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

國網(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)測與運行狀態(tài)管控典型場景輔助決策技術(shù)研究

國網(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)運行狀態(tài)，指導(dǎo)電網(wǎng)運行、建設(shè)與改造，對配電網(wǎng)運行的健康狀態(tài)評價進行深入研究，找出配電網(wǎng)運行中的薄弱環(huán)節(jié)，本文應(yīng)用了電網(wǎng)運行狀態(tài)、評價及輔助決策的相關(guān)知識，就運行狀態(tài)綜合監(jiān)測終端、構(gòu)建管控模式、典型場景輔助決策關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。

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

1 研究背景

電力系統(tǒng)是我國經(jīng)濟發(fā)展騰飛的必要保證，電力網(wǎng)的持續(xù)健康安全經(jīng)濟運行可以為我國基礎(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力。而在整個電力網(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，與用戶直接相關(guān)，擁有大量的供電設(shè)備和用戶用電設(shè)備。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，其作用至關(guān)重要。它是實現(xiàn)電力公司優(yōu)質(zhì)供電，合理安全地將能源從輸電網(wǎng)接收進來然后通過變壓器和配電網(wǎng)絡(luò)傳輸給各種電力客戶的重要環(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，也是投資興建的熱點。城市發(fā)展越來越快，各種高樓大廈、工廠不斷興建，供電的用戶面也越來越大，也有越來越多的用戶需要對配電網(wǎng)的供電質(zhì)量提出更高的要求，配電網(wǎng)絡(luò)的線路也越來越復(fù)雜，精密的供電設(shè)備越來越多，通訊交換方式越來越復(fù)雜，面對這樣龐大繁雜的大信息的交換和剖析、快速存儲和集成處理，必須加大對配電網(wǎng)的管理。

當(dāng)前，智能電網(wǎng)已成為世界各國電力行業(yè)的研究熱點。根據(jù)我國電網(wǎng)實際情況，國網(wǎng)公司提出了“堅強智能電網(wǎng)"的概念。“堅強智能電網(wǎng)”以堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，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)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流"的高度一體化融合，是堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(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，國網(wǎng)公司兩會就提出了“三集五大”這一全新概念。其中“大運行”重點是在確保安全的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度和設(shè)備運行集控功能實施集約融合、統(tǒng)一管理，促進各級調(diào)度一體化運作，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“大運行”體系的構(gòu)建中，優(yōu)化原有電網(wǎng)運行模式，變革原有生產(chǎn)運行組織架構(gòu)、創(chuàng)新管理方式、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，對于實現(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)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)由面向信息統(tǒng)計轉(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，以實現(xiàn)配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測和運行狀態(tài)的管控為目標(biāo)，建立運行狀態(tài)管控，重點突破運行狀態(tài)綜合監(jiān)測、閉環(huán)管控與輔助決策等關(guān)鍵技術(shù)，研究配電網(wǎng)運行狀態(tài)管控輔助決策支持系統(tǒng)、綜合監(jiān)測終端等關(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)運行狀態(tài)的綜合監(jiān)測需求出發(fā)，提出實現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)運行狀態(tài)、裝備狀態(tài)及環(huán)境信息的綜合監(jiān)測技術(shù)方案，研究配電網(wǎng)運行狀態(tài)綜合監(jiān)測裝置，形成綜合監(jiān)測功能優(yōu)化配置模式，為配電網(wǎng)運行狀態(tài)管控提供有效的技術(shù)支撐手段。

綜合運用配電網(wǎng)運行狀態(tài)管控，提出配電終端缺陷挖掘、配電自動化建設(shè)應(yīng)用提升等方面的輔助決策分析方法，研究配電網(wǎng)運行狀態(tài)管控輔助決策支持系統(tǒng)，充分挖掘利用運行狀態(tài)綜合信息價值，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 研究內(nèi)容

4.1 配電網(wǎng)運行狀態(tài)綜合監(jiān)測終端研究內(nèi)容

配電網(wǎng)運行狀態(tài)關(guān)鍵信息獲取的技術(shù)實現(xiàn)模式主要通過兩個手段進行獲取相應(yīng)的配電網(wǎng)關(guān)鍵信息。

