基于調(diào)控云平臺(tái)的多維度負(fù)荷信息融合系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

石倩倩 楊軍偉 王波 王有軍

[摘? ? 要]隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，負(fù)荷分析是智能電網(wǎng)安全運(yùn)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(chǔ)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(fù)荷分析平臺(tái)的構(gòu)建方法，并對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷分析特點(diǎn)、框架、面臨問題及相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了研究。

[關(guān)鍵詞]云平臺(tái);負(fù)荷分析;系統(tǒng)開發(fā)

[中圖分類號(hào)]TP277 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(fù)荷分析模型的研究對(duì)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(cè)等。利用現(xiàn)有的條件進(jìn)行相關(guān)智能化分析平臺(tái)的設(shè)計(jì)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(tái)，其架構(gòu)設(shè)計(jì)既要滿足電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、協(xié)同性的要求，也要符合云計(jì)算的理念，體現(xiàn)硬件資源虛擬化（共享與動(dòng)態(tài)調(diào)配）、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用服務(wù)化的特點(diǎn)。而調(diào)控云上的電力調(diào)度通用數(shù)據(jù)對(duì)象結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，綜合考慮電網(wǎng)一體化特征，滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線計(jì)算分析、調(diào)度管理等調(diào)控運(yùn)行核心業(yè)務(wù)對(duì)電力信息標(biāo)準(zhǔn)化、建模范圍完整性、模型共享時(shí)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(tái)搭建先進(jìn)的基于信息資源融合的負(fù)荷分析系統(tǒng)的解決方法。

1 電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

對(duì)于電網(wǎng)管理而言，需要分電壓等級(jí)統(tǒng)計(jì)容載比，分變電站、分線路統(tǒng)計(jì)最大負(fù)載率，對(duì)容載比偏低及設(shè)備重載、過載情況進(jìn)行分析，從而進(jìn)行因供電能力不足采取的需求側(cè)管理。傳統(tǒng)的電力負(fù)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(jì)算的邏輯節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行深度優(yōu)先搜索、關(guān)聯(lián)矩陣、節(jié)點(diǎn)融合樹，從而建立電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?，然后在拓?fù)淠Ｐ偷幕A(chǔ)上進(jìn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)分析。但傳統(tǒng)的拓?fù)淠Ｐ徒⒎绞交贑IM/E模型進(jìn)行，所以需要根據(jù)調(diào)控云平臺(tái)的模型和數(shù)據(jù)特征進(jìn)行新的建模方法設(shè)計(jì)。同時(shí)傳統(tǒng)的分析方法往往需要人工對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，憑借的是分析人員的經(jīng)驗(yàn)，所以我們需要采用更智能的方式替代人工進(jìn)行分析結(jié)果的輸出。

2 基于調(diào)控云的負(fù)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(fù)荷信息融合系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫(kù)接口，獲取調(diào)控云平臺(tái)中的數(shù)據(jù)據(jù)設(shè)備臺(tái)賬和電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，然后根據(jù)負(fù)荷模型中各節(jié)點(diǎn)的設(shè)備類型，獲取對(duì)應(yīng)的遙測(cè)、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(jìn)行電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，最后生成負(fù)荷分析結(jié)論，通過瀏覽器進(jìn)行展示，并保存入數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的保存，并采用實(shí)時(shí)表的方式增加運(yùn)算效率。虛擬服務(wù)器可以直接連接調(diào)控云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，并部署WEB服務(wù)器讓用戶使用網(wǎng)頁(yè)訪問。如圖1所示。

2.2 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

負(fù)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?fù)淠Ｐ蛿?shù)據(jù)，建立電網(wǎng)一次連接拓?fù)淠Ｐ?，然后結(jié)合電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ瓦M(jìn)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(yùn)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(duì)不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，保存入數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)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(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)采集模塊依照文獻(xiàn)[1]中提出的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和整合。

