，用于接收次级远程控制端发送的初级故障诊断和向数据储存模块、告警模块传输控制指令；
10.预警模块，用于根据数据储存模块中的故障数据，对中心控制模块发送要求设备操作端的设备进行周期性故障诊断信号；
11.数据储存模块，用于存储经初级诊断和高级诊断的设备故障数据；
12.告警模块，用于对高级诊断后显示有故障的特征参量发出警报；
13.诊断模块，用于根据参量高级运算指令，对经初级诊断显示有故障的设备故障数据做高级诊断。
14.优选的，所述次级远程控制端包括：
15.次级中心控制模块，用于将储存在次级数据储存模块中的控制指令和设备故障数据采集指令根据设备通讯协议进行封装后通过网关传输给数据采集端；
16.次级任务分配模块，用于向次级数据储存模块发送数据读取指令，并将次级数据储存模块中储存的设备故障数据及参量初级运算指令调配给参量初级诊断模块；
17.次级数据储存模块，用于存储由远程服务器针对各设备所配置的设备故障数据采集指令和参量初级运算指令，还用于存储所采集到的设备故障数据信息；
18.初级判断诊断模块，用于根据参量初级运算指令对设备进行初级设备故障数据运算，并对运算结果进行归一化处理。
19.优选的，所述数据采集端包括：
20.通信模块，用于将采集于不同区域现场的自动化设备的备故障数据集中传输到次级远程控制端的次级数据储存模块中进行储存；
21.数据采集模块，用于向采集设备输送设备故障数据采集指令，并接收所述采集设备实时传输的设备故障数据,并将接收的设备故障数据传递给通信模块；
22.电源模块，用于对数据采集模块、通信模块和数据管理模块提供工作电源；
23.数据管理模块，用于储存数据采集模块采集设备实时传输的设备故障数据，并对其进行加密储存，防止主远程控制端和次级远程控制端手动篡改数据。
24.优选的，所述设备操作端包括：
25.多个采集设备，其中每个所述采集设备通过数据接口分别对应与一台设备连接，所述采集设备用于采集与其对应设备的设备故障数据；每个所述采集设备通过网关与数据采集模块建立连接；所述数据采集模块与通信模块电性连接。
26.更优的，所述初级判断诊断模块将初次诊断为无故障的设备故障数据传输到主远程控制端的数据储存模块进行储存；将诊断后判断为故障的设备故障数据传输给主远程控制端进行下一步的高级诊断。
27.优选的，所述采集模块包括采集电路，所述采集电路包括依次连接的阈值模块、比较转换模块、输出保持模块和fpga模块。
28.更优的，所述阈值模块输入端分别连接有电阻r5、电阻r6和电阻r7；所述比较转换模块输入端还连接有逻辑电路，所述逻辑电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r8、二极管d1、二极管d2、开关k1和开关k2，二极管d1和电阻r1串联，开关k1和二极管d2串联，电阻r8和开关k2串联，开关k2一端接地，电阻r4和电阻r3串联，电阻r4一端接地，电阻r2分别和电阻r3、电阻r1并联，电阻r1分别和开关k1、开关k2并联。
29.更优的，所述次级任务分配模块采用深度学习算法对设备故障数据进行调配，将设备故障数据和参量初级运算指令一一对应构成任务矩阵后传输给参量初级诊断模块进行运算。
30.更优的，所述深度学习算法步骤包括如下：
31.s1、对已有设备故障数据进行标签归类划分；
32.s2、对划分好的设备故障数据进行归一化处理；
33.s3、利用gru模型对归一化处理后的设备故障数据进行特征提取；
34.s4、初始化gru模型的训练参数并训练gru模型；
35.s5、将实时设备故障数据输入gru模型，得到任务矩阵。
36.本发明提供的云平台电网设备故障远程诊断系统，通过将不同区域的不同设备的设备进行集中采集，并经初级诊断和高级诊断，通过双重判断能更加实现高效准确地对远程设备的运行状态监控和故障诊断，解决了传统设备故障诊断方式监控和诊断不能得到准确的结果，时常出现误判或漏检的现象，以及传统方式监测存在数据信息量大、数据分析速度慢，无法同时诊断多个设备故障的问题；本发明还能实现数据的分级储存，对于有故障设备传输的数据会进一步上传并经高级诊断后，才予以储存，提高了故障诊断的准确率，并在设备级和初级进行数据储存，防止篡改设备数据；采集电路具有功耗低、复用性强、体积小、可灵活裁剪优势，能高效的采集出设备相关数据；通过深度学习算法来分配任务管理，更加高效的合理利用时间，达到更快的解决问题的目的。
附图说明
37.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
