基于大數(shù)據(jù)分析的主配網(wǎng)一體化故障檢測技術研究

國網(wǎng)寧波市北侖區(qū)供電公司 鄭雋杰 楊小芳 許曉峰

目前主配網(wǎng)一體化故障檢測技術尚未達到實用化水平，在數(shù)據(jù)質(zhì)量校驗的問題上缺乏規(guī)范、可行、高效的數(shù)據(jù)校驗機制，導致在GIS可用的圖形在DMS系統(tǒng)屢屢校驗失敗。目前開展的所有跨系統(tǒng)業(yè)務交互流程都存在因數(shù)據(jù)質(zhì)量不達標而導致的業(yè)務錯誤。而且目前只有在發(fā)生業(yè)務錯誤時才能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)缺陷，缺乏對各個系統(tǒng)間全數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量進行整體可視化的衡量和評估的技術手段[1]。主要體現(xiàn)在：

系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的冗余性、可用性校驗：在缺乏面向整個系統(tǒng)全面數(shù)據(jù)資源規(guī)劃的情況下，各系統(tǒng)各自獨立設計開發(fā)而致大量的數(shù)據(jù)重復設置和維護，一方面造成大量資源浪費，另一方面是造成數(shù)據(jù)準確性不高、一致性差的主要原因，因此同一數(shù)據(jù)多個數(shù)據(jù)來源導致的不一致的情況的衡量標準需要研究；大數(shù)據(jù)系統(tǒng)匹配的有效性校驗：在多個系統(tǒng)交互所需的數(shù)據(jù)有效性與各系統(tǒng)單獨運轉所需數(shù)據(jù)的有效機制存在差異性；大數(shù)據(jù)系統(tǒng)多樣性的有效性校驗：配網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)智能化應用的發(fā)展空間將以指數(shù)型發(fā)展，眾多的智能應用對數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)服務的性能要求不一樣。

1 研究技術內(nèi)容分析

1.1 建設規(guī)劃

通過DMS與EMS系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)交互建立主配網(wǎng)一體化模型，完成變電站和配電線路相關智能設備的自動協(xié)調(diào)配合策略，以配網(wǎng)中性點接地設備、配網(wǎng)開關設備及故障檢測設備的全面智能化及協(xié)調(diào)控制為基礎，建立電網(wǎng)故障全景信息集成。

1.2 平臺設計思路

基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質(zhì)量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)基于Web的業(yè)務平臺提供了一整套全面且緊密集成的功能，融合當前主流的企業(yè)級應用集成平臺理念，是新一代面向服務的開放的企業(yè)系統(tǒng)集成和應用綜合平臺，能針對電力企業(yè)復雜多變的需求一致地創(chuàng)建和維護業(yè)務模型，并為個性化應用開發(fā)提供完備的基礎設施，自動或輔助應用系統(tǒng)的生成，最大程度提高應用系統(tǒng)的開發(fā)和實施效率。構建其上的電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質(zhì)量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)，將高度統(tǒng)一并具有很好的持續(xù)擴展能力，能在符合標準規(guī)范的前提下最大限度滿足各試點個性化需要[2]。

1.3 主要研究內(nèi)容

電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質(zhì)量的質(zhì)量標準化校驗技術研究。通過DMS與EMS系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)交互，完成變電站和配電線路相關智能設備的自動協(xié)調(diào)配合策略，以配網(wǎng)中性點接地設備、配網(wǎng)開關設備以及故障檢測設備的全面智能化及協(xié)調(diào)控制為基礎，建立電網(wǎng)故障全景信息集成；通過在電網(wǎng)單相接地故障期間調(diào)整消弧線圈的容量使饋線的零序電流變化，根據(jù)故障和非故障饋線零序電流間的比值特征而加以區(qū)別。根據(jù)理論計算與分析，推導出故障饋線與非故障饋線之間、非故障饋線相互之間的零序電流比值計算公式；通過數(shù)據(jù)庫的全庫掃描操作發(fā)現(xiàn)潛在的匹配規(guī)則，實現(xiàn)主配網(wǎng)信息的集成后的跨部門、跨系統(tǒng)、跨安全區(qū)的工作流程及信息共享。

模型分析研究。數(shù)據(jù)集成主要采用信息集成總線技術，采用國際通用的公共信息模型（CIM）為基礎，遵循IEC61970/61968的標準架構和接口方式，結合各系統(tǒng)間信息間的相互差異，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問標準，基于SOA架構進行系統(tǒng)間的應用和數(shù)據(jù)整合，以WebServices服務等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入和訪問[3]。

電網(wǎng)主配網(wǎng)故障一體化檢測自動分析、可視化、決策技術研究。電網(wǎng)主配網(wǎng)故障一體化平臺整合一切可以整合的信息資源，進一步優(yōu)化故障研判相關分析功能，展現(xiàn)設備臺賬信息，實現(xiàn)臺賬與現(xiàn)場的信息共享和流程貫通，實現(xiàn)對設備數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)設備、臺區(qū)設備、故障信息等業(yè)務數(shù)據(jù)進行雙向跨模塊查詢和流程追溯，通過全方位、多角度的查詢統(tǒng)計，完成對生產(chǎn)經(jīng)營業(yè)務及相關經(jīng)濟活動的真實性、合規(guī)性、效益性的檢查[4]。