圖1 運監(jiān)系統(tǒng)整體業(yè)務(wù)藍圖

通過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、變壓器、開關(guān)、電線桿等設(shè)備的地理位置信息形成相應(yīng)拓撲結(jié)構(gòu)圖反映在本文研究的配電網(wǎng)狀態(tài)分析軟件平臺的輕量級圖形引擎上；通過webservice接口方式導(dǎo)入營銷系統(tǒng)把變電站、饋電線、變壓器、開關(guān)、電線桿等設(shè)備的電氣性能參數(shù)反映在拓撲結(jié)構(gòu)圖的各個節(jié)點上；通過webservice接口方式導(dǎo)入配網(wǎng)負控系統(tǒng)和電能量采集系統(tǒng)中的的配電業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自動生成網(wǎng)絡(luò)負載分布情況。

通過在饋線線路中安裝綜合監(jiān)測終端設(shè)備，用于監(jiān)測采集饋線線路、饋線開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、環(huán)境狀態(tài)等運行數(shù)據(jù)信息，并將綜合監(jiān)測終端設(shè)備采集的運行數(shù)據(jù)信息通過GPRS通訊方式傳送至配電網(wǎng)狀態(tài)分析軟件平臺。

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

4.1.1 開關(guān)的開合狀態(tài)

10kV線路上的斷路器、負荷開關(guān)、分段開關(guān)等故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電事件記錄數(shù)據(jù)。

4.1.2 配電變壓器運行工況

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

4.1.3 開閉所（站）、戶外小型開閉所、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、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)。

4.1.4 饋線線路節(jié)點的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等信息。

4.1.5 環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。主要是采集當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。

4.2 配電網(wǎng)運行狀態(tài)管控典型場景輔助決策研究內(nèi)容

配電網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備量大、運行管控手段弱等特點。通過監(jiān)視設(shè)備的異常情況和采取的應(yīng)對措施、實時統(tǒng)計二次設(shè)備及日常運維、監(jiān)督管理重點工作開展情況以及在線跟蹤獲取配電網(wǎng)運行參數(shù)，并對配電網(wǎng)運行薄弱環(huán)節(jié)進行預(yù)警。通過平臺可以了解福建全省配電網(wǎng)的電網(wǎng)及設(shè)備運行狀態(tài)，統(tǒng)計匯總及分析電網(wǎng)隱患、設(shè)備缺陷，為公司配電自動化運行管控的建設(shè)應(yīng)用提升輔助決策支持手段，從而實現(xiàn)專業(yè)管控。

4.2.1 實時在線監(jiān)視分析

對配電網(wǎng)圖形、模型、采集數(shù)據(jù)的集中監(jiān)管，實現(xiàn)全省配電網(wǎng)及設(shè)備運行情況的實時監(jiān)視，對配網(wǎng)運行異常及故障實時告警。

4.2.2 大面積停電轉(zhuǎn)供電分析

目前配電自動化系統(tǒng)已經(jīng)展開了變電站調(diào)控信息、公（專）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)拓撲，在大面積停電下的對重要用戶實現(xiàn)轉(zhuǎn)供電輔助分析，并提交執(zhí)行方案，實現(xiàn)自動或人工快速恢復(fù)供電。

4.2.3 應(yīng)急實時統(tǒng)計

在省級監(jiān)視角度，發(fā)生大規(guī)模電網(wǎng)故障時，從防震減災(zāi)、應(yīng)急指揮等角度，可以實時了解災(zāi)害現(xiàn)狀，進行穿透分析，給出當(dāng)前電網(wǎng)偏離安全運行狀態(tài)的程度，實現(xiàn)9地市故障數(shù)量、失電負荷等的實時匯總統(tǒng)計。

4.2.4 調(diào)度監(jiān)管

從數(shù)據(jù)質(zhì)量、電網(wǎng)異常、運維缺陷、運行狀態(tài)等角度對配電主站進行深化分析，加強數(shù)據(jù)質(zhì)量管控、管理規(guī)范化、運維精細化，保障電網(wǎng)安全運行。

4.2.5 風(fēng)險評估

通過風(fēng)險點分析以及災(zāi)害情況統(tǒng)計應(yīng)用，在線跟蹤獲取配電網(wǎng)運行參數(shù)，并對配電網(wǎng)運行薄弱環(huán)節(jié)進行預(yù)警。

