【文章推荐】面向管廊内交直流混联系统的多源信息融合监测系统研究

原文发表在《高压电器》2024年第12期。

https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.13296/j.1001-1609.hva.2024.12.027

面向管廊内交直流混联系统的多源信息融合监测系统研究

刘波¹，范斌涛²，宋鹏飞³，刘浩¹，陈相吾⁴，徐新宇³，邵美阳²，王梓昂³，张喆²，张那明³

(1. 国网陕西省电力有限公司，西安 710048；2. 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院， 西安 710199；3. 西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室，西安 710049；4. 国网陕西省电力有限公司营销服务中心（计量中心），西安 710199)

一 内容简介

随着高压直流输电技术的不断发展，基于地下管廊的交直流混联系统得到了广泛应用，一方面扩大了智能电网的运行规模，另一方面，对管廊内设备运行可靠性的监控也提出了更高要求。交直流混联系统管廊内运行环境严酷，极易发生严重安全事故等问题。文中建立了对交直流混联系统管廊内状态监测与运行评估的多源信息融合监测系统，将管廊内交直流混联系统重点部位的多源参量进行数字化、智能化处理，提取关键信息，并基于多源信息融合算法对系统运行状态进行分析与评估。当管廊内交直流混联系统运行出现异常时监测系统能够实现快速响应，从而保证管廊内交直流混联系统的长期稳定运行。

二 主要内容

得益于高压直流输电技术的不断进步，中国智能电网发展水平得到了快速提高，然而受城市建设及公共资源的限制，大量直流输电线路需与交流线缆共同敷设于地下管廊，进一步恶化了管廊内各设备的运行环境。由于管廊内存在大量高低压设备，设备间通信、供电线路非常密集，设备长期处于恶劣运行环境，容易发生安全事故，因此对管廊内交直流混联系统进行监测，将有助于提高交直流混联系统运行的稳定性，具有重要的实际意义。

为提高对管廊内的监测水平，大量监测系统应运而生。由于管廊内环境复杂，采用无线形式进行数据传递能够避免有线网络在紧急情况时链路中断。然而星型无线网络路由节点损坏会导致网络大面积失效，因此亟需针对交直流混联地下管廊，探索具有链路可动态调整、网络自恢复功能的无线监测信息传输网络。

在监测信息的传输网络方面，研究者们开展了大量工作：2014年，王倩等设计完成了具有良好的实时性和可靠性的CAN总线地下电缆环境监控系统；2019年张立云等设计并实现了一种可以无人化观测隧道内部状况，识别出隧道内部道路的监控平台，改善了监测信息的不间断传输性能；同年，刘磊、李忠柱等提出一种利用集中—分布式的监控模式对隧道内综合环境及设备运行参数进行实时监控，提升了多种监测信息传递可靠性及信息处理能力。尽管在信息传输网络上开展了大量研究工作，但仍存在链路生存力较弱、对海量信息智能化处理能力不足、监测结果需要人工介入等问题。

大量事故案例表明，导致运行事故的原因往往存在交互影响，呈现出多源化趋势。现有监测系统通常关注管廊内输电系统的个别指标，因此，依据多源信息的监测手段可将不同信息源的数据进行融合，使信息之间相互支撑，能够有效提高系统监测的准确性。因此，为了提高对站内设备运行可靠性的监测能力，有必要针对信息处理算法开展深入探索。2021年，贠卫国等研究了一种基于多通道CNN多源信息融合的故障诊断方法，实现了多信息融合，提高了诊断模型的精度。同年，鞠兴华等研究了基于多源信息融合的基坑预警分级系统，利用了累计变形判据和变形速率判据实现了多元监测信息融合的基坑预警研究。大量研究工作实现了信息汇总与处理，但依然存在实时性较低，难以兼顾信息传递可靠性和多源信息处理等多方面需求。

为满足对管廊内交直流混联系统运行环境及运行状态监测的实际需求，文中基于网格网络，研究了多源信息融合监测系统，实现了温度、接地电流、异常振动、有害气体监测等功能，并且通过融合算法对多源信息进行分析处理，得出综合交直流混联系统运行状态指数，并利用网格网络自组织自恢复的特点，将终端设备采集到的数据传输到评估系统进行故障诊断。实际测试表明：所提出的监测系统具有网络自恢复能力，可以满足管廊恶劣工况下的稳定性要求，能够对交直流混联系统的运行信息进行采集融合并提供评估结果，实现了对管廊内交直流混联系统运行状态的有效监测。

1 多源信息融合监测系统理论研究

1.1 信息平台

1.2 管廊内典型监测参量

1.3 监测参量信息处理

1.4 多源信息融合算法

2 多源信息融合监测系统软硬件实现

2.1 信息获取系统

2.2 人机交互界面

3 多源信息融合系统测试

3.1 多源信息融合系统网络性能测试

3.2 信息传输测试

3.3 多源信息融合评估测试

三 结论

针对管廊内交直流混联系统运行环境的监测需求，文中提出了基于网格网络的多源信息融合监测系统。通过网格网络极大地扩展了监测网络的覆盖范围，得益于网格网络的链路可动态调整特性，非常适用于环境恶劣、无网络覆盖的地下管廊应用场景。

在此基础上，文中针对交直流混联系统运行过程中的典型参量，实现了温湿度、接地电流、异常振动、有害气体检测等功能，建立了能够反映管廊内交直流混联系统运行状态的系统运行状态指数，通过数据多跳回传，实现了多源信息融合评估，为管廊内交直流混联系统运行环境监测系统的发展方向提供了新的思路。

作者简介

刘波(1977—)，男，高级工程师，主要从事电力设备检修等方面的研究(E-mail：liubo@sn.sgcc.com.cn)。

范斌涛(1987—)，男，工程师，主要从事变电试验、配电网试验、配网数字化等方面的研究(E-mail：372138199@qq.com)。

宋鹏飞(1996—)，男，硕士研究生，主要从事Mesh网络构建方面的研究(E-mail：a1071749437@stu.xjtu.edu.cn)。

刘浩(1981—)，男，高级工程师，主要从事电网规划建设、电网技术改造管理等工作(E-mail：46823841@qq.com)。

陈相吾(1994—)，男，工程师，主要从事营销安全等方面的研究(E-mail：zggfcxw@126.com)。

徐新宇(1997—)，男，硕士研究生，主要从事多源信息融合算法方面的研究(E-mail：Xxy197488@stu.xjtu.edu.cn)。

邵美阳(1996—)，女，工程师，主要从事配电自动化方面的研究(E-mail：2322030019@qq.com)。

王梓昂(1995—)，男，硕士研究生，主要从事信号采集及处理方面的研究(E-mail：s1mple@stu.xjtu.edu.cn)。

张喆(1993—)，女，工程师，从事数字化系统上线检测管理工作(E-mail：248168443@qq.com)。

张那明(1987—)，男，副教授，主要从事电力装备状态监测及多物理场数值计算方面的研究(E-mail：namingzhang@xjtu.edu.cn)。 

本文索引

刘波，范斌涛，宋鹏飞，等. 面向管廊内交直流混联系统的多源信息融合监测系统研究[J]. 高压电器，2024,60(12)：241-249.

LIU Bo，FAN Bintao，SON Pengfei，et al. Research on multi-source information fusion monitoring system for AC/DC hybrid system in pipe corridor[J]. High Voltage Apparatus，2024, 60(12)：241-249.