面向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化運(yùn)維管控平臺(tái)研究*

吳建國(guó)，徐銘，廖清陽(yáng)，饒贇，李海清，蔡澤祥

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴安供電局,貴州 貴安 550025；2.廣州穗華能源科技有限公司,廣東 廣州 510630；3.華南理工大學(xué)電力學(xué)院,廣東 廣州 510599)

配網(wǎng)系統(tǒng)作為直接服務(wù)廣大電力用戶(hù)的重要載體,其管控業(yè)務(wù)水平的高低,直接反映出供電人員的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量,關(guān)系著供電企業(yè)的運(yùn)維水平和社會(huì)形象。深化配網(wǎng)系統(tǒng)管控治理,既要保證客戶(hù)合理訴求,促進(jìn)電力企業(yè)健康持續(xù)發(fā)展；又能維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、助力經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要[1-3]。近年來(lái),電力企業(yè)陸續(xù)地研發(fā)了生產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)控自動(dòng)化平臺(tái)、配網(wǎng)信息化平臺(tái)、95598 客服系統(tǒng)、營(yíng)銷(xiāo)管控平臺(tái)、GIS監(jiān)測(cè)平臺(tái)、用電信息采集平臺(tái)等,為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)全過(guò)程管控提供數(shù)據(jù)支撐。多地省市公司結(jié)合已有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)初步建設(shè)了配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)監(jiān)管平臺(tái),來(lái)監(jiān)控配網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況,通過(guò)分析目前很多平臺(tái)的運(yùn)行效果,發(fā)現(xiàn)大多平臺(tái)缺乏對(duì)配電網(wǎng)業(yè)務(wù)流程的管控及分析決策功能[4]。而目前配網(wǎng)在制定規(guī)劃、運(yùn)檢、客戶(hù)管理等解決方案時(shí),依托各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)導(dǎo)出大量數(shù)據(jù),著重依靠專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行決策,部門(mén)間協(xié)調(diào)較差的弊端一定程度上又降低了決策效率[5-6]。隨著配網(wǎng)規(guī)模增加和運(yùn)行方式的復(fù)雜化,工作難度將逐年遞增,且在配網(wǎng)運(yùn)行中涉及了許多業(yè)務(wù),需要多部門(mén)間的密切協(xié)作,才能達(dá)到預(yù)期設(shè)定的效果,然而目前尚沒(méi)有一種高效的管控手段來(lái)協(xié)調(diào)相關(guān)工作。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與配網(wǎng)系統(tǒng)不斷融合,其信息處理技術(shù)為解決配網(wǎng)運(yùn)維分析決策和輔助服務(wù)等工作提供了契機(jī)。電力部門(mén)聯(lián)合部分機(jī)構(gòu)和設(shè)備廠家開(kāi)展了管控平臺(tái)的應(yīng)用研究,文獻(xiàn)[7]詳細(xì)分析了能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前景,對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),充分分析了能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)及燃?xì)庀到y(tǒng)間的融合問(wèn)題。文獻(xiàn)[8]詳細(xì)探討了能源互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)營(yíng)中所面臨的問(wèn)題,列舉出能源互聯(lián)網(wǎng)的六大核心應(yīng)用技術(shù),并論述了各項(xiàng)核心技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題。文獻(xiàn)[9]從基礎(chǔ)架構(gòu)的角度分析能源和信息間基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展規(guī)律,定性闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念和特征,結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究成果,詳細(xì)分析了能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。文獻(xiàn)[10]詳細(xì)論述了電網(wǎng)信息融合-物理分析-電網(wǎng)控制-模型形式化等綜合應(yīng)用技術(shù)。文獻(xiàn)[11]在現(xiàn)有的能源互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,結(jié)合軟件技術(shù)能源路由的辦法,實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)集中式管理。而以往在配電網(wǎng)運(yùn)維數(shù)據(jù)研究方面,偏向于系統(tǒng)停電分析[12]、故障分析[13-14]、優(yōu)化調(diào)度[15]、應(yīng)急檢修[16-17]等方面的挖掘分析,側(cè)重于單專(zhuān)業(yè)的深入挖掘。能源互聯(lián)網(wǎng)的深化應(yīng)用,將會(huì)促進(jìn)配網(wǎng)運(yùn)維專(zhuān)業(yè)在數(shù)據(jù)運(yùn)用方面探索應(yīng)用方法,促進(jìn)數(shù)字技術(shù)、協(xié)同調(diào)度、應(yīng)急預(yù)警、負(fù)荷優(yōu)化預(yù)測(cè)等方面的綜合開(kāi)發(fā)[18-19]。