與此同時(shí)，安徽地區(qū)調(diào)控云平臺(tái)另行建立本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)表，并依照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，保存遙脈數(shù)據(jù)和電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)本地?cái)?shù)據(jù)特征，同時(shí)采集本地遙脈數(shù)據(jù)和電網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

（1）將調(diào)控云數(shù)據(jù)庫(kù)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?fù)涔?jié)點(diǎn)表、電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系表數(shù)據(jù)從調(diào)控云數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取到MYSQL內(nèi)存表中。

（2）將設(shè)備1 min量測(cè)歷史數(shù)據(jù)表（接地刀閘開關(guān)1 min量測(cè)歷史表、斷路器1 min量測(cè)歷史表、母線1 min量測(cè)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?fù)溥B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?fù)淠Ｐ偷慕⒅饕椒椋簩?chǎng)站內(nèi)的單端點(diǎn)設(shè)備（如母線、地刀、電容、電抗等）組合成的電網(wǎng)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)，再根據(jù)拓?fù)渲械拈_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?fù)溥?，并把?jié)點(diǎn)和變歸攏為一個(gè)拓?fù)鋶u。由于安徽地區(qū)的拓?fù)涮卣?，為拓?fù)鋶u供電的電源點(diǎn)設(shè)置為220 kV的母線，將電源點(diǎn)和其他設(shè)備組成的拓?fù)鋶u稱為供電區(qū)域，下同，該供電區(qū)域名稱以電源點(diǎn)所屬的220 kV電壓等級(jí)場(chǎng)站的名稱進(jìn)行命名。

同一個(gè)場(chǎng)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(diǎn)，為不同的區(qū)域供電。調(diào)控云斷路器數(shù)據(jù)對(duì)象模型中缺少斷路器類型，所以需要設(shè)計(jì)一套研判斷路器類型的算法，主要內(nèi)容：①設(shè)置場(chǎng)站內(nèi)同一電壓等級(jí)所有的開關(guān)設(shè)備都為合位，并找到找到同一電壓等級(jí)所有的母線。②針對(duì)電壓等級(jí)相同的每?jī)蓚€(gè)母線，遍歷拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，取得最短拓?fù)渎窂?。③如果拓?fù)渎窂酱嬖冢衣窂街邪瑪嗦菲?，則該研判斷路器為母聯(lián)斷路器。供電區(qū)域拓?fù)浣⒌恼w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?fù)淠Ｐ蛿?shù)據(jù)，建立拓?fù)涔?jié)點(diǎn)和拓?fù)溥叄⒏鶕?jù)節(jié)點(diǎn)和邊構(gòu)造出供電區(qū)域拓?fù)淠Ｐ筒⒒谠撏負(fù)淠Ｐ?，同時(shí)利用設(shè)備映射關(guān)系表，從量測(cè)歷史數(shù)據(jù)表中取出開關(guān)設(shè)備的遙信值疊加到拓?fù)淠Ｐ椭小?/p>

（2）基于拓?fù)淠Ｐ偷玫剿泄?jié)點(diǎn)的分組向量，計(jì)算出該網(wǎng)絡(luò)所有的聯(lián)通下級(jí)拓?fù)?，每個(gè)拓?fù)渲芯ɑハ噙B接的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)和拓?fù)溥叀?/p>

（3）對(duì)聯(lián)通下級(jí)拓?fù)溥M(jìn)行分析。針對(duì)每個(gè)下級(jí)拓?fù)渑袛喙?jié)點(diǎn)屬性，如果下級(jí)節(jié)點(diǎn)中包含母線設(shè)備，則取母線設(shè)備的電壓等級(jí)作為該下級(jí)拓?fù)淠Ｐ偷碾妷旱燃?jí)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的邊，獲得對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所屬場(chǎng)站。如果判斷場(chǎng)站的電壓等級(jí)為220 kV，表示此場(chǎng)站為該拓?fù)淠Ｐ偷碾娫袋c(diǎn)，將其加入拓?fù)淠Ｐ头治龅碾娫戳斜碇小?/p>

