物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)在提高配網(wǎng)供電可靠性中的應(yīng)用

洪立瑋

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊 065000）

受降低一般工商業(yè)電價(jià)和電量增速放緩等因素影響，供電企業(yè)面臨著前所未有的壓力，這就要求企業(yè)在開(kāi)拓市場(chǎng)、挖潛增效上下大力氣，不斷拓展產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、價(jià)值鏈，不斷把“三型兩網(wǎng)”世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)推向更高水平。配電網(wǎng)作為直面用戶側(cè)的最底層環(huán)節(jié)，其供電質(zhì)量直接影響供電企業(yè)的企業(yè)形象和用戶體驗(yàn)，是提升企業(yè)品牌影響力至關(guān)重要的一環(huán)。

1 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化改造原則

對(duì)于中國(guó)電力企業(yè)而言，資產(chǎn)規(guī)模隨著近幾年經(jīng)濟(jì)發(fā)展而飛速擴(kuò)張，但電力資產(chǎn)分布情況復(fù)雜、變動(dòng)頻繁使得資產(chǎn)信息的維護(hù)變得更加困難，很多地方電力部門(mén)在現(xiàn)有技術(shù)條件和管理體制下很難做到資產(chǎn)“賬、卡、物”的嚴(yán)格一致，特別是配電網(wǎng)中情況尤為嚴(yán)重。

在數(shù)字化改造中，配電網(wǎng)由于其具有網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、分散且易變得特性，不宜采取同主網(wǎng)相同的集中控制策略，為了在保證控制成本的前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)字化融入，需要遵循以下原則。

1.1 配網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓?fù)浠?/h3>

由于配網(wǎng)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單但線路復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)無(wú)需采取全覆蓋，僅針對(duì)重要節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵線路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以節(jié)點(diǎn)和節(jié)間連接線的方式對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行組態(tài)，完成整體配網(wǎng)結(jié)構(gòu)的拓?fù)溥B接，拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)形式在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變動(dòng)時(shí)也能夠更容易的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)更新。

1.2 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)分布化

配網(wǎng)線路監(jiān)控設(shè)備受網(wǎng)絡(luò)分散的影響無(wú)法做到數(shù)據(jù)集中收集，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立運(yùn)行并與區(qū)域數(shù)據(jù)中心通信，單獨(dú)節(jié)點(diǎn)僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集功能，分析與存儲(chǔ)功能在區(qū)域數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)，將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功耗和故障可能性降到最低，同時(shí)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響系統(tǒng)整體運(yùn)行，進(jìn)而提升整體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。

1.3 配網(wǎng)數(shù)據(jù)邊緣化

配網(wǎng)數(shù)據(jù)最終要接入主數(shù)據(jù)庫(kù)，但相比主網(wǎng)數(shù)據(jù)，配網(wǎng)數(shù)據(jù)量大且重要性相對(duì)較弱，因而可以采取邊緣化方式，邊緣控制節(jié)點(diǎn)可以利用計(jì)算機(jī)、路由器、專用網(wǎng)關(guān)等對(duì)所屬該區(qū)塊的所有設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和控制，大大降低了數(shù)據(jù)中心的帶寬需求和數(shù)據(jù)吞吐壓力。

1.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一化

為了讓系統(tǒng)間互聯(lián)互通采取統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和接口，做到數(shù)據(jù)一次采集，處處可用，避免了對(duì)同一實(shí)體的多次重復(fù)采集；數(shù)據(jù)采用分層管理，分布式存儲(chǔ)的方式，各數(shù)據(jù)中心可相互備份，避免冗余，提高數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)效率。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分層結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分層結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)字化電網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理

電力企業(yè)在進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃、檢修和改造時(shí)會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般以圖紙、說(shuō)明書(shū)和電子文檔的形式儲(chǔ)存，某項(xiàng)工程結(jié)束后，相應(yīng)數(shù)據(jù)就被歸檔擱置，很難再次利用，如果某項(xiàng)工程進(jìn)行過(guò)多次修改還很有可能將不同時(shí)期的數(shù)據(jù)混用造成數(shù)據(jù)與實(shí)際情況偏離的情況。各業(yè)務(wù)部門(mén)數(shù)據(jù)層級(jí)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)類型不一致導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以融合，挖掘難度巨大。為此需要建立統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和接口規(guī)范，規(guī)范數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層級(jí)，涉及到不同業(yè)務(wù)部門(mén)和監(jiān)控范圍時(shí)可以采用分布式儲(chǔ)存、分區(qū)分級(jí)控制和邊緣化處理，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控廣覆蓋，數(shù)據(jù)全共享，系統(tǒng)全聯(lián)通。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，找尋內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，推進(jìn)設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練，挖掘電力用戶潛在需求。