綜上所述,本文立足配網(wǎng)運(yùn)維管控的業(yè)務(wù)定位和應(yīng)用需求,以配網(wǎng)精益化服務(wù)為目標(biāo),并結(jié)合配網(wǎng)信息化技術(shù)現(xiàn)有基礎(chǔ),提出面向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)的研究方案,對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)智能配網(wǎng)運(yùn)維平臺(tái)的功能架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、業(yè)務(wù)拓展等方面進(jìn)行了深入探討,并在此基礎(chǔ)上對(duì)配網(wǎng)管控平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)改進(jìn),有助于提高配網(wǎng)運(yùn)檢管控水平。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)模式

1.1 總體架構(gòu)

能源互聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)包含物聯(lián)網(wǎng)體系下的端-網(wǎng)-云-用四分層結(jié)構(gòu),其核心內(nèi)容有狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)傳輸、服務(wù)集群、功能開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)展示和安全保障等。其中,霧計(jì)算、邊緣分析等物理算法為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供更加高效的服務(wù)響應(yīng)[10,20]。在網(wǎng)絡(luò)終端層面,平臺(tái)可對(duì)終端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在網(wǎng)絡(luò)傳輸層面,平臺(tái)作為接收各類(lèi)終端設(shè)備數(shù)據(jù)的主要載體,綜合了有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)和衛(wèi)星通信等多種通訊方式。

系統(tǒng)平臺(tái)層主要分為數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)等層次。其主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的接入管理、數(shù)據(jù)建模和分域存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)。平臺(tái)提供用戶(hù)權(quán)限、業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)安全、信息業(yè)務(wù)及任務(wù)分配調(diào)度等基礎(chǔ)管理功能；提供二維/三維地圖搜索、BIM 模型引擎、數(shù)據(jù)強(qiáng)化、深度學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等高級(jí)服務(wù)功能[21-22]；提供數(shù)據(jù)分析、監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)、消費(fèi)、客服、管理六位一體的服務(wù)功能。

系統(tǒng)應(yīng)用層主要結(jié)合PC 端、移動(dòng)端和大屏顯示系統(tǒng)等設(shè)備,為政府部門(mén)、消費(fèi)者、運(yùn)營(yíng)商、產(chǎn)品服務(wù)者提供業(yè)務(wù)應(yīng)用展示系統(tǒng)。平臺(tái)系統(tǒng)可為政府相關(guān)部門(mén)開(kāi)展區(qū)域能源生產(chǎn)平衡調(diào)度提供支撐,支持轄區(qū)內(nèi)開(kāi)展能源優(yōu)化和節(jié)能減排項(xiàng)目；支持能源運(yùn)營(yíng)部門(mén)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、分析決策等功能；支持能源消費(fèi)者參與能源互動(dòng)和享受能源增值等服務(wù)。各能源參與方借助平臺(tái)及時(shí)了解能源走勢(shì)和市場(chǎng)信息,精準(zhǔn)跟蹤市場(chǎng)需求。通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái),實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、消費(fèi)平衡調(diào)度和能源多方互補(bǔ),提高能源企業(yè)效率,促進(jìn)客戶(hù)多樣化消費(fèi)選擇,提高能源的利用水平。總體架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)

1.2 功能分區(qū)

能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在設(shè)計(jì)功能上包含了數(shù)據(jù)采集和分析、能源維護(hù)、能源消費(fèi)、客戶(hù)服務(wù)、管理中心功能。數(shù)據(jù)采集和分析模塊主要執(zhí)行數(shù)據(jù)在線(xiàn)采集、接入和存儲(chǔ)、分析決策等功能；能源維護(hù)模塊主要執(zhí)行能源的全景監(jiān)測(cè)、能源狀態(tài)可視化服務(wù)、環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控,對(duì)異常情況的感知預(yù)警及智能化維護(hù)等功能；消費(fèi)模塊主要執(zhí)行能源需求響應(yīng)和能源結(jié)算等功能；客戶(hù)服務(wù)模塊主要為客戶(hù)提供在線(xiàn)咨詢(xún)、投訴管理、人工服務(wù)等功能；管理中心模塊主要執(zhí)行項(xiàng)目管理、客戶(hù)維護(hù)、合同管理等功能。此外,平臺(tái)增設(shè)了系統(tǒng)管理、組態(tài)工具欄和物聯(lián)支撐等基礎(chǔ)模塊。其具體功能模式見(jiàn)圖2。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)功能模式

