國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 吳敏輝 黃 杰

智能配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與運(yùn)行狀態(tài)管控典型場(chǎng)景輔助決策技術(shù)研究

國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 吳敏輝 黃 杰

為了全面掌握配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，指導(dǎo)電網(wǎng)運(yùn)行、建設(shè)與改造，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)進(jìn)行深入研究，找出配電網(wǎng)運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)，本文應(yīng)用了電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、評(píng)價(jià)及輔助決策的相關(guān)知識(shí)，就運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)終端、構(gòu)建管控模式、典型場(chǎng)景輔助決策關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

電能質(zhì)量；運(yùn)行狀態(tài)；監(jiān)測(cè)；狀態(tài)管控；數(shù)據(jù)分析

1 研究背景

電力系統(tǒng)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展騰飛的必要保證，電力網(wǎng)的持續(xù)健康安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可以為我國(guó)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和高精尖科技產(chǎn)業(yè)的提升和加速提供源源不斷的動(dòng)力。而在整個(gè)電力網(wǎng)里面，配電網(wǎng)的配電可靠性和供電質(zhì)量將直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和社會(huì)的正常秩序，能夠影響到人們的正常生活。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與用戶(hù)直接相關(guān)，擁有大量的供電設(shè)備和用戶(hù)用電設(shè)備。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其作用至關(guān)重要。它是實(shí)現(xiàn)電力公司優(yōu)質(zhì)供電，合理安全地將能源從輸電網(wǎng)接收進(jìn)來(lái)然后通過(guò)變壓器和配電網(wǎng)絡(luò)傳輸給各種電力客戶(hù)的重要環(huán)節(jié)。由于配電網(wǎng)的重要性，它的建設(shè)和完善一直都是任何城市或者農(nóng)村的管理工作重點(diǎn)，也是投資興建的熱點(diǎn)。城市發(fā)展越來(lái)越快，各種高樓大廈、工廠不斷興建，供電的用戶(hù)面也越來(lái)越大，也有越來(lái)越多的用戶(hù)需要對(duì)配電網(wǎng)的供電質(zhì)量提出更高的要求，配電網(wǎng)絡(luò)的線(xiàn)路也越來(lái)越復(fù)雜，精密的供電設(shè)備越來(lái)越多，通訊交換方式越來(lái)越復(fù)雜，面對(duì)這樣龐大繁雜的大信息的交換和剖析、快速存儲(chǔ)和集成處理，必須加大對(duì)配電網(wǎng)的管理。

當(dāng)前，智能電網(wǎng)已成為世界各國(guó)電力行業(yè)的研究熱點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)實(shí)際情況，國(guó)網(wǎng)公司提出了“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)"的概念。“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流"的高度一體化融合，是堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)。

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入，傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行管理模式已不適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展。早在2010年，國(guó)網(wǎng)公司兩會(huì)就提出了“三集五大”這一全新概念。其中“大運(yùn)行”重點(diǎn)是在確保安全的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度和設(shè)備運(yùn)行集控功能實(shí)施集約融合、統(tǒng)一管理，促進(jìn)各級(jí)調(diào)度一體化運(yùn)作，完善相應(yīng)的工作制度、業(yè)務(wù)流程、標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)手段。在今后的“大運(yùn)行”體系的構(gòu)建中，優(yōu)化原有電網(wǎng)運(yùn)行模式，變革原有生產(chǎn)運(yùn)行組織架構(gòu)、創(chuàng)新管理方式、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，對(duì)于實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理由條塊分割向協(xié)同統(tǒng)一、分散粗放向集中精益方式的根本性轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。

