深化電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)在配電網(wǎng)的應(yīng)用

劉娟根，張海江，李 娜

（1.國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司，山西 陽泉 045000；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

·電網(wǎng)技術(shù)·

深化電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)在配電網(wǎng)的應(yīng)用

劉娟根1，張海江2，李 娜2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司，山西 陽泉 045000；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

結(jié)合配電網(wǎng)介紹了電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)、模型及功能，著重闡述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的使用來源以及怎么利用大數(shù)據(jù)的理念進(jìn)行科學(xué)分析，結(jié)合配電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)備改造實(shí)際提出了如何深化應(yīng)用，對如何挖掘系統(tǒng)的數(shù)據(jù)價值提出了指導(dǎo)性建議。

電網(wǎng)在線監(jiān)測；配電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；深化應(yīng)用

近幾年，隨著國家對配電網(wǎng)的投入不斷加大，配電網(wǎng)建設(shè)工作越來越受到重視，也對配電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、管理、標(biāo)準(zhǔn)化等各環(huán)節(jié)提出了更高的要求。建設(shè)配電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線接入各種靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)已經(jīng)建立的數(shù)學(xué)分析模型，充分利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，針對國家電網(wǎng)公司110 kV及以下系統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測、計(jì)算和分析，能實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)工作效率、供電能力和配網(wǎng)臺區(qū)設(shè)備的運(yùn)行水平和電能質(zhì)量的準(zhǔn)實(shí)時監(jiān)測?？梢詾榕潆娋W(wǎng)規(guī)劃、設(shè)備改造、用戶業(yè)擴(kuò)報裝、分布式電源接入提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步提升公司運(yùn)營管理水平和企業(yè)經(jīng)營效益。

1 系統(tǒng)整體介紹

1.1 系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)平臺和海量數(shù)據(jù)平臺接入生產(chǎn)PMS2.0系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、調(diào)度EMS系統(tǒng)和用電信息采集等系統(tǒng)中電網(wǎng)設(shè)備檔案類數(shù)據(jù)及運(yùn)行明細(xì)類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)運(yùn)行的多角度、全量、在線監(jiān)測，消除監(jiān)測盲區(qū)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

下面以配電變壓器為例介紹系統(tǒng)的模型及功能。

1.2 系統(tǒng)模型及功能介紹

1.2.1 單體設(shè)備的工作效率模型及功能

按照數(shù)值大小對基于時序的設(shè)備負(fù)荷曲線進(jìn)行排序，形成負(fù)荷持續(xù)曲線。通過N-1安全、設(shè)備輕載基準(zhǔn)線，將負(fù)荷持續(xù)曲線分為風(fēng)險、合理、低效等區(qū)間，評價各區(qū)間與基準(zhǔn)線的偏離程度，以區(qū)間基準(zhǔn)電量作權(quán)重，形成單體設(shè)備工作效率。

以配電變壓器為例上述公式簡化為

式中：EER——設(shè)備工作效率；

S1——設(shè)備過載時實(shí)際傳輸電量；

SN——配電變壓器的額定容量；

S2——設(shè)備不過載時實(shí)際傳輸電量；

ρ1、ρ2——設(shè)備運(yùn)行在過載與非過載時的權(quán)重系數(shù)，即設(shè)備運(yùn)行在過載與非過載的持續(xù)供電時間與評價周期的比值。

上述公式中可以看到配電變壓器的運(yùn)行在不過載時工作效率和負(fù)載率是一致的。

1.2.2 單體設(shè)備的供電能力模型及功能

通過設(shè)備年最大負(fù)荷與N-1安全基準(zhǔn)線的相對關(guān)系，形成最大可供電能力、供電能力儲備、供電能力裕度三類指標(biāo)，評價設(shè)備供電能力。以配電變壓器為例。

SC=SN， SC為設(shè)備最大供電能力。

SCR＝SC－Pmax，SCR為設(shè)備供電能力儲備，Pmax為設(shè)備運(yùn)行中的實(shí)際最大負(fù)荷。

工作效率和供電能力是評價設(shè)備運(yùn)營情況的兩類指標(biāo)：工作效率關(guān)注整個評價周期內(nèi)的設(shè)備利用情況，供電能力則關(guān)注最大負(fù)荷時刻設(shè)備的供電裕度情況，兩項(xiàng)指標(biāo)反映設(shè)備運(yùn)營的不同方面，起到互為補(bǔ)充的作用。

