可信度計(jì)算在智能電網(wǎng)綜合停電管理平臺(tái)上的應(yīng)用

姚燁婷， 陳瑾

(1.南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司, 廣東 廣州 510000；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 佛山供電局, 廣東 廣州 510000)

0 引言

智能電網(wǎng)作為人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中不可缺少的一部分，其供電穩(wěn)定性性能以及在停電時(shí)的維修管理情況，直接反映了智能電網(wǎng)的供電能力與服務(wù)質(zhì)量，近幾年容易出現(xiàn)智能電網(wǎng)大面積停電的情況，相關(guān)物資調(diào)度與平臺(tái)管理成為研究熱點(diǎn)，對(duì)此，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了研究。

文獻(xiàn)[1]以有效實(shí)現(xiàn)管理信息系統(tǒng)提出了統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型，并詳細(xì)闡述了統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型構(gòu)建過程，在分析電力企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上介紹了南方電網(wǎng)對(duì)統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的管理體系。文獻(xiàn)[2]結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)物資精細(xì)化管控需求，以移動(dòng)App作為信息記錄、傳輸、統(tǒng)計(jì)管理的平臺(tái)，解決參建單位間工程現(xiàn)場(chǎng)物資管控信息獲取不對(duì)稱問題，提高建設(shè)相關(guān)物資管理的效率和實(shí)際效果。

但是原有管理平臺(tái)故障處理效率低下，容易產(chǎn)生電網(wǎng)業(yè)務(wù)堆積過多的情況，因此本文在原有方法的基礎(chǔ)上，利用可信度計(jì)算，建立智能電網(wǎng)的綜合停電管理平臺(tái)，提高企業(yè)管理能力，提升工作效率，從而縮短故障停電的時(shí)間、合理安排計(jì)劃停電的范圍。

1 智能電網(wǎng)綜合停電管理平臺(tái)

智能電網(wǎng)的停電分為計(jì)劃停電與非計(jì)劃停電兩種，計(jì)劃停電通常會(huì)提前通知該地區(qū)用戶，由于定期的檢修或施工等原因，在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)斷電，并在施工結(jié)束后按照所通知時(shí)間準(zhǔn)時(shí)恢復(fù)用電，而下述研究中暫不考慮這一情況，主要針對(duì)非計(jì)劃停電展開分析，并根據(jù)其具體需求，利用可信度計(jì)算設(shè)計(jì)智能電網(wǎng)綜合停電管理平臺(tái)。

1.1 線路故障巡檢

智能電網(wǎng)的運(yùn)行需要達(dá)到數(shù)據(jù)源唯一，且隨時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)共享，以滿足電網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求。智能電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障時(shí)，則需要通過IEB向配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)發(fā)布實(shí)時(shí)的信息數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)這一操作，則需要對(duì)智能電網(wǎng)線路定時(shí)巡檢，并將巡檢設(shè)備名稱、巡檢開始與結(jié)束時(shí)間、巡視結(jié)果、故障信息以及維修方案記錄到平臺(tái)當(dāng)中，使相關(guān)工作人員能夠在管理終端直觀地看到該巡視工作完成的情況和成果，具體如表1所示。

表1 故障巡檢功能需求

如表1中所給出的，結(jié)合實(shí)際情況，將智能電網(wǎng)線路、所需檢修設(shè)備等，按照巡檢對(duì)象、巡檢目的以及巡檢周期劃分為定期巡檢、故障巡檢、特殊巡檢等[3]。智能電網(wǎng)的巡檢涉及到的電力設(shè)備眾多，且電路規(guī)劃復(fù)雜，對(duì)線路故障巡檢的要求較高，以確保所發(fā)生的故障能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加以維修，將停電所帶來的損失降到最低，并在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)停電指標(biāo)。

1.2 停電時(shí)間指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

智能電網(wǎng)在停電時(shí)需要實(shí)時(shí)發(fā)布相關(guān)信息，并整合調(diào)度日志，記錄停電時(shí)長(zhǎng)、設(shè)備故障時(shí)間等，建立合理的匹配規(guī)則，獲取有效的停電時(shí)間統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 綜合停電管理平臺(tái)各功能間關(guān)系圖

由圖1可知，停電管理問題與營銷管理及海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)等其他子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，停電時(shí)間的發(fā)布、異常計(jì)量停電記錄與確認(rèn)計(jì)量停電記錄服務(wù)等相關(guān)業(yè)務(wù)的集成，需要依靠數(shù)據(jù)中心來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)層與業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層之間相互連接，數(shù)據(jù)層由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與關(guān)系型數(shù)據(jù)2個(gè)部分組成，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要為所采集到的數(shù)據(jù)信息以及所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)；通過數(shù)據(jù)服務(wù)層使各個(gè)業(yè)務(wù)模塊相交互，將停電業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送給其他模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[4-6]。針對(duì)上述需求，給出部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫表，其中包含了停電范圍用戶設(shè)備關(guān)系，停電范圍及停電事件,如表2所示。

