顧金梅

（國網(wǎng)河北省電力有限公司阜平縣供電分公司，河北 保定 073200）

0 引 言

隨著社會的發(fā)展和電力需求的增加，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)逐漸面臨著多種挑戰(zhàn)[1]。但是，電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)架構(gòu)在面對不斷增加的能源需求和新興技術(shù)時，顯得不夠靈活和高效，且電力系統(tǒng)涉及多種類型的數(shù)據(jù)，包括電力負荷、電力質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)等，如何有效地采集、存儲和分析這些多樣性的數(shù)據(jù)也是一個挑戰(zhàn)，因此構(gòu)建智慧化電網(wǎng)成為電力行業(yè)的重要發(fā)展方向[2-4]。智慧化電網(wǎng)的構(gòu)建面臨以下問題：智慧化電網(wǎng)需要高效可靠的通信架構(gòu)，以便實時傳輸數(shù)據(jù)和指令，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計比較復(fù)雜；數(shù)據(jù)傳輸時的數(shù)據(jù)質(zhì)量會影響電力系統(tǒng)的信息處理效果[5]。合理設(shè)計通信架構(gòu)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和實時監(jiān)測，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還有助于減少能源浪費和成本。數(shù)據(jù)預(yù)處理可以提高電力數(shù)據(jù)的質(zhì)量，減少噪聲和異常數(shù)據(jù)的影響，從而更準確地分析電力系統(tǒng)的狀態(tài)和性能?；诖?，研究在結(jié)合電力和用電信息采集的技術(shù)背景下，提出使用預(yù)處理技術(shù)和優(yōu)化通信架構(gòu)的智能化電網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)，以期為電力行業(yè)提供可行的技術(shù)參考。

1 電力結(jié)合用電信息采集的智能化電網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)

1.1 智能化電網(wǎng)中用電信息采集數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)逐漸向智能化發(fā)展[6-7]。智能化的電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力和用電信息是不可缺少的關(guān)鍵信息[8]。但是用電信息數(shù)據(jù)通常體積較大，且在大量數(shù)據(jù)中存在缺乏價值的冗余數(shù)據(jù)，需要進行預(yù)處理[9]。文章在用電信息采集過程的基礎(chǔ)上考慮通信方式，設(shè)計用電信息采集數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，流程如圖1 所示。

圖1 用電信息采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理流程

由圖1 可見，用電信息采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理可以分為數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)探索和數(shù)據(jù)預(yù)處理3 大環(huán)節(jié)。收集數(shù)據(jù)時，由配電變壓器端的集中器完成數(shù)據(jù)采集和主站傳輸。由系統(tǒng)初步判斷所采集到中數(shù)據(jù)包含的異常情況和潛在關(guān)系，之后進行重復(fù)值、缺失值和異常值的處理。電壓數(shù)據(jù)缺失值填補計算的公式為

式中：Ui表示缺失的電壓數(shù)據(jù)；i-1 表示缺失數(shù)據(jù)所處時刻的前一時刻；i+1 表示缺失數(shù)據(jù)所處時刻的下一時刻。電流數(shù)據(jù)缺失值填補的計算公式為

式中：Ii表示缺失的電壓數(shù)據(jù)。預(yù)處理數(shù)據(jù)后，電網(wǎng)系統(tǒng)能夠以更高的效率完成相關(guān)任務(wù)。

1.2 電力結(jié)合用電信息采集的智能化電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

智能化電網(wǎng)系統(tǒng)為電力系統(tǒng)的操作者提供更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息和更便捷的操作手段[10]。在分析電網(wǎng)系統(tǒng)作用的基礎(chǔ)上，提出電力結(jié)合用電信息采集的智能化電網(wǎng)系統(tǒng)方案。其中，采集層由計量設(shè)備和采集終端完成對數(shù)據(jù)的收集和預(yù)處理；通信層使用無線公網(wǎng)、光纖專網(wǎng)、無線專網(wǎng)等實現(xiàn)通信，將采集層數(shù)據(jù)傳輸主站層中；主站層依靠通信層傳入的數(shù)據(jù)進行功能的實現(xiàn)。智能化電網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)架構(gòu)由支撐數(shù)據(jù)域、客戶數(shù)據(jù)域和統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)域組成主架構(gòu)，由組織數(shù)據(jù)域、電網(wǎng)數(shù)據(jù)域、量測數(shù)據(jù)域組成副架構(gòu)。智能化電網(wǎng)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主網(wǎng)絡(luò)接入千兆以太網(wǎng)，以確保系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮^低時延。運行時需要確保各級使用節(jié)點接入通信信道。智能化電網(wǎng)的通信架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 智能化電網(wǎng)系統(tǒng)通信架構(gòu)