1.2.3 配網(wǎng)臺區(qū)監(jiān)測模型及功能

1.2.3.1 輕、重、過載監(jiān)測

式中：T——設(shè)備負(fù)載率，%；

cosφ——負(fù)載的功率因數(shù)。

a）計(jì)算每臺主設(shè)備每個負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)載率，監(jiān)測每臺設(shè)備的最大負(fù)載率、最小負(fù)載率、平均負(fù)載率以及重載、過載、輕載、空載的累計(jì)持續(xù)時間。

b）按單位、區(qū)域類型、設(shè)備類型、時間維度統(tǒng)計(jì)重載、過載、輕載、空載設(shè)備規(guī)模及分布情況。

1.2.3.2 電壓情況監(jiān)測

a）監(jiān)測每臺設(shè)備的電壓最高值、最低值，以及過電壓、低電壓的累計(jì)持續(xù)時間。

b） 按單位、區(qū)域類型、時間維度統(tǒng)計(jì)過電壓、低電壓設(shè)備規(guī)模及分布情況。

c）關(guān)聯(lián)負(fù)荷、設(shè)備容量等信息，挖掘出現(xiàn)電壓質(zhì)量的原因。

1.2.3.3 三相不平衡監(jiān)測

a）計(jì)算每臺主設(shè)備每個負(fù)荷點(diǎn)的三相不平衡度，監(jiān)測每臺設(shè)備的最大三相不平衡度、三相不平衡度越限的累計(jì)持續(xù)時間。

b）按單位、區(qū)域類型、時間維度統(tǒng)計(jì)三相不平衡度越限設(shè)備規(guī)模及分布情況。

1.2.3.4 負(fù)荷率監(jiān)測

按單位、區(qū)域類型、時間維度統(tǒng)計(jì)每臺設(shè)備負(fù)荷率及分布情況。

式中：F——設(shè)備負(fù)荷率；

Pj——統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的平均負(fù)荷；

Pmax—— 統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)設(shè)備運(yùn)行中的實(shí)際最大負(fù)荷。

以上臺區(qū)監(jiān)測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)這里不再一一贅述。

2 大數(shù)據(jù)的理論和技術(shù)支撐

2.1 大數(shù)據(jù)應(yīng)用

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相比，大數(shù)據(jù)有三大特點(diǎn)：要全量不要抽樣，相關(guān)關(guān)系比因果關(guān)系更重要，要效率不要精確。大數(shù)據(jù)思維，首先要重視數(shù)據(jù)全面性，而非隨機(jī)抽樣。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、流計(jì)算處理等技術(shù)的迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代的到來為電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。其中Tableau工具或者永洪軟件工具對以上監(jiān)測成果的應(yīng)用展示提供了技術(shù)上的有力支撐。

2.2 數(shù)據(jù)獲取及計(jì)算

從生產(chǎn)PMS2.0系統(tǒng)獲取每臺配電變壓器的額定容量檔案數(shù)據(jù)，用電信息采集系統(tǒng)獲取臺區(qū)配電變壓器的三相電流、三相電壓、有功功率、功率因數(shù)等設(shè)備運(yùn)行類明細(xì)數(shù)據(jù)，營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)獲取每臺配電變壓器的綜合倍率參數(shù)。相關(guān)數(shù)據(jù)也可以從電網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)中直接抽取，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合匹配，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析相關(guān)工具軟件進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)與分析[1]。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)的深化應(yīng)用

3.1 配電變壓器的工作效率與供電能力的綜合分析

對統(tǒng)計(jì)周期（年）內(nèi)所轄區(qū)域每臺配電變壓器最大供電能力、運(yùn)營效率、供電能力儲備等情況進(jìn)行綜合分析，如表1所示。

表1 配電變壓器工作效率與供電能力統(tǒng)計(jì)表 kVA

根據(jù)表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，業(yè)擴(kuò)報裝時可以根據(jù)臺區(qū)配電變壓器的最大供電能力儲備情況，合理安排所轄臺區(qū)的報裝容量；根據(jù)臺區(qū)配電變壓器最大供電能力與運(yùn)營效率，制定對本臺區(qū)可吸納的分布式電源容量，以達(dá)到綠色能源經(jīng)濟(jì)有效利用，降低系統(tǒng)線損；根據(jù)臺區(qū)配電變壓器的最大供電能力確定本臺區(qū)允許接入的分布式電源總?cè)萘俊?/p>

