閆璞

蘭州信息科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院，甘肅蘭州，730300

0 引言

在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，配電網(wǎng)自動(dòng)化作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，具有廣泛的應(yīng)用前景。配電網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)離不開對(duì)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的高效管理與應(yīng)用，因此數(shù)據(jù)管理成為配電網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)管理可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)和處理，進(jìn)而支撐電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、負(fù)荷優(yōu)化等重要功能[1]。然而，由于配電網(wǎng)的規(guī)模龐大、數(shù)據(jù)類型繁雜，以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)管理在能源互聯(lián)網(wǎng)下的配電網(wǎng)自動(dòng)化中面臨著諸多挑戰(zhàn)。如何設(shè)計(jì)一個(gè)高效、可靠、安全的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，成為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理的重要課題。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的概念和特點(diǎn)

能源互聯(lián)網(wǎng)是指通過信息技術(shù)手段將能源生產(chǎn)、傳輸、儲(chǔ)存和使用進(jìn)行全面互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。它將能源產(chǎn)業(yè)和信息通信技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)清潔、高效、安全和可持續(xù)的能源生產(chǎn)和利用。

（1）智能化和數(shù)字化：能源互聯(lián)網(wǎng)借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化管理。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和智能控制，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置和利用效率的最大化[2]。

（2）多能源融合：能源互聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)與新能源、分布式能源等多種能源以及能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行融合。通過多能源之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)能源的靈活調(diào)度和優(yōu)化配置，提高能源的供應(yīng)可靠性和適應(yīng)性。

（3）去中心化和平臺(tái)化：能源互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)能源系統(tǒng)的去中心化發(fā)展，通過云平臺(tái)、區(qū)塊鏈等技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用主體的互相連接和協(xié)同運(yùn)行。以平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)能源市場的交易和能源資源的共享。

（4）可持續(xù)發(fā)展：能源互聯(lián)網(wǎng)著力推動(dòng)可持續(xù)能源的開發(fā)和利用，包括清潔能源、可再生能源等。通過促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，降低對(duì)化石能源的依賴，減少溫室氣體排放，應(yīng)對(duì)能源安全和氣候變化等挑戰(zhàn)。

（5）彈性和韌性：能源互聯(lián)網(wǎng)能夠快速適應(yīng)能源需求的變化和應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況。通過靈活的能源調(diào)度和儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用，可以應(yīng)對(duì)能源供應(yīng)的波動(dòng)和外部干擾，提高能源系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

（6）能源共享和協(xié)同效應(yīng)：能源互聯(lián)網(wǎng)鼓勵(lì)能源共享和協(xié)同效應(yīng)，通過能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)和運(yùn)營，促進(jìn)能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用各方之間的合作和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)能源資源的最優(yōu)配置。

能源互聯(lián)網(wǎng)的引入和發(fā)展有助于實(shí)現(xiàn)能源的清潔化、低碳化和智能化，推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。通過能源互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)，能夠構(gòu)建更加高效、穩(wěn)定和可持續(xù)的能源系統(tǒng)，為人類創(chuàng)造更美好的未來。

2 配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)今的配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)可以更好地管理能源資源。它幫助電力公司更有效地集成可再生能源，降低能源浪費(fèi)，減少碳排放，并支持可持續(xù)能源發(fā)展目標(biāo)[3]。而隨著可再生能源的普及，配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)也在集成和管理這些分散式能源中發(fā)揮重要作用，以確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能網(wǎng)關(guān)和智能配電設(shè)備的普及推動(dòng)了配電網(wǎng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。智能網(wǎng)關(guān)可以將各種智能設(shè)備連接起來，構(gòu)建一個(gè)智能化的配電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析和決策支持[4]。目前，配電網(wǎng)自動(dòng)化已逐漸發(fā)展到智能配電網(wǎng)的階段。智能配電網(wǎng)通過與高級(jí)調(diào)度控制中心和能源管理系統(tǒng)的連接，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的智能化監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和調(diào)度，提高配電系統(tǒng)的供電可靠性和運(yùn)行效率。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電網(wǎng)自動(dòng)化將在智能化、數(shù)字化和可持續(xù)發(fā)展方面繼續(xù)取得重大突破，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更多支持[5]。