表2 部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫表

利用上述信息發(fā)布營銷停電記錄明細(xì)服務(wù)，按照客戶停電時(shí)間指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，為營銷管理提供數(shù)據(jù)服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算停電所導(dǎo)致的效益損失。

1.3 基于可信度計(jì)算的效益損失分析

可信度計(jì)算通常被劃分為內(nèi)在信度與外在信度兩類，其中內(nèi)在信度指調(diào)查表中的一組問題是否在測(cè)量同一個(gè)概念，即這些問題的內(nèi)在一致性如何，能否穩(wěn)定地衡量這一概念，如果內(nèi)在信度系數(shù)在0.8以上，則可認(rèn)為這一組問題有較高的內(nèi)在一致性；而外在信度則是在不同時(shí)間進(jìn)行測(cè)量時(shí)調(diào)查表結(jié)果的一致性程度。在智能電網(wǎng)的建設(shè)與日常運(yùn)行的維護(hù)中，需要大量的資金投入，但與此同時(shí)也為電力企業(yè)帶來巨大的收益，而故障停電將會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生損失[7-9]。分析智能電網(wǎng)的實(shí)際效益即電網(wǎng)可信度，將故障停電所導(dǎo)致的電能損耗設(shè)為M，則能夠得到式(1)。

M=cgαkt

(1)

式中，c表示變壓器的利用系數(shù)，單位為kW/kVA；g表示線路變壓器總?cè)萘?；α表示電網(wǎng)線路的故障發(fā)生率，單位為次/千米·年；k表示電網(wǎng)線路長(zhǎng)度；t表示消除線路故障使用戶停電的平均持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，單位為小時(shí)/次。

最常用的可信度指標(biāo)是重測(cè)指標(biāo)即重測(cè)信度，也就是說，用同一問卷在不同時(shí)間對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，然后計(jì)算一致性程度，在本文中，可體現(xiàn)電網(wǎng)用戶與電網(wǎng)公司之間的信任關(guān)系。智能電網(wǎng)線路故障所導(dǎo)致的停電不僅會(huì)使其用戶產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)上的損失，與此同時(shí)也將使電力部門因發(fā)電量的減少，而承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，假設(shè)負(fù)荷為平均分布，則每年的停電損失計(jì)算如式(2)。

Sc=A1M=A1βhαkt

(2)

式中，Sc表示停電導(dǎo)致用戶所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失；A1表示平均每損失1 kW·h電量時(shí)，所損失的經(jīng)濟(jì)值；h表示負(fù)荷功率，單位為kW。

則全年的電費(fèi)損失如式(3)。

DF-A2M=A2βgαkt

(3)

式中，A2為1 kW·h電的平均電價(jià);DF為平均發(fā)電資金。

由上述計(jì)算能夠得知，智能電網(wǎng)在停電后，其電力企業(yè)將會(huì)承受一定的經(jīng)濟(jì)損失，而將其管理平臺(tái)優(yōu)化后，則會(huì)減少線路故障的發(fā)生，從而增加其經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 電網(wǎng)故障定位

綜合停電管理平臺(tái)必須在智能電網(wǎng)發(fā)生故障的第一時(shí)間，獲取到準(zhǔn)確的故障位置信息，便于故障區(qū)域的隔離，以及非故障區(qū)域的供電恢復(fù)。智能電網(wǎng)的故障線路的隔離與搶修是否能夠在短時(shí)間內(nèi)完成，都是由電網(wǎng)故障定位所決定的，若不能在第一時(shí)間準(zhǔn)確定位故障區(qū)域，則無法及時(shí)通知維修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)用戶的日常生活造成影響，使搶修效率與客戶滿意度直線下降[10-12]。為此優(yōu)化故障定位功能模塊，利用地理信息系統(tǒng)與綜合停電管理平臺(tái)的信息交互，實(shí)時(shí)掌握維修人員動(dòng)態(tài)，選擇最佳搶修路線，提高維修效率，縮短停電時(shí)間。