3.2 配電變壓器的工作效率與負(fù)荷率的關(guān)聯(lián)分析

a）對工作效率低于0.1且負(fù)荷率低于0.2的配電變壓器按所屬單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

表2 工作效率低于0.1且負(fù)荷率低于0.2的配電變壓器分布

表2所統(tǒng)計(jì)的配電變壓器屬于利用率較低的設(shè)備，此分析結(jié)果對于投資計(jì)劃的制定、優(yōu)先考慮該臺區(qū)配電變壓器的輪換等具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

b）對工作效率低于0.1且負(fù)荷率高于0.8的配電變壓器按所屬單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

表3 工作效率低于0.1且負(fù)荷率高于0.8的配電變壓器分布

表3所統(tǒng)計(jì)的配電變壓器利用率雖然很低，但在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)出現(xiàn)過短時間負(fù)荷率高的情況，屬于必要投資設(shè)備。

3.3 臺區(qū)配電變壓器負(fù)載和電壓監(jiān)測

按單位對臺區(qū)配電變壓器重、過載情況，以及低電壓、過電壓情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4、5所示。

表4 重、過載臺區(qū)情況統(tǒng)計(jì)

表5 過電壓、低電壓臺區(qū)情況統(tǒng)計(jì)

表4、5數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從系統(tǒng)中可以導(dǎo)出明細(xì)數(shù)據(jù)具體分析，通過對臺區(qū)配電變壓器運(yùn)行情況監(jiān)測生產(chǎn)部門，不用到現(xiàn)場就可以通過系統(tǒng)獲取實(shí)時各相電壓、電流、負(fù)荷、功率因數(shù)等信息。及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，并提醒配網(wǎng)運(yùn)維人員，使生產(chǎn)人員有針對性去處理故障，減少故障處理時間，提高工作效率，促進(jìn)配電運(yùn)行設(shè)備的過程管理，同時提高低壓用戶供電可靠性。實(shí)現(xiàn)對配電變壓器不平衡運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，方便生產(chǎn)部門及時調(diào)節(jié)配電變壓器的運(yùn)行方式，及時發(fā)現(xiàn)重載、過載配電變壓器，提早制定轉(zhuǎn)移負(fù)荷或配電變壓器增容方案和檢修計(jì)劃。

4 結(jié)束語

配網(wǎng)是供電企業(yè)進(jìn)行電能供應(yīng)的最末端，供電質(zhì)量直接影響到用戶的生產(chǎn)生活，配網(wǎng)設(shè)備點(diǎn)多面廣而且復(fù)雜，管理基礎(chǔ)薄弱。利用先進(jìn)的信息化技術(shù)保證配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性，提高供電質(zhì)量顯得尤為重要。電網(wǎng)運(yùn)營監(jiān)測系統(tǒng)基于配電變壓器運(yùn)行類明細(xì)數(shù)據(jù)構(gòu)建起了設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測的功能架構(gòu)和關(guān)聯(lián)分析模型，為監(jiān)測成果提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)。對提升配網(wǎng)運(yùn)維精細(xì)化管理水平，促進(jìn)“三集五大”體系的跨部門的高效系統(tǒng)，成效顯著，監(jiān)測成果具有先進(jìn)性、實(shí)用性和可推廣性[2]。

[1]盛楊燕，周濤譯.大數(shù)據(jù)時代 [M].杭州： 浙江人民出版社, 2016.

[2]國家能源局.配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則：DL/T 5729—2016 [S].北京:中國電力出版社,2016：4-6.

Deepening the Application of Power Grid Operation Monitoring System on Distribution Network

LIU Juangen1,ZHANG Haijiang2,LI Na2
（1.State Grid Yangquan Power Supply Company of SEPC,Yangquan,Shanxi045000,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi030001,China）

This paper introduces the construction,model and function of power grid operation monitoring system.It emphatically elaborates data sources and how to use the large data concept to analyze the data scientifically.Combined with the planning of the distribution network and the actual transformation of equipment,ways to deeply apply the system are proposed,and it offers guidance on howtotap the data value ofthe system.

monitoringofpower grid operation;distribution network;large data;deep application

F426.61

A

1671-0320（2017）02-0001-04

2016-12-22，

2017-03-09

劉娟根（1979），男，山西陽泉人，2001年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)維檢修工作；張海江（1972），男，山西運(yùn)城人，1994年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，碩士，高級工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)營監(jiān)測管理工作；

李 娜（1977），女，山西臨汾人，2001年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，碩士，高級工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)營監(jiān)測管理工作。