5 運營監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

運營監(jiān)測系統(tǒng)初步實現(xiàn)國網(wǎng)公司運營的在線監(jiān)測、在線計算、在線分析。在線監(jiān)測主要是通過配電網(wǎng)運行狀態(tài)綜合監(jiān)測終端的數(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)測模型、歷史數(shù)據(jù)進行實時計算，高效、順暢地展示計算結(jié)果、預(yù)警信息，進行及時分析，其特點是數(shù)據(jù)量大、邏輯復(fù)雜、實時性強，滿足數(shù)據(jù)處理從“定期、低速、大量”到“實時、高速、海量”，業(yè)務(wù)監(jiān)控從“事后、線下、結(jié)果”到“事中、線上、過程”的要求。

在線計算圍繞海量數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史經(jīng)驗和當(dāng)前狀況，及時高效地形成相應(yīng)的預(yù)警、決策指標(biāo)信息進行展示，以便進行更深層次的監(jiān)測、分析處理，從而實現(xiàn)事中的風(fēng)險控制。

在線監(jiān)測根據(jù)在線計算的結(jié)果和預(yù)警規(guī)則自動生成監(jiān)測預(yù)警信息主動推送到監(jiān)測桌面，并進行下一步的關(guān)聯(lián)監(jiān)測分析和跟蹤，實現(xiàn)監(jiān)測的自動化或半自動化處理。

在線分析基于在線計算和在線監(jiān)測的結(jié)果或某項業(yè)務(wù)的監(jiān)測需求，對實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)運用分析模型、預(yù)測算法等進行挖掘分析，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)活動的即時分析，業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢預(yù)測。

通過以上三個“在線”，有效支撐運監(jiān)具體業(yè)務(wù)管控工作的開展，其整體業(yè)務(wù)藍圖如圖1所示：

通過三個“在線”基本實現(xiàn)了對總部、?。ㄊ校┘暗厥腥壷行牡娜粘１O(jiān)測、分析和展示工作的支撐。結(jié)合各級運營監(jiān)測（控）中心的管理定位和實際業(yè)務(wù)需要，以“試點建設(shè)，重點推廣”的方式，拓展、構(gòu)建涉及關(guān)鍵業(yè)務(wù)和核心資源的多類分析模型，完善EVA及量本利、電網(wǎng)線損、電網(wǎng)輸變電工程造價、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，實現(xiàn)分析業(yè)務(wù)需求模型的靈活配置、快速構(gòu)建，支撐輔助運營分析和輔助決策，提升企業(yè)運營管理水平，初步實現(xiàn)運營分析業(yè)務(wù)的在線分析和輔助決策，提升企業(yè)運營分析水平。

6 創(chuàng)新點

6.1 建立覆蓋全省地、縣級配電網(wǎng)運行狀態(tài)管控平臺

通過融合服務(wù)器虛擬化技術(shù)，實現(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，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)維護和分區(qū)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)地、縣之間的資源共享和一體化管理，全面掌握地、縣級配電網(wǎng)運行動態(tài)，高效、低成本的解決縣級配電網(wǎng)“盲調(diào)”問題。

6.2 形成地市配電系統(tǒng)智能化數(shù)據(jù)考核機制

采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)多系統(tǒng)、跨專業(yè)、多數(shù)據(jù)，覆蓋配電網(wǎng)多個風(fēng)險、多個環(huán)節(jié)的綜合診斷，框架靈活，擴展靈活；結(jié)合地市配電自動化系統(tǒng)運行情況、重點工作推進過程等實際應(yīng)用，提出多項關(guān)鍵指標(biāo)，在調(diào)控機構(gòu)實現(xiàn)對地市配電系統(tǒng)的多層次評價及考核；建立缺陷跟蹤機制，實現(xiàn)問題在線化管理，開辟了新的地市問題反饋、匯總途徑。

7 結(jié)束語

通過對智能配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行標(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、精細化水平。標(biāo)準(zhǔn)化配網(wǎng)管理的實現(xiàn)，不僅需要電力信息系統(tǒng)的建設(shè)上滿足信息集成的要求，還需要不斷完善我國的電力行業(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，不斷進行體制的創(chuàng)新和管理的變革，以適應(yīng)激烈的市場競爭加強作為生產(chǎn)手段的配網(wǎng)設(shè)備管理以實現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理;進一步加強配網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的深度，面向信息統(tǒng)計轉(zhuǎn)向輔助決策支持。

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