石倩倩 楊軍偉 王波 王有軍

[摘? ? 要]隨著我國智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，負荷分析是智能電網(wǎng)安全運行的重要支撐?；诖耍疚脑谥悄芑娋W(wǎng)高效管理和可靠存儲要求下，提出了基于調(diào)控云信息資源融合的智能電網(wǎng)負荷分析平臺的構(gòu)建方法，并對電網(wǎng)負荷分析特點、框架、面臨問題及相關(guān)應(yīng)用進行了研究。

[關(guān)鍵詞]云平臺;負荷分析;系統(tǒng)開發(fā)

[中圖分類號]TP277 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–00–02

Development and Application of Multi-dimensional Load Information

Fusion System Based on the Control Cloud Platform

Shi Qian-qian， Yang Jun-wei， Wang Bo， Wang You-jun

[Abstract]With the construction and development of smart grids in my country， load analysis is an important support for the safe operation of smart grids. Based on this， under the requirements of efficient management and reliable storage of smart grids， this paper proposes a method for constructing a smart grid load analysis platform based on the integration of control cloud information resources， and analyzes the characteristics， framework， problems and related applications of grid load Research.

[Keywords]cloud platform; load analysis; system development

電網(wǎng)環(huán)境下電力負荷分析模型的研究對象是多方面的，主要包括母線、地區(qū)、新能源、分布式發(fā)電處理及智能終端用電預(yù)測等。利用現(xiàn)有的條件進行相關(guān)智能化分析平臺的設(shè)計和建設(shè)是智能電網(wǎng)管理技術(shù)的具體體現(xiàn)。

調(diào)控云是面向電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)的云服務(wù)平臺，其架構(gòu)設(shè)計既要滿足電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)連續(xù)性、實時性、協(xié)同性的要求，也要符合云計算的理念，體現(xiàn)硬件資源虛擬化（共享與動態(tài)調(diào)配）、數(shù)據(jù)標準化和應(yīng)用服務(wù)化的特點。而調(diào)控云上的電力調(diào)度通用數(shù)據(jù)對象結(jié)構(gòu)化設(shè)計，綜合考慮電網(wǎng)一體化特征，滿足電網(wǎng)實時監(jiān)控、在線計算分析、調(diào)度管理等調(diào)控運行核心業(yè)務(wù)對電力信息標準化、建模范圍完整性、模型共享時效性和管理規(guī)范性的需求。

本文主要為提出一種利用調(diào)控云平臺搭建先進的基于信息資源融合的負荷分析系統(tǒng)的解決方法。

1 電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

對于電網(wǎng)管理而言，需要分電壓等級統(tǒng)計容載比，分變電站、分線路統(tǒng)計最大負載率，對容載比偏低及設(shè)備重載、過載情況進行分析，從而進行因供電能力不足采取的需求側(cè)管理。傳統(tǒng)的電力負荷分析是根據(jù)電網(wǎng)開關(guān)元件的狀態(tài)來歸并用于分析計算的邏輯節(jié)點，然后進行深度優(yōu)先搜索、關(guān)聯(lián)矩陣、節(jié)點融合樹，從而建立電網(wǎng)拓撲模型，然后在拓撲模型的基礎(chǔ)上進行負荷數(shù)據(jù)分析。但傳統(tǒng)的拓撲模型建立方式基于CIM/E模型進行，所以需要根據(jù)調(diào)控云平臺的模型和數(shù)據(jù)特征進行新的建模方法設(shè)計。同時傳統(tǒng)的分析方法往往需要人工對數(shù)據(jù)進行解釋，憑借的是分析人員的經(jīng)驗，所以我們需要采用更智能的方式替代人工進行分析結(jié)果的輸出。

2 基于調(diào)控云的負荷信息資源融合系統(tǒng)的開發(fā)

2.1 系統(tǒng)的組成

多維度負荷信息融合系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫接口，獲取調(diào)控云平臺中的數(shù)據(jù)據(jù)設(shè)備臺賬和電網(wǎng)拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)進行建模，然后根據(jù)負荷模型中各節(jié)點的設(shè)備類型，獲取對應(yīng)的遙測、遙信、遙脈采樣數(shù)據(jù)。把采樣數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，消除死數(shù)據(jù)、壞數(shù)據(jù)后進行電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，最后生成負荷分析結(jié)論，通過瀏覽器進行展示，并保存入數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)建立部署在調(diào)控云集群中的虛擬服務(wù)器上，虛擬服務(wù)器上部署MySql數(shù)據(jù)庫，進行歷史數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的保存，并采用實時表的方式增加運算效率。虛擬服務(wù)器可以直接連接調(diào)控云數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)獲取，并部署WEB服務(wù)器讓用戶使用網(wǎng)頁訪問。如圖1所示。

