Библиотека событий сигнатур сети обеспечивает углубленный анализ электросетей

Библиотека событий Grid Signature помогает коммунальным предприятиям и исследователям лучше понять поведение сети, предоставляя доступ к наборам данных сигналов, полученных в результате операций с сетью. (Изображение:Адам Малин/ORNL, Министерство энергетики США)

Технические обзоры: Не могли бы вы рассказать мне, как начался этот проект?

Аарон Уилсон: Я не был создателем библиотеки сигнатур событий Grid. Когда я присоединился к лаборатории в 2019 году, она была довольно новой, но по-настоящему она сдвинулась с мертвой точки примерно до 2021 года. Я вступил во владение весной 2022 года.

Мы получили финансирование от Министерства энергетики на создание библиотеки сигнатур событий электросети. Это был бы полезный ресурс для людей, позволяющий посмотреть, как некоторые из этих сигналов ведут себя в системе, чтобы они знали, что искать в своих собственных системах. Поскольку мы получили больше данных от разных партнеров и продолжали продвигать эту идею в течение последних нескольких лет, она начала набирать обороты.

Технические обзоры: Позвольте мне попытаться получить более полное представление о системе. Есть ли у вас стандартизированный способ классификации сигналов и маркировки связанных событий?

Уилсон: Одной из проблем, с которой мы столкнулись пару лет назад, было присвоение единой схемы маркировки всем различным типам данных, которые мы получали от поставщиков. Мы заметили, что каждый по-своему навешивал ярлык на то, что произошло. Обычно оно передавалось нам в виде текстового описания того, что заметил оператор или инженер, когда записывал событие. Итак, после того, как мы прочесали все, что у нас было на тот момент, мы решили создать иерархическую систему, которая включает в себя все, что у нас есть, как из этого набора данных, так и из общих знаний об энергосистеме. Затем мы разработали таксономию, которая достаточно единообразна для всего нашего набора данных. Таким образом, всякий раз, когда мы получаем новые данные, у нас есть достаточная широта этой таксономии, чтобы иметь возможность выделить для них подходящее место.

Технические обзоры: Можете ли вы дать мне некоторое представление о том, что такое таксономия?

Уилсон: Он состоит из трех слоев, мы называем их группами, классами и подклассами. Группы — это категории очень высокого уровня, например, какие фазы влияют на энергосистему — обычно у вас есть три фазы. Есть группа под названием «Условия», в которой можно найти такие вещи, как стихийные бедствия и события, связанные с погодой. Под классами и подклассами вы начнете углубляться в более конкретные категории, которые мы присвоим этим различным событиям.

Технические обзоры: Не могли бы вы привести пример того, какие категории у вас могут быть?

Уилсон: Например, у нас может быть категория под названием «условия» в качестве группы, затем у нас может быть «погода» в качестве класса, а затем подкласс может быть «молнией». Или у нас может быть группа, которая называется просто «события», а под ней может быть класс с надписью «качество электроэнергии», а под ним может быть «скачок тока» или «переходный процесс».

Технические обзоры: Как вы связываете скачки тока или переходные процессы с событиями?

Уилсон: Переходный процесс — это событие в том смысле, в каком мы его определяем. Мы определяем событие как нечто, что является аномалией — ненормальным поведением, которого вы не ожидали.

Итак, подумайте о напряжении и токе, как они ведут себя в сети. Поскольку у нас есть система переменного тока, она ведет себя синусоидально, и система спроектирована так, что эти явления, эти электромагнитные поля, проходят как можно более чисто, то есть нет шума или аномальных событий. Примером аномалии может быть случай, когда происходит что-то, что либо приводит к срабатыванию автоматического выключателя, либо к отключению участка линии. Подобные вещи мы здесь называем событиями. Переходный процесс может быть чем-то вроде включения или выключения конденсаторной батареи, что вызывает кратковременный всплеск тока, который проникает в систему. Если ваша система не рассчитана на такой уровень тока, это может привести к повреждению вашего оборудования.

Технические обзоры: Что пользователь может сделать с этой информацией?

Уилсон: Пользователь может создать учетную запись на сайте, а затем получить доступ к тому, что мы называем нашей панелью управления. Отсюда вы можете использовать различные критерии запроса для поиска событий в нашей библиотеке. Внутри информационной панели вы можете увидеть информацию, связанную с данными, например дату и время; текстовое описание, которое было нам предоставлено; частота выборки, с которой об этом сообщалось; тип датчика, который использовался для записи. И есть кнопка скачать. Рядом с каждым событием в записях также есть функция, которая позволит вам просмотреть его сюжет на веб-сайте перед загрузкой.

