基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的智慧配電房建設(shè)方法

程智遠(yuǎn)，陳東俞，彭巧環(huán)

（廣州市奔流電力科技有限公司，廣州 510760）

0 引言

配電房作為電網(wǎng)中最末端配置，發(fā)揮著傳輸和分配電能的重要作用，也是新型配電系統(tǒng)發(fā)展的核心環(huán)節(jié)[1]。在城市中配電房是分布最為廣泛也是最接近用戶端的電力設(shè)施之一，傳統(tǒng)的配電房管理都是通過人工巡查和定時檢查來完成，這使得配電房存在的安全隱患不能及時得到排除，只有發(fā)生問題的時候才能夠發(fā)現(xiàn)。所以對配電房進(jìn)行智能化升級是當(dāng)前配用電技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[2]。通過遠(yuǎn)程控制來完成對用電數(shù)據(jù)的監(jiān)測，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)警、查詢、監(jiān)控、預(yù)警及綜合展示功能，這種配電房的使用不僅提高了供電效率，還極大的保證電網(wǎng)安全。

當(dāng)前關(guān)于智能配電房方面的研究主要都是圍繞智能配電房總體設(shè)計建設(shè)方案展開描述[3-5]，其通過整體介紹的方式對智能配電房方案中的通信系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)等進(jìn)行綜合的描述，其中劉沖等[4]描述通過部署軌道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了智能配電房的無人運(yùn)維模式；喻金[6]和高小容[7]都是從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度描述了智能配電房的建設(shè)要點(diǎn)，其中喻金[6]通過一個傳統(tǒng)配電房智能化改造實(shí)例，詳細(xì)闡述了配電房智能化技術(shù)及應(yīng)用需要完成的步驟；高小容[7]從物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)應(yīng)用的角度總體上描述了智能配電房的設(shè)計要點(diǎn)。宋光華[8]則是結(jié)合廣州地區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，重點(diǎn)從配電房監(jiān)控系統(tǒng)的總體要求和主要功能方面針對性的進(jìn)行描述。

上述文獻(xiàn)都是圍繞著智能配電房的總體設(shè)計建設(shè)方案展開描述，只是個別文獻(xiàn)描述時重點(diǎn)選取了設(shè)計方案中的一個點(diǎn)進(jìn)行闡述，但是總體上文獻(xiàn)中描述的內(nèi)容更多局限于一種從硬件角度出發(fā)的配電房建設(shè)方案，缺少或是根本沒有從軟件和數(shù)據(jù)應(yīng)用的角度來闡述如何最大化的發(fā)揮配電房的應(yīng)用價值，在當(dāng)前大數(shù)據(jù)應(yīng)用的時代[9]，如何利用配電房運(yùn)行過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，并且如何將海量的電力數(shù)據(jù)跳出電力的圈子，從而實(shí)現(xiàn)其更大的價值是本文重點(diǎn)要闡述的內(nèi)容。

1 當(dāng)前配電房數(shù)據(jù)應(yīng)用特征分析

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段配電房已朝著數(shù)據(jù)智能應(yīng)用的方向發(fā)展，配電房已從傳統(tǒng)模式發(fā)展為智能模式[10]，很多電力企業(yè)都展開了對智能配電房的研究，研究重點(diǎn)集中在配電房環(huán)境監(jiān)測與設(shè)備聯(lián)動、配電房運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)的采集等方面。相對于配電房的傳統(tǒng)運(yùn)行方式，已開始的研究主要對配電房當(dāng)前遇到的防盜安全問題和運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視的空缺點(diǎn)，但是在數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面仍有欠缺，無法將海量的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的應(yīng)用，且服務(wù)于用戶，服務(wù)于電力運(yùn)營商。

在當(dāng)前提出的智能配電房方案中，普遍的方案中提供了不同應(yīng)用程序的部署方式且提供了較為豐富的不同設(shè)備間的規(guī)約轉(zhuǎn)換與互通功能，重點(diǎn)提供了以視頻圖像識別等方式實(shí)現(xiàn)對配電房環(huán)境與使用過程的實(shí)時告警與信息上送；更為高級的方案在上述方案的基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)前較為先進(jìn)的數(shù)字孿生技術(shù)，通過數(shù)據(jù)建模，構(gòu)建了與真實(shí)場景無縫匹配的虛擬配電房，為運(yùn)維人員提供了更為直觀的方式來查看配電房的運(yùn)行狀態(tài)。上述兩種方案還主要是圍繞著配電房運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)的展示，通過建模等方式提供給運(yùn)維人員更為直觀的使用體驗(yàn)，相較于傳統(tǒng)配電房的使用體驗(yàn)已有了很大的提高，但是在數(shù)據(jù)應(yīng)用的角度仍存在較大的可提高空間。