3 數(shù)據(jù)管理在配電網(wǎng)自動(dòng)化中的關(guān)鍵作用

數(shù)據(jù)管理在配電網(wǎng)自動(dòng)化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它涵蓋了數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用，對(duì)于配電網(wǎng)自動(dòng)化的可靠運(yùn)行和智能管理起著重要的支撐作用。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和智能電網(wǎng)的建設(shè)，數(shù)據(jù)管理在配電網(wǎng)自動(dòng)化中的重要性進(jìn)一步凸顯。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷：數(shù)據(jù)管理通過實(shí)時(shí)采集和傳輸配電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷。通過對(duì)電流、電壓、頻率等參數(shù)的監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的異常情況和故障，并迅速采取措施進(jìn)行修復(fù)，有效提高電網(wǎng)的可靠性。

（2）負(fù)荷預(yù)測(cè)與優(yōu)化：通過收集歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理可以進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷需求。預(yù)測(cè)結(jié)果可用于優(yōu)化電網(wǎng)的電力分配與調(diào)度，合理分配各個(gè)供電源，以減少過載和能源浪費(fèi)。

（3）能源管理與節(jié)能策略：數(shù)據(jù)管理為能源管理提供支持，通過數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析能源的消耗情況，根據(jù)需求制定節(jié)能策略，優(yōu)化能源利用效率，減少能源浪費(fèi)。

（4）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：數(shù)據(jù)管理可以采集和分析電能質(zhì)量參數(shù)，如電壓波動(dòng)、諧波、暫態(tài)等，幫助監(jiān)測(cè)和控制電能質(zhì)量[6]。通過及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理電能質(zhì)量問題，保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（5）用戶參與響應(yīng)：數(shù)據(jù)管理還可以通過向用戶提供實(shí)時(shí)的能源使用數(shù)據(jù)，鼓勵(lì)用戶參與能源管理。用戶可以更加清晰地了解自己的能源消耗情況，并在高峰時(shí)段減少用電需求，有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷。

4 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要架構(gòu)

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的架構(gòu)通?？梢苑譃榕潆娭髡尽⑴潆娊K端、配電子站和通信通道四個(gè)主要部分[7]。

4.1 配電主站

配電主站是整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心控制和數(shù)據(jù)管理中心。它負(fù)責(zé)監(jiān)控、控制和管理配電子站和配電終端的運(yùn)行。配電主站通常包括以下主要功能模塊。①監(jiān)控和管理模塊：負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，收集和分析數(shù)據(jù)，生成報(bào)警和故障信息，并提供決策支持。②控制模塊：通過與配電終端和配電子站的通信，發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制和調(diào)度。③數(shù)據(jù)管理模塊：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和管理，包括歷史數(shù)據(jù)存檔、數(shù)據(jù)查詢分析和報(bào)表生成等。④通信模塊：與配電終端和配電子站之間建立通信連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和命令的交互。

4.2 配電終端

配電終端是安裝在變電站或配電箱等地方的自動(dòng)化設(shè)備，負(fù)責(zé)采集和傳輸配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行配電主站下發(fā)的控制命令。配電終端通常包括以下主要功能模塊。①數(shù)據(jù)采集模塊：負(fù)責(zé)采集變電站或配電箱等地方的數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、功率等參數(shù)，以及設(shè)備狀態(tài)信息和負(fù)荷情況等。②控制執(zhí)行模塊：根據(jù)配電主站的指令，執(zhí)行控制命令，如自動(dòng)開關(guān)操作、投切運(yùn)行模式等。③數(shù)據(jù)傳輸模塊：通過與配電主站的通信，將采集的數(shù)據(jù)和執(zhí)行的控制命令傳輸?shù)脚潆娭髡?，并接收更新的指令?/p>

4.3 配電子站

配電子站是用于控制和保護(hù)變電設(shè)備的子站。配電子站通常安裝在變電站，包括主控柜、開關(guān)設(shè)備、保護(hù)裝置等。配電子站的主要功能包括以下方面。①主控和保護(hù)模塊：負(fù)責(zé)對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行控制和保護(hù)，如開關(guān)操作、短路保護(hù)、過載保護(hù)等。②數(shù)據(jù)采集和傳輸模塊：采集變電設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如電流、電壓等參數(shù)，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚潆娊K端和配電主站，并接收指令進(jìn)行控制操作。

4.4 通信通道

通信通道負(fù)責(zé)配電終端、配電子站和配電主站之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信連接。通信通道一般包括有線和無線兩種方式。①有線通信：通過光纖、電力線通信、以太網(wǎng)等有線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和穩(wěn)定連接。②無線通信：利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、4G、5G通信等，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制。通信通道的選擇主要考慮通信速度、可靠性、安全性和成本等因素，以滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