1.3 技術(shù)架構(gòu)

能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的技術(shù)層主要為:設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層等。為保障平臺(tái)運(yùn)行的穩(wěn)定性,平臺(tái)執(zhí)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一監(jiān)控、日志組件統(tǒng)一管理、安全策略統(tǒng)一規(guī)劃。另外,為了保證平臺(tái)的開(kāi)放性,平臺(tái)支持開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)接入等服務(wù),確保第三方數(shù)據(jù)自由接入,其技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

2 配電網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)的功能定位

2.1 總體布局

配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)是以配網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)模型、操作模型為基礎(chǔ),綜合調(diào)控專(zhuān)業(yè)、營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)業(yè)等相關(guān)數(shù)業(yè)務(wù)管控水平,可為貫通營(yíng)配業(yè)務(wù)提供有力支撐。據(jù)采集信息,實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)設(shè)備在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的全景觀測(cè)、供電隱患多維度預(yù)判、業(yè)務(wù)處理回溯分析和技改成效在線(xiàn)評(píng)估等功能,極大提高配網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的管控水平和運(yùn)維人員的檢修效率。

2.2 功能定位

從設(shè)計(jì)的功能上分析,配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)應(yīng)具備業(yè)務(wù)流程一鍵下發(fā)、評(píng)價(jià)指標(biāo)多維度分析和信息綜合展示等功能,其發(fā)揮的作用如下:

(1)支撐營(yíng)配信息業(yè)務(wù)貫通功能

平臺(tái)開(kāi)發(fā)的核心要素是以配網(wǎng)運(yùn)檢的業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向,疏通總部-省-市直至縣公司的配網(wǎng)業(yè)務(wù)流程,打通營(yíng)配業(yè)務(wù)橫向協(xié)同壁壘,達(dá)到縱向＋橫向的

(2)支持配網(wǎng)綜合信息展示和運(yùn)行監(jiān)控功能

運(yùn)維管控平臺(tái)應(yīng)能全面地展示配網(wǎng)規(guī)模的相關(guān)概況、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),準(zhǔn)確反映出線(xiàn)路/變壓器所供負(fù)荷情況,對(duì)系統(tǒng)低電壓、設(shè)備故障跳閘和停電檢修等事件進(jìn)行研判處理,并能逐層聚焦、方便各級(jí)管理人員準(zhǔn)確地掌握配網(wǎng)資源,及時(shí)了解當(dāng)前配網(wǎng)的運(yùn)行水平。

(3)提升配網(wǎng)運(yùn)檢業(yè)務(wù)管控能力

運(yùn)維管控平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化搶修、配電自動(dòng)化、設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、不停電作業(yè)等配網(wǎng)運(yùn)檢核心業(yè)務(wù)的過(guò)程管控、指標(biāo)評(píng)價(jià)、成效分析,通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)督辦流程實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)管理,實(shí)現(xiàn)總部-省-地市-縣的閉環(huán)業(yè)務(wù)管控。

2.3 功能架構(gòu)

配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)的功能架構(gòu)可分為運(yùn)行監(jiān)控和信息綜合、運(yùn)檢管控專(zhuān)項(xiàng)業(yè)務(wù)2 大類(lèi),見(jiàn)圖4。

圖4 運(yùn)維管控平臺(tái)業(yè)務(wù)分類(lèi)

3 面向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化運(yùn)維管控平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的層級(jí)構(gòu)成

運(yùn)維管控平臺(tái)對(duì)促進(jìn)配網(wǎng)智能化運(yùn)維管理工作發(fā)揮著重要作用?？傮w來(lái)說(shuō),智能化運(yùn)維管控平臺(tái)主要涵蓋了三個(gè)層級(jí):設(shè)備層級(jí)、子系統(tǒng)層級(jí)及總系統(tǒng)層級(jí)[23]。

3.1.1 設(shè)備層級(jí)