2 智慧配電房方案說明

相對于智能配電房更多注重數(shù)據(jù)展示與提高交互體驗(yàn)的建設(shè)方案重點(diǎn)，本文提出提高數(shù)據(jù)應(yīng)用程度的智慧配電房方案，即可將智慧配電房描述為：具有傳輸與分配電能，含有各式傳感器與數(shù)據(jù)采集終端，完成電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)狀態(tài)采集功能，更具有自主計算、分析思考能力，可對電力調(diào)度和用戶用電給出指導(dǎo)建議的載體與平臺，可獨(dú)立或受控完成區(qū)域內(nèi)電量使用的優(yōu)化決策。智慧配電房可對各類智能設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析，結(jié)合獨(dú)特的邏輯處理方式給出合適的用電解決方案。使配網(wǎng)中各組成部分能高效、有機(jī)的聯(lián)動，讓用戶、電力公司、電力設(shè)備制造商和地方政府4 個方面實(shí)現(xiàn)智慧交互。

2.1 智慧配電房要解決的問題

傳統(tǒng)配電房在日常運(yùn)維中普遍存在被動運(yùn)維的情況，即一般當(dāng)出現(xiàn)問題的時候運(yùn)維人員根據(jù)客戶投訴或是主站監(jiān)控獲知故障，從而被動的去完成運(yùn)維。針對此，智能配電房的建設(shè)方案中重點(diǎn)對視頻監(jiān)控，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和配電房實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)的展示進(jìn)行了詳細(xì)的方案說明，這些改進(jìn)還是基于傳統(tǒng)配電房出現(xiàn)的問題進(jìn)行了相對針對性的改善。對于當(dāng)前在通信和傳感器技術(shù)快速發(fā)展的時代，更多的數(shù)據(jù)應(yīng)用方式在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)得到了快速的發(fā)展，這些應(yīng)用的基礎(chǔ)在于產(chǎn)生于日常生活中的大數(shù)據(jù)?；谶@樣的思想，本文從數(shù)據(jù)應(yīng)用的角度認(rèn)為當(dāng)前配電房方案中需要解決的問題如下。

（1）數(shù)據(jù)使用者的局限性

從進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時代開始，種類繁多，應(yīng)用廣泛，提供五花八門服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如雨后春筍不斷進(jìn)入到普通百姓的生活中，通過這些應(yīng)用，體會到了互聯(lián)網(wǎng)給生活帶來的巨大變化和便利性，由此因大量使用者的參與也進(jìn)一步推動了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展。這樣的發(fā)展模式的驅(qū)動力在于數(shù)據(jù)或是應(yīng)用的使用者是數(shù)以億計的用戶，依靠海量的使用者形成了巨大的“流量”，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的價值而后帶來更為直觀的經(jīng)濟(jì)價值。

當(dāng)前對于配電網(wǎng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化的展示方式和提供的常規(guī)的應(yīng)用，面向的對象仍是電力運(yùn)維人員，如何擴(kuò)展數(shù)據(jù)的使用者但是又不影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是智慧配電房數(shù)據(jù)應(yīng)用方案中要解決的問題。

（2）控制對象的局限性

當(dāng)前基于配電房在電力系統(tǒng)中承擔(dān)的角色特點(diǎn)，其可控制的對象較為局限，甚至沒有需要控制的對象，配電房更多的是作為配電設(shè)備和數(shù)據(jù)采集的物理載體。當(dāng)前隨著建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，配電房的用途不再是輸出分配電能，還要承擔(dān)接收電能的任務(wù)，智慧配電房方案中期望配電房是具有區(qū)域內(nèi)自主思考能力的可實(shí)施控制能力的載體，在滿足一定硬件基礎(chǔ)的原則下，這樣的能力通過靈活部署不同的應(yīng)用完成，從而解決當(dāng)前配電房控制的局限性。

2.2 智慧配電房數(shù)據(jù)應(yīng)用說明

針對當(dāng)前普遍的對于配電房智能化研究的特點(diǎn)，并進(jìn)一步解決上述2.1節(jié)中提出的兩個局限性，本文從提高數(shù)據(jù)應(yīng)用程度的方向提出了一種智慧配電房數(shù)據(jù)應(yīng)用的建設(shè)方案。智慧配電房充分發(fā)揮其終端的作用，可以更加感知用戶的用電習(xí)慣，成為為用戶提供高級服務(wù)的一個載體與平臺，這些高級的服務(wù)可以讓用戶發(fā)現(xiàn)自身用電的問題，指導(dǎo)用電習(xí)慣，節(jié)約用電成本，并提高配電房的控制能力[11]。智慧配電房服務(wù)的對象不再局限于電力線兩端的電網(wǎng)公司和電力用戶，可擴(kuò)展到電力設(shè)備制造商及更為高級的電力大數(shù)據(jù)服務(wù)商。

隨著互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和存儲技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸與存儲，物物之間的互聯(lián)已經(jīng)不是遏制高級應(yīng)用發(fā)展的瓶頸，泛在物聯(lián)在電力行業(yè)已開始落地[12-13]，思考如何更為有效地發(fā)揮配電房的終端效應(yīng)，賦予配電房成為具有高級服務(wù)功能的載體和平臺是提高數(shù)據(jù)應(yīng)用的目標(biāo)。