38.图1是本发明一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统的框架图；
39.图2是本发明采集电路的电路示意图。
具体实施方式
40.以下结合具体实施例对一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
41.在一实施例中，如图1所示，提供了一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，包括依次连接的：主远程控制端、次级远程控制端、数据采集端和设备操作端；
42.所述数据采集端通过数据接口分别与不同区域的设备进行连接，用于实时采集表示设备运行状态数据，并将所采集的运行状态数据传输到通信模块；通信模块将信息发送到次级远程控制端中的初级判断诊断模块，所述初级判断诊断模块用于接收设备故障数据并对所接收的设备故障数据进行初级诊断和归一化处理，并将初级诊断后的显示有故障的设备故障数据传输至主远程控制端；所述主远程控制端对显示有故障的设备故障数据进行高级诊断。
43.优选的，所述主远程控制端包括：
44.中心控制模块，用于接收次级远程控制端发送的初级故障诊断和向数据储存模块、告警模块传输控制指令；
45.预警模块，用于根据数据储存模块中的故障数据，对中心控制模块发送要求设备操作端的设备进行周期性故障诊断信号；
46.数据储存模块，用于存储经初级诊断和高级诊断的设备故障数据；
47.告警模块，用于对高级诊断后显示有故障的特征参量发出警报；
48.诊断模块，用于根据参量高级运算指令，对经初级诊断显示有故障的设备故障数据做高级诊断。
49.优选的，所述次级远程控制端包括：
50.次级中心控制模块，用于将储存在次级数据储存模块中的控制指令和设备故障数据采集指令根据设备通讯协议进行封装后通过网关传输给数据采集端；
51.次级任务分配模块，用于向次级数据储存模块发送数据读取指令，并将次级数据储存模块中储存的设备故障数据及参量初级运算指令调配给参量初级诊断模块；
52.次级数据储存模块，用于存储由远程服务器针对各设备所配置的设备故障数据采集指令和参量初级运算指令，还用于存储所采集到的设备故障数据信息；
53.初级判断诊断模块，用于根据参量初级运算指令对设备进行初级设备故障数据运算，并对运算结果进行归一化处理。
54.优选的，所述数据采集端包括：
55.通信模块，用于将采集于不同区域现场的自动化设备的备故障数据集中传输到次级远程控制端的次级数据储存模块中进行储存；
56.数据采集模块，用于向采集设备输送设备故障数据采集指令，并接收所述采集设备实时传输的设备故障数据,并将接收的设备故障数据传递给通信模块；
57.电源模块，用于对数据采集模块、通信模块和数据管理模块提供工作电源；
58.其中电源模块应用了不间断电源技术，且在断电瞬间能保证数据资料不丢失，从而保证系统稳定持续工作。
59.数据管理模块，用于储存数据采集模块采集设备实时传输的设备故障数据，并对其进行加密储存，防止主远程控制端和次级远程控制端手动篡改数据。
60.优选的，所述设备操作端包括：
61.多个采集设备，其中每个所述采集设备通过数据接口分别对应与一台设备连接，所述采集设备用于采集与其对应设备的设备故障数据；每个所述采集设备通过网关与数据采集模块建立连接；所述数据采集模块与通信模块电性连接。
62.在本实施例中，采集设备可以是红外传感器、采集芯片或人工输入终端，对应相关电网设备设置相应采集设备，通过采集其关键数据，传输到主远程控制端和次级远程控制端进行故障判断。
63.更优的，所述初级判断诊断模块将初次诊断为无故障的设备故障数据传输到主远程控制端的数据储存模块进行储存；将诊断后判断为故障的设备故障数据传输给主远程控制端进行下一步的高级诊断。
64.通过主远程控制端和次级远程控制端的双层判断机制，可以更加准确的判断出故障原因并通过告警模块，通知相关就近工作人员前去修复故障，当两次故障判断不同时，根据现场工作人员调查，修复相关数据并输入到包括深度学习的次级任务分配模块数据库中，更新判断标准。
65.此外本系统包括了三层的数据储存机制，由于储存的历史数据是共享的，便于整合闲置的计算和存储资源，更有效的优化储存空间，在次级数据储存模块中，将有故障的数据发送至主远程控制端进行高级故障判断，相应设备端也会有记载，能够达到避免单方更
改数据的风险，而无故障数据则上传至云平台的主远程控制端的数据储存模块进行储存。
66.优选的，所述采集模块包括采集电路，所述采集电路包括依次连接的阈值模块、比较转换模块、输出保持模块和fpga模块。