5 能源互聯(lián)網(wǎng)下的配電網(wǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)

5.1 數(shù)據(jù)采集與集成平臺(tái)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與集成功能需要通過數(shù)據(jù)集成平臺(tái)集成電網(wǎng)GIS、生產(chǎn)、營銷管理等信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)集成，高效支撐配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行管理[8]，在能源互聯(lián)網(wǎng)下的配電網(wǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理中，設(shè)計(jì)一個(gè)高效的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)是至關(guān)重要的。

（1）數(shù)據(jù)采集設(shè)備

①配電終端設(shè)備：在配電網(wǎng)的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝配電終端設(shè)備，包括智能電表、智能開關(guān)、智能保護(hù)裝置等，用于采集電流、電壓、功率等關(guān)鍵參數(shù)。②環(huán)境傳感器：安裝環(huán)境傳感器，如溫度、濕度、能耗等傳感器，用于監(jiān)測(cè)環(huán)境條件。③數(shù)據(jù)處理單元：為配電終端設(shè)備和傳感器配備適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理單元，用于采集、處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

①有線通信：使用傳統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、光纖等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。②無線通信：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)距離和移動(dòng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸。③通信協(xié)議：選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，如Modbus、MQTT、CoAP等，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和互通。

（3）數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)

數(shù)據(jù)加密和身份認(rèn)證：使用加密技術(shù)和身份驗(yàn)證機(jī)制，保障數(shù)據(jù)的機(jī)密性和安全性。①安全傳輸協(xié)議：選擇安全的傳輸協(xié)議，如HTTPS、SSL/TLS等，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性和保密性。②權(quán)限控制：建立權(quán)限管理機(jī)制，限制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問和操作，確保只有授權(quán)的人員可以進(jìn)行相關(guān)操作。

在設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)采集設(shè)備的布局和通信設(shè)備的可靠性，以及網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸延遲等因素。此外，基于能源互聯(lián)網(wǎng)下的數(shù)據(jù)采集和集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)具備靈活性和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)未來配電網(wǎng)的發(fā)展和技術(shù)的升級(jí)。最重要的是，要遵守相關(guān)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)法律法規(guī)，保障用戶隱私權(quán)益。

5.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理平臺(tái)設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)

①數(shù)據(jù)庫選擇：選擇適合大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)庫，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。②分布式存儲(chǔ)：采用分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中，以提高存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)處理能力。③數(shù)據(jù)備份和冗余：建立數(shù)據(jù)備份機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

（2）數(shù)據(jù)處理和分析

①大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)：搭建大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，如Hadoop、Spark等，用于高效地處理海量數(shù)據(jù)，并支持?jǐn)?shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等復(fù)雜分析任務(wù)。②實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理：利用流式處理技術(shù)（如Apache Kafka、Apache Flink）實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的快速處理和分析，以支持實(shí)時(shí)監(jiān)控和決策。③數(shù)據(jù)預(yù)處理和清洗：使用數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理技術(shù)，對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去重、填充缺失值等操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

（3）可視化和應(yīng)用接口

①數(shù)據(jù)可視化工具：利用數(shù)據(jù)可視化工具，如Tableau、Power BI等，將數(shù)據(jù)以圖表、儀表盤等形式進(jìn)行可視化展示，使數(shù)據(jù)更易于理解和分析。②應(yīng)用接口和API：提供應(yīng)用接口和API（應(yīng)用程序編程接口），使得外部應(yīng)用程序和系統(tǒng)能夠直接訪問和使用數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的功能和數(shù)據(jù)[9]。

（4）數(shù)據(jù)治理和合規(guī)性

①數(shù)據(jù)合規(guī)性：確保數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)過程符合相關(guān)的法律法規(guī)要求，包括數(shù)據(jù)隱私、存儲(chǔ)期限、數(shù)據(jù)授權(quán)等方面。②數(shù)據(jù)管理和質(zhì)量控制：建立數(shù)據(jù)治理機(jī)制，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)定義等，以確保數(shù)據(jù)的一致性和可信度。

在建設(shè)過程中，需根據(jù)具體需求和預(yù)算，選擇合適的技術(shù)和平臺(tái)，并確保平臺(tái)的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，以滿足未來數(shù)據(jù)規(guī)模和處理需求的增長。

6 結(jié)語

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)管理在配電網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用將變得更加重要。因此，我們需要持續(xù)關(guān)注數(shù)據(jù)管理技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，提升數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用的能力。同時(shí)，還需加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)，確保數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。