2.2 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

負荷信息資源融合系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析等部分組成，如圖2所示。數(shù)據(jù)采集模塊通過采集調(diào)控云上設(shè)備數(shù)據(jù)后，由數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊通過采集到的電網(wǎng)拓撲模型數(shù)據(jù)，建立電網(wǎng)一次連接拓撲模型，然后結(jié)合電網(wǎng)拓撲模型進行數(shù)據(jù)有效線分析和數(shù)據(jù)一致性分析，過濾非正常運行的設(shè)備數(shù)據(jù)和突變、毛刺、不變化等不合理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析策略模塊主要由母線、線路、變壓器3種設(shè)備的分析模塊和人工策略配置模塊組成，對不同類型數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析后，保存入數(shù)據(jù)庫中。

2.3 數(shù)據(jù)的采集

調(diào)控云上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)EMS系統(tǒng)有所不同，調(diào)控云以數(shù)據(jù)對象為中心的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)整合作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并采用一套用于數(shù)據(jù)交互共享的編碼規(guī)則作為電力數(shù)據(jù)對象的唯一標識。數(shù)據(jù)采集模塊依照文獻[1]中提出的方式進行數(shù)據(jù)的采集和整合。

與此同時，安徽地區(qū)調(diào)控云平臺另行建立本地數(shù)據(jù)庫表，并依照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，保存遙脈數(shù)據(jù)和電網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)本地數(shù)據(jù)特征，同時采集本地遙脈數(shù)據(jù)和電網(wǎng)運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（1）將調(diào)控云數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備基本信息表（如斷路器基本信息表、母線基本信息表、變壓器基本信息表等）、設(shè)備參數(shù)表表（如變壓器繞組參數(shù)表、交流線路參數(shù)表、母線參數(shù)表等）、電網(wǎng)拓撲節(jié)點表、電網(wǎng)拓撲連接關(guān)系表數(shù)據(jù)從調(diào)控云數(shù)據(jù)庫中讀取到MYSQL內(nèi)存表中。

（2）將設(shè)備1 min量測歷史數(shù)據(jù)表（接地刀閘開關(guān)1 min量測歷史表、斷路器1 min量測歷史表、母線1 min量測歷史表等）和設(shè)備電量歷史數(shù)據(jù)表（并聯(lián)電抗器日電量歷史數(shù)據(jù)表、交流線路日電量歷史數(shù)據(jù)表、母線日電量歷史數(shù)據(jù)表等）讀取到MYSQL歷史表中。

2.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的重中之重是電網(wǎng)拓撲連接模型的建立，后續(xù)的數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)分析都以此為基礎(chǔ)。拓撲模型的建立主要方法為：將場站內(nèi)的單端點設(shè)備（如母線、地刀、電容、電抗等）組合成的電網(wǎng)拓撲節(jié)點，再根據(jù)拓撲中的開關(guān)設(shè)備（如隔離開關(guān)、斷路器等）根據(jù)遙信狀態(tài)（開、合）組成拓撲邊，并把節(jié)點和變歸攏為一個拓撲島。由于安徽地區(qū)的拓撲特征，為拓撲島供電的電源點設(shè)置為220 kV的母線，將電源點和其他設(shè)備組成的拓撲島稱為供電區(qū)域，下同，該供電區(qū)域名稱以電源點所屬的220 kV電壓等級場站的名稱進行命名。

同一個場站內(nèi)的母線往往具有母聯(lián)斷路器，如果母聯(lián)斷路器狀態(tài)為分，則相當(dāng)于母線分為不同的電源點，為不同的區(qū)域供電。調(diào)控云斷路器數(shù)據(jù)對象模型中缺少斷路器類型，所以需要設(shè)計一套研判斷路器類型的算法，主要內(nèi)容：①設(shè)置場站內(nèi)同一電壓等級所有的開關(guān)設(shè)備都為合位，并找到找到同一電壓等級所有的母線。②針對電壓等級相同的每兩個母線，遍歷拓撲網(wǎng)絡(luò)，取得最短拓撲路徑。③如果拓撲路徑存在，且路徑中包含斷路器，則該研判斷路器為母聯(lián)斷路器。供電區(qū)域拓撲建立的整體算法如下。

（1）從MYSQL內(nèi)存表中讀取調(diào)控云設(shè)備數(shù)據(jù)和拓撲模型數(shù)據(jù)，建立拓撲節(jié)點和拓撲邊，并根據(jù)節(jié)點和邊構(gòu)造出供電區(qū)域拓撲模型并基于該拓撲模型，同時利用設(shè)備映射關(guān)系表，從量測歷史數(shù)據(jù)表中取出開關(guān)設(shè)備的遙信值疊加到拓撲模型中。

（2）基于拓撲模型得到所有節(jié)點的分組向量，計算出該網(wǎng)絡(luò)所有的聯(lián)通下級拓撲，每個拓撲中均包括互相連接的拓撲節(jié)點和拓撲邊。