67.更优的，所述阈值模块输入端分别连接有电阻r5、电阻r6和电阻r7；所述比较转换模块输入端还连接有逻辑电路，所述逻辑电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r8、二极管d1、二极管d2、开关k1和开关k2，二极管d1和电阻r1串联，开关k1和二极管d2串联，电阻r8和开关k2串联，开关k2一端接地，电阻r4和电阻r3串联，电阻r4一端接地，电阻r2分别和电阻r3、电阻r1并联，电阻r1分别和开关k1、开关k2并联。
68.如图2所示，为本发明的采集电路，本系统的采集电路可满足各种离散量采集周期任务的使用环境，外围端口配置可灵活实现地/开型离散量。相比于传统的采集电路，该电路具备功耗低、复用性强、体积小、采集进度高、可灵活裁剪等诸多优势，并且已成功应用在现实环境中，通过试验验证，采集功能准确、可靠。
69.更优的，所述次级任务分配模块采用深度学习算法对设备故障数据进行调配，将设备故障数据和参量初级运算指令一一对应构成任务矩阵后传输给参量初级诊断模块进行运算。
70.更优的，所述深度学习算法步骤包括如下：
71.s1、对已有设备故障数据进行标签归类划分；
72.s2、对划分好的设备故障数据进行归一化处理；
73.s3、利用gru模型对归一化处理后的设备故障数据进行特征提取；
74.s4、初始化gru模型的训练参数并训练gru模型；
75.s5、将实时设备故障数据输入gru模型，得到任务矩阵。
76.s3中，特征提取过程包括提取预先设定好的数据并对其进行向量化，随后将向量化的数据输入到gru模型中，并引入注意力机制，其中注意力机制引用了掩码机制，对补0的位置赋予一个极小值，隐藏层状态通过一个线性变换上的tanh激活函数来产生与其他有关的数据嵌入到向量化的数据中；
77.s4中，使用加权交叉熵作为损失函数来解决样本不平衡的问题，对不同的标签类进行权重分配，给予样本量较少的标签更多的关注，其损失函数loss如下所示：
[0078][0079][0080]
其中w(cj)为损失权重；ic为损失权重与故障类别cj中在故障数据的比例，并利用一个常数α来调整分布的平滑性子；表示实际故障标签，l表示数据大小，c表示故障数据，j、i为向量；
[0081]
随后将s2处理完的数据集信息放入s3中的gru模型中提取特征，并根据s4设置好的gru模型训练参数，对gru模型进行训练；
[0082]
s5中，将待测的设备故障数据放入s5中训练好的gru模型中，最终得出任务矩阵。
[0083]
其中预警模块能够对数据储存模块中的数据进行运行仿真，实现数字化虚实互
判，从而实现对设备故障的远程预先诊断。
[0084]
其中诊断模块可以是ai软件在线诊断、专家系统的故障诊断等或通过设置终端窗口进行人工判断。
[0085]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，包括依次连接的：主远程控制端、次级远程控制端、数据采集端和设备操作端；所述数据采集端通过数据接口分别与不同区域的设备进行连接，用于实时采集表示设备运行状态数据，并将所采集的运行状态数据传输到通信模块；通信模块将信息发送到次级远程控制端中的初级判断诊断模块，所述初级判断诊断模块用于接收设备故障数据并对所接收的设备故障数据进行初级诊断和归一化处理，并将初级诊断后的显示有故障的设备故障数据传输至主远程控制端；所述主远程控制端对显示有故障的设备故障数据进行高级诊断。2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述主远程控制端包括：中心控制模块，用于接收次级远程控制端发送的初级故障诊断和向数据储存模块、告警模块传输控制指令；预警模块，用于根据数据储存模块中的故障数据，对中心控制模块发送要求设备操作端的设备进行周期性故障诊断信号；数据储存模块，用于存储经初级诊断和高级诊断的设备故障数据；告警模块，用于对高级诊断后显示有故障的特征参量发出警报；诊断模块，用于根据参量高级运算指令，对经初级诊断显示有故障的设备故障数据做高级诊断。3.根据权利要求1所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述次级远程控制端包括：次级中心控制模块，用于将储存在次级数据储存模块中的控制指令和设备故障数据采集指令根据设备通讯协议进行封装后通过网关传输给数据采集端；次级任务分配模块，用于向次级数据储存模块发送数据读取指令，并将次级数据储存模块中储存的设备故障数据及参量初级运算指令调配给参量初级诊断模块；次级数据储存模块，用于存储由远程服务器针对各设备所配置的设备故障数据采集指令和参量初级运算指令，还用于存储所采集到的设备故障数据信息；初级判断诊断模块，用于根据参量初级运算指令对设备进行初级设备故障数据运算，并对运算结果进行归一化处理。