資產(chǎn)管理系統(tǒng)采用自頂向下的設(shè)計(jì)模式，各級(jí)數(shù)據(jù)中心提供接入框架和數(shù)據(jù)接入規(guī)范。下層設(shè)備僅需按照接入?yún)f(xié)議連入系統(tǒng)而無(wú)需關(guān)心品牌型號(hào)。系統(tǒng)總體分為感知層、邊緣節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)層和應(yīng)用層。其中，應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘，其數(shù)據(jù)模型消費(fèi)者為公司決策層、發(fā)展建設(shè)部、營(yíng)銷部、調(diào)度中心等部門(mén)，為其提供全景數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型輸出，用以支撐電網(wǎng)規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和業(yè)務(wù)擴(kuò)展；感知層提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，其數(shù)據(jù)模型可以為輸電運(yùn)檢、變電運(yùn)檢、配電運(yùn)檢相關(guān)人員提供設(shè)備狀態(tài)以提高故障排除效率；邊緣節(jié)點(diǎn)可以反映某區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行情況并預(yù)測(cè)可能發(fā)生的威脅電網(wǎng)安全生產(chǎn)的隱患，為運(yùn)維人員和各變電所管理人員安排設(shè)備檢修周期提供了有力的數(shù)據(jù)支撐；存儲(chǔ)層為各業(yè)務(wù)開(kāi)展的基礎(chǔ)，其特點(diǎn)為分層分區(qū)，適度冗余，保證安全。

在電網(wǎng)建設(shè)層面，數(shù)字化思想應(yīng)貫穿始終，傳統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)流程為規(guī)劃—設(shè)計(jì)—建設(shè)—運(yùn)維，而數(shù)字化往往是在交付后才進(jìn)行的工作，這導(dǎo)致數(shù)字化前后銜接不暢，原本前期很容易完成的功能到交付后可能會(huì)因?yàn)槿狈臻g、缺乏相關(guān)配件等原因?qū)е赂脑熨M(fèi)用加大，設(shè)備運(yùn)行可靠度降低。

3 大數(shù)據(jù)運(yùn)維和數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)的采集是為了服務(wù)生產(chǎn)，在數(shù)據(jù)應(yīng)用階段，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的用途分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)模型數(shù)據(jù)和挖掘模型數(shù)據(jù)。

3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

該類數(shù)據(jù)為最基本的原始數(shù)據(jù)，其反應(yīng)設(shè)備或環(huán)境變化的狀況，如電纜接頭溫度、隧道煙霧、電壓電流等，具有較高的實(shí)時(shí)性，對(duì)于反映設(shè)備本身缺陷和外力破壞等突發(fā)狀況尤為重要。

3.2 預(yù)測(cè)模型數(shù)據(jù)

設(shè)備狀態(tài)受內(nèi)部因素的外部因素共同作用，內(nèi)部因素為設(shè)備本身制造工藝決定，與設(shè)備使用時(shí)間和老化程度有關(guān)；外部因素為設(shè)備維護(hù)狀況，氣象條件，外力破壞等。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的積累和設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)，結(jié)合外部數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)耦合可以推導(dǎo)出設(shè)備在某段時(shí)間后可能達(dá)到的狀況，進(jìn)而預(yù)測(cè)故障，為運(yùn)行單位制定維護(hù)計(jì)劃，采取應(yīng)急措施提供支撐。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘模型

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)模型都是數(shù)據(jù)的短期應(yīng)用，時(shí)間跨度相對(duì)較短，多用于故障排查和維護(hù)。對(duì)于數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的更深層次的信息，需要采取數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)才能發(fā)掘數(shù)據(jù)資產(chǎn)的更多價(jià)值。例如根據(jù)不同時(shí)間段的網(wǎng)損率結(jié)合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和配網(wǎng)拓?fù)浞治鍪欠翊嬖诒I電的情況；通過(guò)當(dāng)?shù)貧v年負(fù)荷增長(zhǎng)率結(jié)合當(dāng)?shù)卣a(chǎn)業(yè)發(fā)展政策模擬幾年后負(fù)荷增長(zhǎng)需求，用以優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，盡早規(guī)劃電源等。

4 結(jié)束語(yǔ)

從配電網(wǎng)絡(luò)信息化展開(kāi)，以全壽命周期管理的視角闡述了傳統(tǒng)電力設(shè)施數(shù)字化的主要方法和實(shí)施要點(diǎn)，這將使原有的“定期檢查，故障后排查”的運(yùn)維方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍葱铏z查，危險(xiǎn)預(yù)警”的方式，在大大減少人力成本的同時(shí)還能顯著提高配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全。