（4）返回電源列表和供電區(qū)域拓?fù)溥B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?fù)溥B接關(guān)系模型，依次校驗(yàn)每個(gè)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)。②以日為周期，連續(xù)獲取30個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，計(jì)算30個(gè)點(diǎn)的平均數(shù)與每個(gè)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(dòng)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(gè)部分組成。由于本系統(tǒng)線路分析為常規(guī)的線路負(fù)載率分析和線損分析組成，故不細(xì)說。

母線數(shù)據(jù)分析主要對(duì)母線的電壓和功率平衡進(jìn)行分析，當(dāng)出現(xiàn)某一點(diǎn)電壓采樣越限時(shí)，則加載與該母線相連的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)功率采樣進(jìn)行分析，查看是否為負(fù)載波動(dòng)造成，然后對(duì)與該母線相連的變壓器繞組無功曲線進(jìn)行分析，驗(yàn)證是否由于無功原因造成該結(jié)果。當(dāng)電壓越限點(diǎn)附近時(shí)刻的變壓器拓?fù)涔?jié)點(diǎn)無功功率未達(dá)到容量的10 %時(shí)，則驗(yàn)證與該母線拓?fù)涔?jié)點(diǎn)相連的電容起拓?fù)涔?jié)點(diǎn)之間的拓?fù)溥吷系拈_關(guān)設(shè)備是否為合位。最后將上述結(jié)果保存入庫(kù)。母線功率平衡分析主要由功率平衡驗(yàn)證和電量平衡驗(yàn)證兩部分構(gòu)成，對(duì)于每條母線均采用兩種方式進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)出現(xiàn)母線有功不平衡的問題時(shí)，系統(tǒng)將記錄與該母線和其下級(jí)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，作為分析依據(jù)，并獲取其所有下級(jí)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的有功功率，驗(yàn)證是否存在采樣錯(cuò)誤問題。當(dāng)不存在采樣錯(cuò)誤問題時(shí)，分析該母線所有下級(jí)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)是否存在線路節(jié)點(diǎn)或變壓器節(jié)點(diǎn)重載的情況，如果存在則把該節(jié)點(diǎn)作為造成功率不平衡的主要原因進(jìn)行記錄。同時(shí)，母線分析模塊還會(huì)根據(jù)選中的母線拓?fù)溥B接關(guān)系分析本場(chǎng)站是否存在通過拓?fù)溥吪c其直接相連的另一母線拓?fù)涔?jié)點(diǎn)，如果不存在，則記錄其為單母線運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

變壓器負(fù)荷分析策略主要對(duì)主變負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)用戶所選擇的時(shí)間段，對(duì)于該地區(qū)不同電壓等級(jí)的主變?nèi)萘?、主變運(yùn)行容量、變壓器最大總負(fù)荷、容載比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、并選取每臺(tái)主變的最大負(fù)載日，對(duì)主變最大負(fù)載率、最大有功負(fù)荷、最大無功負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。也可以由用戶指定為最大負(fù)荷日，對(duì)該日數(shù)據(jù)和去年該數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。當(dāng)主變繞組出現(xiàn)重載或過載現(xiàn)象時(shí)，對(duì)該主變繞組拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的下級(jí)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)是否存在線路節(jié)點(diǎn)或變壓器節(jié)點(diǎn)重載或過載的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并把重載或過載的下級(jí)節(jié)點(diǎn)，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(jì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著電網(wǎng)負(fù)荷規(guī)模不斷擴(kuò)大，負(fù)荷屢創(chuàng)新高，電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行。

調(diào)控云負(fù)荷信息資源融合系統(tǒng)在滁州地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用中表明，系統(tǒng)通過上述的方法提高了運(yùn)行人員的工作效率，方便監(jiān)控人員掌握電網(wǎng)運(yùn)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(fù)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(xiàn)

[1] 文燕，基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)平臺(tái)構(gòu)建研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014（13）：34-35.