從數(shù)據(jù)應(yīng)用的角度，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。圖中，總體結(jié)構(gòu)由下而上分為3 層，最下層定義為“數(shù)據(jù)采集/狀態(tài)采集/控制”，主要完成配電房內(nèi)各運(yùn)行數(shù)據(jù)采集（交流采樣，直流采樣等）、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（室內(nèi)各柜體內(nèi)的設(shè)備等運(yùn)行狀態(tài)采集）、環(huán)境運(yùn)行數(shù)據(jù)（溫濕度，電磁環(huán)境等）、配電房內(nèi)其他狀態(tài)（門禁狀態(tài)、水浸狀態(tài)等）。進(jìn)一步該層根據(jù)需要可以延伸出配電房，將采集終端部署到配電柜和關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)。該層采集完成的數(shù)據(jù)通過4G、5G 等無線或有線網(wǎng)絡(luò)上送到“數(shù)據(jù)應(yīng)用”層，同時該層設(shè)備接收來自“數(shù)據(jù)應(yīng)用”層的控制信號，完成就地的協(xié)同控制；中間層為“數(shù)據(jù)應(yīng)用”層，是系統(tǒng)的大腦也是提高數(shù)據(jù)應(yīng)用的主要體現(xiàn)，對最下層采集等裝置上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程可根據(jù)電網(wǎng)安全運(yùn)行需要對轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全過濾，一來可以為大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供支持，二來也保證了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與數(shù)據(jù)保密性，同時該層以較為獨(dú)立的模塊化方式部署各種服務(wù)應(yīng)用程序，可根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用深度的不同，將應(yīng)用分為基礎(chǔ)應(yīng)用和高級應(yīng)用兩類，兩類應(yīng)用的部署可根據(jù)安全需要從硬件和軟件層面隔離，進(jìn)步保證數(shù)據(jù)應(yīng)用的安全性與獨(dú)立性。其中基礎(chǔ)應(yīng)用和高級應(yīng)用示例如表1～2所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure diagram of the system

表1 基礎(chǔ)應(yīng)用說明Tab.1 Basic application description

以表2 中描述的“設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評估”和“區(qū)域協(xié)調(diào)應(yīng)用”兩個模塊為例，其中“設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評估”模塊是典型的將電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)衍生應(yīng)用的方式，該應(yīng)用將電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的面向?qū)ο髷U(kuò)展到電力設(shè)備的生產(chǎn)廠家，有利于設(shè)備生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能存在的隱性問題，并可為電力系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備招標(biāo)提供較為客觀的產(chǎn)品可靠性評估依據(jù)?！皡^(qū)域協(xié)調(diào)應(yīng)用”模塊靈活解決當(dāng)前電力應(yīng)用環(huán)境逐步從單向用電模式到雙向用電模式帶來的不確定性，不同區(qū)域內(nèi)的電力設(shè)施可就近完成互助邏輯的檢測與運(yùn)行，在正常電力調(diào)度或是故障恢復(fù)中發(fā)揮“邊緣”效應(yīng)，快速地完成相應(yīng)的控制操作。

表2 高級應(yīng)用說明Tab.2 Advanced application description

該層在高級應(yīng)用中可根據(jù)不同的需要部署相應(yīng)的應(yīng)用，從而服務(wù)于不同的客戶。將海量的配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)不再局限于電力系統(tǒng)的內(nèi)部，期望衍生出更多的使用價值和經(jīng)濟(jì)價值。

系統(tǒng)中最上層為“人機(jī)交互”層，提供基于App 與網(wǎng)頁端的人機(jī)交互界面，并提供有各類實(shí)時的消息通知功能，同時對不同等級的告警等信息進(jìn)行管理。系統(tǒng)可根據(jù)不同的使用對象，推送不同的數(shù)據(jù)信息，從而將細(xì)分后的使用對象場景真正落地。

3 結(jié)束語

配電房作為終端電力設(shè)備，其作用被忽視，隨著當(dāng)前通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的采集效率和傳輸效率大大提高，吸取當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用快速發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，通過提供不同數(shù)據(jù)應(yīng)用，進(jìn)一步挖掘不同數(shù)據(jù)的使用者，并針對當(dāng)前新型電力系統(tǒng)建設(shè)的特點(diǎn)，通過靈活部署的應(yīng)用提高了配電房參與控制的能力。通過軟件的思路拓展配網(wǎng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用方向，并提高配電房參與電力運(yùn)行控制的能力。希望借助本文提出的想法，一來提升配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，二來充分發(fā)揮配電房的終端效應(yīng)，使其成為連接供電公司與用戶的紐帶，成為為各類用戶提供高級應(yīng)用與服務(wù)的載體與平臺。