2 系統(tǒng)結構和框架

基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質(zhì)量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)采用多層架構的設計思路，系統(tǒng)體系構架自上而下分為系統(tǒng)展現(xiàn)層、系統(tǒng)業(yè)務邏輯處理層、數(shù)據(jù)訪問層三個主要層次。

圖1 總體架構圖

系統(tǒng)展現(xiàn)層是整個系統(tǒng)與用戶進行交互的界面，主要采用JSP的方式進行展現(xiàn)。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質(zhì)量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)展現(xiàn)層是基于在Weblogic中間件基礎上，Weblogic的穩(wěn)定和安全確保了整個系統(tǒng)運行高效可靠運行。業(yè)務邏輯層是系統(tǒng)構架中最核心的部分，主要關注在業(yè)務規(guī)則的制定、業(yè)務流程的實現(xiàn)等與業(yè)務需求有關的系統(tǒng)設計。數(shù)據(jù)訪問層通過DAL對數(shù)據(jù)庫進行的SQL語句等操作?；陔娋W(wǎng)大數(shù)據(jù)質(zhì)量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲主要通過關系型數(shù)據(jù)庫為存儲基礎，采用數(shù)據(jù)倉庫的架構技術，具體如下：對象模型-數(shù)據(jù)訪問映射器-通過反射取到對象映射的表與字段的信息-生成持久化操作語句-調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層。

3 IEC 61968公共信息模型研究

3.1 概述

IEC 61968/61970公共信息模型核心類如下：

PowerSystemResource（電力系統(tǒng)資源）。IEC 61970通過Power System Resource類及其子類定義了電力網(wǎng)絡元素的功能。Power System Resource可以是一個設備對象如開關，也可以是一個設備容器如變電站，或是一個組織實體如公司或者子控制區(qū)；Asset（資產(chǎn)）。是電力企業(yè)設備的有形資源，包括電力系統(tǒng)設備、車輛、工具、機柜、建筑等，對于電氣等網(wǎng)絡設備，資產(chǎn)角色通過電力系統(tǒng)層次體系，主要在電線模型里定義（參閱對IEC61970-301和IEC61970電線包模型）。資產(chǎn)描述著重強調(diào)發(fā)揮資產(chǎn)角色的設備的物理特性；Document（文檔）。是一種分組收集到的信息，往往作為業(yè)務流程的一部分管理。經(jīng)常包含其他對象，如資產(chǎn)、人員和電力系統(tǒng)資源的引用。

Location（位置）。是某個地方、場景，或某人或某事在已經(jīng)過去、現(xiàn)在和/或在將來某個給定時間的某事。這可能是一個實際或規(guī)劃結構物的空間位置，或是結構物的空間定向點集（如變電站、結構物、建筑物、城鎮(zhèn)等），或是定義成點或多邊形的示意圖對象，或是地下或架空導線、或其他形式線性對象的路徑；Organisation（機構）。可作為如下角色：電力企業(yè)、承包商、供應商、制造商、客戶、稅務機關等。機構可能和機構內(nèi)的部門、母公司有父子關聯(lián)關系。組織可能是電力企業(yè)的內(nèi)部（如部門）或外部；ActivityRecord（活動記錄）。記錄一個實體在某個時間點的活動，活動可以是一個已發(fā)生的事件或是計劃好的活動。

3.2 資源、資產(chǎn)和Location以及活動記錄的關系研究

Location一般可以用來表達幾何坐標信息、位置信息，如安裝位置描述使用Location的category字段來區(qū)分。在配網(wǎng)全模型里，資源和Location、PositionPoint表達資源的坐標信息、資產(chǎn)和Location的關聯(lián)、Location的Name屬性或mainAddress屬性表示位置信息。參照當前的版本CIM模型（61970cim16v01_61968cim12v01）以及歷史版本，修改了基準版本里Location、Position-Point、CoordinateSystem的關聯(lián)關系：Location和PositionPoint的關聯(lián)1：n，Location和Coordinate-System的關聯(lián)改為n:1。資源和組織機構的關系表示資源的管理屬性，如運行單位、維護班組等。資產(chǎn)和組織機構的關系表示資產(chǎn)的資產(chǎn)單位、生產(chǎn)廠家、施工單位等信息。

3.3 資產(chǎn)屬性擴展通用方式研究

資產(chǎn)的運行管理屬性，通過與UserAttribute關聯(lián)，用UserAttribute類的name和value屬性來表示，從而以一種通用的方式實現(xiàn)了資產(chǎn)屬性的擴展，避免在擴展資產(chǎn)類屬性時添加很多私有屬性的處理。