2 研究目的

為了有效利用企業(yè)積累的海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)由面向信息統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)向輔助決策支持，本文以提升配電網(wǎng)精益化管理為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)的管控為目標(biāo)，建立運(yùn)行狀態(tài)管控，重點(diǎn)突破運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)、閉環(huán)管控與輔助決策等關(guān)鍵技術(shù)，研究配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控輔助決策支持系統(tǒng)、綜合監(jiān)測(cè)終端等關(guān)鍵軟硬件，支撐配電網(wǎng)各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)閉環(huán)管控與協(xié)同發(fā)展，提升配電網(wǎng)電能質(zhì)量精益化管理水平。

3 研究意義

從配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合監(jiān)測(cè)需求出發(fā)，提出實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、裝備狀態(tài)及環(huán)境信息的綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)方案，研究配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)裝置，形成綜合監(jiān)測(cè)功能優(yōu)化配置模式，為配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控提供有效的技術(shù)支撐手段。

綜合運(yùn)用配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控，提出配電終端缺陷挖掘、配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)用提升等方面的輔助決策分析方法，研究配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控輔助決策支持系統(tǒng)，充分挖掘利用運(yùn)行狀態(tài)綜合信息價(jià)值，為公司配電網(wǎng)精益化管理與閉環(huán)管控提供輔助決策支持手段。

4 研究?jī)?nèi)容

4.1 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)終端研究?jī)?nèi)容

配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵信息獲取的技術(shù)實(shí)現(xiàn)模式主要通過(guò)兩個(gè)手段進(jìn)行獲取相應(yīng)的配電網(wǎng)關(guān)鍵信息。

圖1 運(yùn)監(jiān)系統(tǒng)整體業(yè)務(wù)藍(lán)圖

通過(guò)webservice接口方式引入配網(wǎng)GIS地理信息系統(tǒng)中的變電站、饋電線(xiàn)、變壓器、開(kāi)關(guān)、電線(xiàn)桿等設(shè)備的地理位置信息形成相應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖反映在本文研究的配電網(wǎng)狀態(tài)分析軟件平臺(tái)的輕量級(jí)圖形引擎上；通過(guò)webservice接口方式導(dǎo)入營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)把變電站、饋電線(xiàn)、變壓器、開(kāi)關(guān)、電線(xiàn)桿等設(shè)備的電氣性能參數(shù)反映在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上；通過(guò)webservice接口方式導(dǎo)入配網(wǎng)負(fù)控系統(tǒng)和電能量采集系統(tǒng)中的的配電業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布情況。

通過(guò)在饋線(xiàn)線(xiàn)路中安裝綜合監(jiān)測(cè)終端設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)采集饋線(xiàn)線(xiàn)路、饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、環(huán)境狀態(tài)等運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，并將綜合監(jiān)測(cè)終端設(shè)備采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息通過(guò)GPRS通訊方式傳送至配電網(wǎng)狀態(tài)分析軟件平臺(tái)。

以上通過(guò)接口方式的導(dǎo)入及本文研究的綜合監(jiān)測(cè)終端采集接收的數(shù)據(jù)，可以充分體現(xiàn)配網(wǎng)饋線(xiàn)的用電特性并自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布情況及潮流分布情況，潮流流向分布情況和負(fù)載分布數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在配電網(wǎng)狀態(tài)分析軟件平臺(tái)上作為分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵的數(shù)據(jù)包含如下：

4.1.1 開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)

10kV線(xiàn)路上的斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)等故障識(shí)別、隔離和對(duì)非故障區(qū)間的恢復(fù)供電事件記錄數(shù)據(jù)。

4.1.2 配電變壓器運(yùn)行工況

低壓側(cè)三相電壓、電流采樣值、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、電壓、電流的最大值、最小值及其出現(xiàn)時(shí)間，供電中斷時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間等事件記錄等數(shù)據(jù)。

4.1.3 開(kāi)閉所（站）、戶(hù)外小型開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)。

4.1.4 饋線(xiàn)線(xiàn)路節(jié)點(diǎn)的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等信息。

4.1.5 環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。主要是采集當(dāng)?shù)氐臏囟取穸?、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。

4.2 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控典型場(chǎng)景輔助決策研究?jī)?nèi)容