Технические обзоры: Итак, если я коммунальщик, могу ли я записать событие, происходящее в моей сетке, а затем сравнить его с вашим банком данных?

Уилсон: Это определенно один из способов. Одна вещь, о которой мы говорили в нашей группе из трех лабораторий, — это разработка инструмента, который мы интегрируем в библиотеку, который позволит кому-то выполнять то, что можно было бы назвать обратным поиском изображений. Вы получили бы часть данных со стороны утилиты, вы не знаете, чем это вызвано, и хотите найти в базе данных что-то, что соответствует как можно ближе. Это может помочь вам получить некоторое представление о том, что могло произойти. Это действующий проект.

Другая вещь, для которой его можно использовать, — это просто общее образование, чтобы узнать, как выглядят некоторые из этих событий, просто для тренировки глаз инженера, который не знает, как работают некоторые из этих вещей. Вы можете выполнить поиск, скажем, по названию типа события, например, дугового разряда — я хочу посмотреть, как выглядит искрение, чтобы сравнить его с тем, что у меня есть.

Предположим, я оператор и вижу эту странную вещь, которая произошла с моими данными, и пытаюсь выяснить, что это такое или что она представляет, потому что в результате произошло что-то плохое. Я могу сказать:«Я думаю, это дуга». Затем я могу выполнить поиск по слову «дуга» и сравнить, как выглядит моя форма волны, с тем, как выглядят данные дуги в базе данных, и сказать:"Они похожи? О, это похоже на то, что это очень похоже, возможно, это так". Или это может помочь исключить это.

Технические обзоры: Если я оператор сети и знаю, что это за событие, как мне использовать эту информацию?

Уилсон: Ну, это зависит от типа мероприятия. Если вы думаете, что видите то, что мы бы назвали зарождающимся отказом, если вы увидели закономерность, которая может указывать на будущую дугу, вы можете сопоставить ее с чем-то в базе данных и остановить ее до того, как она действительно разрушит изолятор или повредит оборудование. Это было бы очень полезно:искрение — аномалия, которую трудно обнаружить.

Технические обзоры: Но мне все равно придется это как-то локализовать.

Уилсон: Конечно, но это всего лишь база данных, это не обязательно система, которая подскажет вам, где что-то может произойти, потому что все схемы разные.

Технические обзоры: Когда вы собираете сигналы для своей базы данных, не будет ли форма сигнала выглядеть по-разному в зависимости, скажем, от расстояния между датчиком и событием?

Уилсон: Абсолютно. При организации такой базы данных в игру вступает множество факторов. Если вы хотите обеспечить полную наблюдаемость своей системы, вам придется установить датчики через каждые X футов. Это просто экономически нецелесообразно. Итак, вы должны принимать обоснованные решения, когда используете что-то подобное.

В примере с дугой измерения, скорее всего, будут очень близки к тому месту, где происходит это конкретное событие, просто исходя из физики того, как частоты дуговых событий распространяются по проводнику. Итак, вы можете с полным основанием сказать, что это происходило неподалеку — я не могу назвать вам количество футов или миль, эта информация не обязательно содержится здесь, в библиотеке. На самом деле это довольно большая исследовательская проблема.

Технические обзоры: Хотите что-нибудь добавить?

Уилсон: Это то, над чем мы работаем уже пару лет. Есть большой смысл создать эту базу данных для использования в академических и исследовательских кругах, а не только в качестве инструмента для коммунальных предприятий. Сейчас ведется активная разработка искусственного интеллекта, особенно в сфере энергосистемы. Министерство энергетики США предлагает множество различных приложений искусственного интеллекта и данных в сети. Это также призвано помочь поддержать некоторые из этих усилий.

Технические обзоры: Работаете ли вы над увеличением количества или качества базы данных?

Уилсон: Да, и да. Это постоянные усилия. Мы всегда и везде нуждаемся в данных.

Технические обзоры: Кто, как вы надеетесь, предоставит больше данных?

Уилсон: Что ж, нам всегда нужны данные от коммунальных предприятий, потому что у них обычно есть вещи, которые более репрезентативны для реального мира. Мы могли бы смоделировать столько данных, сколько захотим, и поместить их туда, но, в конце концов, они не охватывают все крайние случаи, которые вы можете увидеть в реальном мире. Итак, все, что у нас есть сейчас, получено с реальных датчиков, которые записывали данные в полевых условиях, а не смоделировано в программе. Я не хочу сказать, что смоделированные данные не имеют никакой ценности, но мы не можем уловить все аномальное поведение в моделировании, не зная по-настоящему физики каждой схемы в стране и мире.