4.根据权利要求1所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集端包括：通信模块，用于将采集于不同区域现场的自动化设备的备故障数据集中传输到次级远程控制端的次级数据储存模块中进行储存；数据采集模块，用于向采集设备输送设备故障数据采集指令，并接收所述采集设备实时传输的设备故障数据,并将接收的设备故障数据传递给通信模块；电源模块，用于对数据采集模块、通信模块和数据管理模块提供工作电源；数据管理模块，用于储存数据采集模块采集设备实时传输的设备故障数据，并对其进行加密储存，防止主远程控制端和次级远程控制端手动篡改数据。5.根据权利要求1所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述设备操作端包括：
多个采集设备，其中每个所述采集设备通过数据接口分别对应与一台设备连接，所述采集设备用于采集与其对应设备的设备故障数据；每个所述采集设备通过网关与数据采集模块建立连接；所述数据采集模块与通信模块电性连接。6.根据权利要求3所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述初级判断诊断模块将初次诊断为无故障的设备故障数据传输到主远程控制端的数据储存模块进行储存；将诊断后判断为故障的设备故障数据传输给主远程控制端进行下一步的高级诊断。7.根据权利要求1所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述采集模块包括采集电路，所述采集电路包括依次连接的阈值模块、比较转换模块、输出保持模块和fpga模块。8.根据权利要求7所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述阈值模块输入端分别连接有电阻r5、电阻r6和电阻r7；所述比较转换模块输入端还连接有逻辑电路，所述逻辑电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r8、二极管d1、二极管d2、开关k1和开关k2，二极管d1和电阻r1串联，开关k1和二极管d2串联，电阻r8和开关k2串联，开关k2一端接地，电阻r4和电阻r3串联，电阻r4一端接地，电阻r2分别和电阻r3、电阻r1并联，电阻r1分别和开关k1、开关k2并联。9.根据权利要求3所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述次级任务分配模块采用深度学习算法对设备故障数据进行调配，将设备故障数据和参量初级运算指令一一对应构成任务矩阵后传输给参量初级诊断模块进行运算。10.根据权利要求9所述的一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，其特征在于，所述深度学习算法步骤包括如下：s1、对已有设备故障数据进行标签归类划分；s2、对划分好的设备故障数据进行归一化处理；s3、利用gru模型对归一化处理后的设备故障数据进行特征提取；s4、初始化gru模型的训练参数并训练gru模型；s5、将实时设备故障数据输入gru模型，得到任务矩阵。

技术总结
本发明公开了一种基于云平台的电网设备远程故障诊断系统，包括主远程控制端、次级远程控制端、数据采集端和设备操作端，所述数据采集端通过数据接口分别与不同区域的设备进行连接，用于实时采集表示设备运行状态数据，并将所采集的运行状态数据传输到通信模块；通信模块将信息发送到次级远程控制端中的初级判断诊断模块，所述初级判断诊断模块用于接收设备故障数据并对所接收的设备故障数据进行初级诊断和归一化处理，并将初级诊断后的显示有故障的特征参量传输至主远程控制端；所述主远程控制端对显示有故障的特征参量进形高级诊断。该系统能够解决传统设备故障诊断方式监控和诊断不能得到准确的结果，时常出现误判或漏检的现象。漏检的现象。漏检的现象。


技术研发人员：夏懿 刘保群 王鹏 马瑾 文冬 王晶 冯亚宏 杨晓茹
受保护的技术使用者：国网甘肃省电力公司临夏供电公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/9