拓撲模型。和公共信息模型一致，通過導電設備(Conducting Equipment)和端子(Terminal)的關聯(lián)表達，Conducting Equipment和Terminal的關系公共信息模型描述為1:n，其實應該是1:1～2，也就是說一個導電設備至少會有一個Terminal，最多也只有兩個Terminal；Terminal通過連接節(jié)點(Connectivity Node)無阻抗的與其他Terminal相連，但也可能不與任何連接節(jié)點相連；連接節(jié)點應該屬于某個設備容器。

3.4 饋線、分支線模型

對于饋線的定義和邊界范圍，以及如何正確運用CIM建模和建立饋線信息交換機制等問題始終沒有得到解決。尤其是在近期多次全國電力系統(tǒng)管理及其信息交換標委會的配網(wǎng)工作組會議和IEC 61968標準互操作實驗小組會議上也未形成信服的共識。配網(wǎng)全模型采用《基于CIM的饋線建模和應用》中的饋線概念，并使用Feeder類表示饋線、SubLine類表示分支線，兩者都從設備容器(Equipment Container)類派生。饋線、分支線模型有如下要點：

饋線和廠站的關系。包括饋線和變電站的關系，以及饋線和其他廠站的關系。正常情況下饋線只有一個起點變電站，但特殊情況下也會有終點變電站，用關系Belong to HV Substation表示；饋線與其他廠站如開關站、環(huán)網(wǎng)柜、配電室、箱式變的關系是多對多，用關系MVLV Belong to Feeder表示；饋線的出線開關描述。饋線的出線開關一般是指變電站供電母線下的第一個斷路器，用于和變電站自動化系統(tǒng)進行拓撲對接，用Control Switch關系表示。

饋線和配網(wǎng)站內(nèi)設備的關系。根據(jù)國網(wǎng)PMS模型的要求，站內(nèi)變壓器、站內(nèi)開關要有所屬主線屬性，實際情況下一個開關站或配電室里的設備可能是分別屬于兩條饋線的，所以在開關(Switch)和電力變壓器(Power Transformer)里增加了和饋線的關系，表示饋線和配網(wǎng)站內(nèi)設備的關系；饋線、分支線和電壓等級描述。饋線、分支線和電壓等級(VoltageLevel)關聯(lián)，描述饋線、分支線的電壓等級。

分支線的樹狀結構描述。建立分支線的自關聯(lián)關系，描述分支線的上級分支線和所有下屬分支線的關系；分支線和廠站的關系。分支線和廠站的關系有兩種含義，第一種含義是廠站是分支線的起點電站；另外一種含義是分支線可能包含了多個廠站。目前分支線和廠站的關聯(lián)關系只表達了第二種含義，第一種含義暫時在全模型里不表達。

4 功能介紹

基于電網(wǎng)大數(shù)據(jù)質(zhì)量標準化的主配網(wǎng)一體化故障檢測系統(tǒng)將根據(jù)各個異構系統(tǒng)EMS、DMS、OMS、GIS、PMS等信息數(shù)據(jù)的特點，結合配網(wǎng)業(yè)務的高級綜合應用，以IEB總線的方式，采用發(fā)布/訂閱、請求/應答等多種通信方式進行交互，實現(xiàn)對各項業(yè)務的智能查詢、智能分析等功能模塊。通過系統(tǒng)建設將大幅提高計算機輔助故障檢測的全面性，降低工作的技術門檻和操作難度，有效提高工作效率，提高公司信息化水平。

基礎數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集成主要采用信息集成總線技術，采用國際通用的公共信息模型（CIM）為基礎，結合各系統(tǒng)間信息之間的相互差異實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問標準，基于SOA架構進行系統(tǒng)間的應用和數(shù)據(jù)整合，以WebServices服務等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入和訪問；故障大數(shù)據(jù)分析。利用大數(shù)據(jù)、云計算等技術，綜合配電自動化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、搶修指揮平臺等配網(wǎng)支撐管理系統(tǒng)，解決目前配電網(wǎng)“盲調(diào)”、故障處理效率低、運行巡視管理薄弱、搶修工單故障點輔助判斷效率低等問題，全面提高配電網(wǎng)調(diào)度、運行、故障處理、搶修指揮等工作效率，提升精益化管理水平。

綜上，一體化化平臺采集電信息采集、智能公變監(jiān)測、配電自動化和智能總保等系統(tǒng)提供的設備運行狀態(tài)、異常告警、配網(wǎng)設備檔案等信息，實現(xiàn)故障、異常信息推送，結合配電網(wǎng)拓撲結構，輔助分析故障范圍和影響的用戶清單并以可視化方式展現(xiàn)，建立一套完整的運行監(jiān)測、分析、決策、控制的指揮機制，節(jié)約了管理人員的時間成本、人力成本。借助一體化化平臺實現(xiàn)電力設備信息在展示平臺中展示，并支持視圖的放大、縮小、漫游操作。在展示平臺中對設備模型、設備地理沿布圖、單線圖、系統(tǒng)圖、供電范圍圖、開關站圖的展示，節(jié)約了管理人員的時間成本、人力成本。