配電網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備量大、運(yùn)行管控手段弱等特點(diǎn)。通過(guò)監(jiān)視設(shè)備的異常情況和采取的應(yīng)對(duì)措施、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)二次設(shè)備及日常運(yùn)維、監(jiān)督管理重點(diǎn)工作開(kāi)展情況以及在線(xiàn)跟蹤獲取配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)警。通過(guò)平臺(tái)可以了解福建全省配電網(wǎng)的電網(wǎng)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)匯總及分析電網(wǎng)隱患、設(shè)備缺陷，為公司配電自動(dòng)化運(yùn)行管控的建設(shè)應(yīng)用提升輔助決策支持手段，從而實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)管控。

4.2.1 實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)視分析

對(duì)配電網(wǎng)圖形、模型、采集數(shù)據(jù)的集中監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)全省配電網(wǎng)及設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)視，對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行異常及故障實(shí)時(shí)告警。

4.2.2 大面積停電轉(zhuǎn)供電分析

目前配電自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)展開(kāi)了變電站調(diào)控信息、公（專(zhuān)）變數(shù)據(jù)、故障指示器設(shè)備接入及故障研判等工作，綜合應(yīng)用多元信息及配網(wǎng)拓?fù)?，在大面積停電下的對(duì)重要用戶(hù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供電輔助分析，并提交執(zhí)行方案，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或人工快速恢復(fù)供電。

4.2.3 應(yīng)急實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)

在省級(jí)監(jiān)視角度，發(fā)生大規(guī)模電網(wǎng)故障時(shí)，從防震減災(zāi)、應(yīng)急指揮等角度，可以實(shí)時(shí)了解災(zāi)害現(xiàn)狀，進(jìn)行穿透分析，給出當(dāng)前電網(wǎng)偏離安全運(yùn)行狀態(tài)的程度，實(shí)現(xiàn)9地市故障數(shù)量、失電負(fù)荷等的實(shí)時(shí)匯總統(tǒng)計(jì)。

4.2.4 調(diào)度監(jiān)管

從數(shù)據(jù)質(zhì)量、電網(wǎng)異常、運(yùn)維缺陷、運(yùn)行狀態(tài)等角度對(duì)配電主站進(jìn)行深化分析，加強(qiáng)數(shù)據(jù)質(zhì)量管控、管理規(guī)范化、運(yùn)維精細(xì)化，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。

4.2.5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析以及災(zāi)害情況統(tǒng)計(jì)應(yīng)用，在線(xiàn)跟蹤獲取配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)警。

5 運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)國(guó)網(wǎng)公司運(yùn)營(yíng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、在線(xiàn)計(jì)算、在線(xiàn)分析。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)終端的數(shù)據(jù)接入和已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，結(jié)合預(yù)警規(guī)則和閾值、監(jiān)測(cè)模型、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，高效、順暢地展示計(jì)算結(jié)果、預(yù)警信息，進(jìn)行及時(shí)分析，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、邏輯復(fù)雜、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理從“定期、低速、大量”到“實(shí)時(shí)、高速、海量”，業(yè)務(wù)監(jiān)控從“事后、線(xiàn)下、結(jié)果”到“事中、線(xiàn)上、過(guò)程”的要求。

在線(xiàn)計(jì)算圍繞海量數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前狀況，及時(shí)高效地形成相應(yīng)的預(yù)警、決策指標(biāo)信息進(jìn)行展示，以便進(jìn)行更深層次的監(jiān)測(cè)、分析處理，從而實(shí)現(xiàn)事中的風(fēng)險(xiǎn)控制。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)根據(jù)在線(xiàn)計(jì)算的結(jié)果和預(yù)警規(guī)則自動(dòng)生成監(jiān)測(cè)預(yù)警信息主動(dòng)推送到監(jiān)測(cè)桌面，并進(jìn)行下一步的關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)分析和跟蹤，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化或半自動(dòng)化處理。