由圖2 可見，構(gòu)建的智能化電網(wǎng)系統(tǒng)的通信架構(gòu)由前置通信模塊與通信平臺層相結(jié)合構(gòu)成。通信平臺層包括規(guī)約解析層、通信控制層和通信適配層3 個子層。設(shè)置額外空余結(jié)構(gòu)以方便多重通信方式的接入，通信平臺層中各子層都是動態(tài)連接。通信適配層將底層數(shù)據(jù)的鏈路連接起來。規(guī)約解析層提供解析動態(tài)鏈接庫以適配不同種類通信。通信控制層在接口位置將未運行的通信方式進行返回。為提升系統(tǒng)的拓展能力，在新的通信終端接入時需要判斷通信底層架構(gòu)。如果底層架構(gòu)不是傳統(tǒng)的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）網(wǎng)絡(luò)，則需要在底層動態(tài)鏈接庫中加入支持規(guī)則。通過所構(gòu)建的系統(tǒng)通信架構(gòu)結(jié)合編程語言框架完成對智能化電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)在電力結(jié)合用電信息技術(shù)下的電網(wǎng)管理。

2 電力結(jié)合用電信息采集的智能化電網(wǎng)有效性分析

為分析電力結(jié)合用電信息采集的智能化電網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)的有效性，研究選取使用不同通信類型的阿爾法集群和布拉沃集群目標點集群作為測試對象。獲取文章設(shè)計方法的智能化電網(wǎng)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，并進行分析。測試系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性測試

由圖3 可見，智能化電網(wǎng)系統(tǒng)在針對不同目標點集群和不同通信類型時的數(shù)據(jù)傳輸速率有所差別。由圖3（a）可知，40 s 的傳輸過程中，數(shù)據(jù)傳輸速率在490 Mb/s 附近波動，最高達到521 Mb/s，最低為454 Mb/s。由圖3（b）可知，40 s 的傳輸過程中，數(shù)據(jù)傳輸速率在380 Mb/s 附近波動，最高達到406 Mb/s，最低為352 Mb/s。雖然數(shù)據(jù)傳輸速率存在差別，但是2 種通信類型下的數(shù)據(jù)傳輸速率波動幅度都保持在100 Mb/s 以內(nèi)，說明系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸時具有較強穩(wěn)定性。提取阿爾法集群的典型功率特征，結(jié)果如圖4所示。

圖4 典型功率特征提取結(jié)果

由圖4 可見，在阿爾法集群中，電力結(jié)合用電信息采集的智能化電網(wǎng)方法從多條所收集的數(shù)據(jù)中成功提取出3 類典型功率特征。第一類數(shù)據(jù)整體保持較低功率，在第47 個監(jiān)測時間點達到功率谷值，約0.12 kW；第二類數(shù)據(jù)整體保持較低功率，較第一類數(shù)據(jù)稍高，在第75 個監(jiān)測時間點達到功率峰值，約1.09 kW；第三類數(shù)據(jù)有較大波動，在第43 個監(jiān)測時間點達到功率峰值，約4.01 kW。系統(tǒng)成功提取不同類型數(shù)據(jù)特征，說明研究方法能夠有效處理電網(wǎng)數(shù)據(jù)。

3 結(jié) 論

性能優(yōu)秀的智慧電網(wǎng)系統(tǒng)能夠幫助系統(tǒng)操作者做出更準確的判斷。文章利用電力結(jié)合用電信息采集構(gòu)建智慧化電網(wǎng)系統(tǒng)。過程中以3 個環(huán)節(jié)設(shè)計了智慧電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程，將系統(tǒng)所采集到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可進行分析計算的數(shù)據(jù)，之后設(shè)計了系統(tǒng)的主要運行方案，并在方案基礎(chǔ)上搭建了智能化電網(wǎng)系統(tǒng)通信架構(gòu)。實驗結(jié)果表明，研究方法在阿爾法集群和布拉沃集群中的數(shù)據(jù)傳輸速率都保持在352 Mb/s 以上；在提取典型功率特征時，電力結(jié)合用電信息采集的智能化電網(wǎng)構(gòu)建方法提取出了3 類特征，并繪制出特征曲線表現(xiàn)特征的數(shù)值走向。結(jié)果說明研究方法構(gòu)建智慧電網(wǎng)系統(tǒng)具有較好的性能，但是研究僅搭建了框架，后續(xù)將針對技術(shù)手段展開研究，以提升方法的性能。