首先，將智能電網(wǎng)的故障按照產(chǎn)生原因的差異，分為配電本體故障、低壓用戶故障、配網(wǎng)饋線故障以及低壓線路故障4種，利用配電開關(guān)監(jiān)控終端的故障信息，定位其具體故障區(qū)域。若饋線出現(xiàn)故障，其臨近開關(guān)無法及時(shí)操作，則會(huì)直接通知線路保護(hù)模塊，斷開設(shè)備開關(guān)，利用其線路開關(guān)監(jiān)測(cè)終端所獲取到的信息[13-15]。以該開關(guān)為起點(diǎn)，將智能電網(wǎng)線路按區(qū)域劃分，僅處理故障區(qū)域，恢復(fù)周邊區(qū)域的供電，將用戶所受到的影響降到最低，通過智能電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)中獲取該區(qū)間的配電開關(guān)監(jiān)控終端故障信息，依據(jù)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成網(wǎng)絡(luò)描述矩陣Q，再利用配電開關(guān)監(jiān)控終端檢測(cè)到的開關(guān)故障電流的有無及方向，得出矩陣Q所包含的對(duì)角元素具體數(shù)值，將已經(jīng)融入故障數(shù)據(jù)的判定矩陣Q′加以修正，通過判定條件，判斷矩陣Q′的故障區(qū)域，具體判斷過程如圖2所示。

圖2 饋線網(wǎng)絡(luò)案例圖

圖2當(dāng)中A、B、C為電源點(diǎn)，1、2、3、4、7、8、9為配電開關(guān)監(jiān)控終端檢測(cè)點(diǎn)，5、6為常閉型聯(lián)絡(luò)開關(guān)，箭頭方向?yàn)榧俣ㄕ较颉⒐收蠀^(qū)域饋線上的分段開關(guān)作為節(jié)點(diǎn)，與常閉型聯(lián)絡(luò)開關(guān)共同編號(hào)，在確定正方向后，確定各開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的有向連接關(guān)系，得到網(wǎng)絡(luò)描述矩陣Q。若供電網(wǎng)絡(luò)為單電源供電，則線路功率的流出方向即為饋線的正方向；若供電網(wǎng)絡(luò)為多電源供電，則向全網(wǎng)供電功率的流出方向?yàn)轲伨€的正方向。假設(shè)節(jié)點(diǎn)a與節(jié)點(diǎn)b之間存在一條由節(jié)點(diǎn)a指向節(jié)點(diǎn)b的連接饋線，則得到Qab=1，否則Qab=0，由此可知矩陣Q為不可對(duì)稱的N×N矩陣，將節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)的順序打亂。得到矩陣如式(4)。

(4)

故障發(fā)生時(shí)，將配電開關(guān)監(jiān)控終端所檢測(cè)到的各個(gè)開關(guān)的電流與其限定值相對(duì)照，當(dāng)檢測(cè)到的數(shù)值超過限定值時(shí)，則記錄該故障信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)a發(fā)生故障時(shí)，若其電流方向與假定方向不相符，則Qaa=0，至此形成經(jīng)過修正的故障判定矩陣Q′，若圖3當(dāng)中的5,8,9之間出現(xiàn)故障，則故障判定矩陣如式(5)。

(5)

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)管理平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的效果，設(shè)計(jì)仿真對(duì)照實(shí)驗(yàn)，將應(yīng)用可信度計(jì)算后的智能電網(wǎng)綜合停電管理平臺(tái)的故障處理能力與原有平臺(tái)相對(duì)照，利用計(jì)算機(jī)程序，模擬智能電網(wǎng)故障并將處理效率與原有處理平臺(tái)相比較，對(duì)照結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 原有管理平臺(tái)故障處理效率分析圖

圖4 所設(shè)計(jì)管理平臺(tái)故障處理效率分析圖

由圖3、圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比當(dāng)中能夠得知，在智能電網(wǎng)大面積停電的情況下，由于所需要處理的故障部分較多，原有的綜合停電管理平臺(tái)無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，不得不堆積到下一時(shí)間段內(nèi)，導(dǎo)致所需處理的業(yè)務(wù)量越來越多，工作人員的故障修復(fù)速度遠(yuǎn)低于事件發(fā)生頻率，造成調(diào)度無法及時(shí)發(fā)布故障事件及分配人力指揮搶修復(fù)電工作。而利用可信度計(jì)算將管理平臺(tái)優(yōu)化后，其故障處理能力明顯提高，最高處理數(shù)據(jù)量可為118，且其故障修復(fù)能力能夠滿足事件發(fā)生頻率，滿足智能電網(wǎng)故障修復(fù)的業(yè)務(wù)需求。

3 總結(jié)

智能電網(wǎng)的綜合停電管理平臺(tái)能夠有效提高供電的可靠性，將故障信息快速傳遞，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)線路故障的快速診斷。利用可信度計(jì)算優(yōu)化管理平臺(tái)，提升整個(gè)智能電網(wǎng)的管理水平，從而滿足用戶需求，提高用戶滿意度。