在線(xiàn)分析基于在線(xiàn)計(jì)算和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的結(jié)果或某項(xiàng)業(yè)務(wù)的監(jiān)測(cè)需求，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)運(yùn)用分析模型、預(yù)測(cè)算法等進(jìn)行挖掘分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)活動(dòng)的即時(shí)分析，業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

通過(guò)以上三個(gè)“在線(xiàn)”，有效支撐運(yùn)監(jiān)具體業(yè)務(wù)管控工作的開(kāi)展，其整體業(yè)務(wù)藍(lán)圖如圖1所示：

通過(guò)三個(gè)“在線(xiàn)”基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)總部、?。ㄊ校┘暗厥腥?jí)中心的日常監(jiān)測(cè)、分析和展示工作的支撐。結(jié)合各級(jí)運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)（控）中心的管理定位和實(shí)際業(yè)務(wù)需要，以“試點(diǎn)建設(shè)，重點(diǎn)推廣”的方式，拓展、構(gòu)建涉及關(guān)鍵業(yè)務(wù)和核心資源的多類(lèi)分析模型，完善EVA及量本利、電網(wǎng)線(xiàn)損、電網(wǎng)輸變電工程造價(jià)、資產(chǎn)質(zhì)量指數(shù)、服務(wù)渠道利用效率等涉及關(guān)鍵業(yè)務(wù)和核心資源的分析模型，建設(shè)以分析主題為核心的分析模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)分析業(yè)務(wù)需求模型的靈活配置、快速構(gòu)建，支撐輔助運(yùn)營(yíng)分析和輔助決策，提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理水平，初步實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)分析業(yè)務(wù)的在線(xiàn)分析和輔助決策，提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)分析水平。

6 創(chuàng)新點(diǎn)

6.1 建立覆蓋全省地、縣級(jí)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控平臺(tái)

通過(guò)融合服務(wù)器虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)支撐配電網(wǎng)地調(diào)度狀態(tài)管控的高可靠性、高性能的基礎(chǔ)平臺(tái)，并研發(fā)了分布式終端采集通訊支持軟件、地縣一體化信息分區(qū)維護(hù)和分區(qū)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)地、縣之間的資源共享和一體化管理，全面掌握地、縣級(jí)配電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)，高效、低成本的解決縣級(jí)配電網(wǎng)“盲調(diào)”問(wèn)題。

6.2 形成地市配電系統(tǒng)智能化數(shù)據(jù)考核機(jī)制

采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)、跨專(zhuān)業(yè)、多數(shù)據(jù)，覆蓋配電網(wǎng)多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)、多個(gè)環(huán)節(jié)的綜合診斷，框架靈活，擴(kuò)展靈活；結(jié)合地市配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行情況、重點(diǎn)工作推進(jìn)過(guò)程等實(shí)際應(yīng)用，提出多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，在調(diào)控機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)地市配電系統(tǒng)的多層次評(píng)價(jià)及考核；建立缺陷跟蹤機(jī)制，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題在線(xiàn)化管理，開(kāi)辟了新的地市問(wèn)題反饋、匯總途徑。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，可以大大降低信息系統(tǒng)集成的復(fù)雜性，提高配網(wǎng)管理的規(guī)范化、精細(xì)化水平。標(biāo)準(zhǔn)化配網(wǎng)管理的實(shí)現(xiàn)，不僅需要電力信息系統(tǒng)的建設(shè)上滿(mǎn)足信息集成的要求，還需要不斷完善我國(guó)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證電力健康、可持續(xù)發(fā)展；改變傳統(tǒng)管理模式，不斷進(jìn)行體制的創(chuàng)新和管理的變革，以適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加強(qiáng)作為生產(chǎn)手段的配網(wǎng)設(shè)備管理以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理;進(jìn)一步加強(qiáng)配網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的深度，面向信息統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)向輔助決策支持。

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