（3）對聯(lián)通下級拓撲進行分析。針對每個下級拓撲判斷節(jié)點屬性，如果下級節(jié)點中包含母線設(shè)備，則取母線設(shè)備的電壓等級作為該下級拓撲模型的電壓等級。根據(jù)節(jié)點的邊，獲得對應(yīng)節(jié)點的所屬場站。如果判斷場站的電壓等級為220 kV，表示此場站為該拓撲模型的電源點，將其加入拓撲模型分析的電源列表中。

（4）返回電源列表和供電區(qū)域拓撲連接關(guān)系表。數(shù)據(jù)有效線分析和一致性分析的整體算法如下：①根據(jù)供電區(qū)域拓撲連接關(guān)系模型，依次校驗每個拓撲節(jié)點量測數(shù)據(jù)。②以日為周期，連續(xù)獲取30個點的數(shù)據(jù)，計算30個點的平均數(shù)與每個的比值，繼而剔除限定范圍外的數(shù)據(jù)，過濾數(shù)據(jù)的噪聲、數(shù)據(jù)抖動以及突變數(shù)據(jù)。

2.5 數(shù)據(jù)分析策略

數(shù)據(jù)分析策略主要由母線數(shù)據(jù)分析、變壓器數(shù)據(jù)分析、線路數(shù)據(jù)分析3個部分組成。由于本系統(tǒng)線路分析為常規(guī)的線路負載率分析和線損分析組成，故不細說。

母線數(shù)據(jù)分析主要對母線的電壓和功率平衡進行分析，當(dāng)出現(xiàn)某一點電壓采樣越限時，則加載與該母線相連的拓撲節(jié)點功率采樣進行分析，查看是否為負載波動造成，然后對與該母線相連的變壓器繞組無功曲線進行分析，驗證是否由于無功原因造成該結(jié)果。當(dāng)電壓越限點附近時刻的變壓器拓撲節(jié)點無功功率未達到容量的10 %時，則驗證與該母線拓撲節(jié)點相連的電容起拓撲節(jié)點之間的拓撲邊上的開關(guān)設(shè)備是否為合位。最后將上述結(jié)果保存入庫。母線功率平衡分析主要由功率平衡驗證和電量平衡驗證兩部分構(gòu)成，對于每條母線均采用兩種方式進行校驗。當(dāng)出現(xiàn)母線有功不平衡的問題時，系統(tǒng)將記錄與該母線和其下級拓撲節(jié)點的連接關(guān)系，作為分析依據(jù)，并獲取其所有下級拓撲節(jié)點的有功功率，驗證是否存在采樣錯誤問題。當(dāng)不存在采樣錯誤問題時，分析該母線所有下級拓撲節(jié)點是否存在線路節(jié)點或變壓器節(jié)點重載的情況，如果存在則把該節(jié)點作為造成功率不平衡的主要原因進行記錄。同時，母線分析模塊還會根據(jù)選中的母線拓撲連接關(guān)系分析本場站是否存在通過拓撲邊與其直接相連的另一母線拓撲節(jié)點，如果不存在，則記錄其為單母線運行風(fēng)險。

變壓器負荷分析策略主要對主變負荷進行統(tǒng)計分析，根據(jù)用戶所選擇的時間段，對于該地區(qū)不同電壓等級的主變?nèi)萘?、主變運行容量、變壓器最大總負荷、容載比進行統(tǒng)計、并選取每臺主變的最大負載日，對主變最大負載率、最大有功負荷、最大無功負荷進行統(tǒng)計。也可以由用戶指定為最大負荷日，對該日數(shù)據(jù)和去年該數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。當(dāng)主變繞組出現(xiàn)重載或過載現(xiàn)象時，對該主變繞組拓撲節(jié)點的下級拓撲節(jié)點是否存在線路節(jié)點或變壓器節(jié)點重載或過載的情況進行統(tǒng)計，并把重載或過載的下級節(jié)點，作為造成主變繞組重載或過載的主要原因，并把上述統(tǒng)計存入數(shù)據(jù)庫中。

3 結(jié)束語

隨著電網(wǎng)負荷規(guī)模不斷擴大，負荷屢創(chuàng)新高，電網(wǎng)運行人員也承受著壓力，需引入新的技術(shù)手段來保證智能電網(wǎng)的可靠運行。

調(diào)控云負荷信息資源融合系統(tǒng)在滁州地區(qū)的實際應(yīng)用中表明，系統(tǒng)通過上述的方法提高了運行人員的工作效率，方便監(jiān)控人員掌握電網(wǎng)運行中的關(guān)鍵信息，相比傳統(tǒng)的通過EMS系統(tǒng)中的采樣曲線分析手段，調(diào)控云負荷信息資源融合系統(tǒng)在速度和易用性上均有較大的突破。

參考文獻

[1] 文燕，基于云計算的智能電網(wǎng)負荷預(yù)測平臺構(gòu)建研究[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2014（13）：34-35.