設(shè)備層級(jí)作為智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的基礎(chǔ)層,囊括了配網(wǎng)中的各類(lèi)設(shè)備,主要包括配電線(xiàn)路、變壓器、計(jì)量終端等。設(shè)備層級(jí)可憑借數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì),根據(jù)配網(wǎng)實(shí)際需求,合理協(xié)調(diào)配網(wǎng)各項(xiàng)業(yè)務(wù),保證配網(wǎng)正常運(yùn)行。

3.1.2 子系統(tǒng)層級(jí)

子系統(tǒng)層級(jí)作為智能化配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)的重要組成部分。其定位角色為系統(tǒng)中各級(jí)變電站。下級(jí)配電系統(tǒng)向子系統(tǒng)傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),接收到數(shù)據(jù)后,子系統(tǒng)層級(jí)會(huì)對(duì)接收的各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,并基于自身運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)管控,完善自身性能。同時(shí),子系統(tǒng)層級(jí)還會(huì)對(duì)關(guān)聯(lián)設(shè)備發(fā)出決策信息,以此保障決策的正確性。

3.1.3 總系統(tǒng)級(jí)

在智能化配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)中,總系統(tǒng)級(jí)所屬層級(jí)和擁有的控制權(quán)最高。智能化系統(tǒng)所有信息會(huì)在總系統(tǒng)級(jí)中進(jìn)行綜合評(píng)估處理,數(shù)據(jù)解析完畢后總系統(tǒng)級(jí)提出最終決策,運(yùn)維人員將以最終決策為指導(dǎo)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

3.2 智能化管控平臺(tái)中能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 能源互聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)終端數(shù)據(jù)接入技術(shù)

基于互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)支持異構(gòu)終端數(shù)據(jù)導(dǎo)入技術(shù)[24],以物聯(lián)網(wǎng)信息模型、通信規(guī)約、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化的“四統(tǒng)一”原則,實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、設(shè)備開(kāi)關(guān)量動(dòng)作、溫濕度控制、電能質(zhì)量評(píng)估等不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的傳感器統(tǒng)一接入[25]。同時(shí)利用IEC61850 通信架構(gòu),實(shí)現(xiàn)控制室和站內(nèi)設(shè)備間的遠(yuǎn)程控制；支撐103、104 通信規(guī)約,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)通信、專(zhuān)網(wǎng)、代理網(wǎng)絡(luò)及公司內(nèi)網(wǎng)的綜合組網(wǎng)。該技術(shù)可解決配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備多樣性引起的裝置采集和接入標(biāo)準(zhǔn)的分散化問(wèn)題,有效避免系統(tǒng)底層通信協(xié)議的差異性。

3.2.2 畫(huà)像技術(shù)

畫(huà)像技術(shù)作為整合客戶(hù)諸多訴求和平臺(tái)導(dǎo)向的有效工具[26],利用配網(wǎng)大數(shù)據(jù)組建客戶(hù)精準(zhǔn)畫(huà)像算法架構(gòu)。以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ),綜合各類(lèi)用戶(hù)信息,利用聚類(lèi)算法和機(jī)器智能學(xué)習(xí)模型,開(kāi)展用戶(hù)能源數(shù)據(jù)特性研究,促進(jìn)用戶(hù)特征數(shù)字化。另外,運(yùn)用多維度標(biāo)簽整合技術(shù),對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)的34 大類(lèi)和218 小類(lèi)的客戶(hù)標(biāo)簽進(jìn)行整合,構(gòu)建出系統(tǒng)“標(biāo)簽云”,并建立立體客戶(hù)畫(huà)像,保證平臺(tái)全方位地展示客戶(hù)的行為特征,為不同類(lèi)型客戶(hù)提供量身化、差異化的用能服務(wù)方案,從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)智能化。

通常,客戶(hù)畫(huà)像應(yīng)用可分三步:(1)獲取客戶(hù)信息,包括:檔案數(shù)據(jù)、用電情況等信息。(2)提煉客戶(hù)信息獲取特征標(biāo)簽,并建立客戶(hù)標(biāo)簽庫(kù)。(3)利用聚類(lèi)算法和機(jī)器學(xué)習(xí)模型開(kāi)展標(biāo)簽聚類(lèi)分析,對(duì)不同類(lèi)型客戶(hù)的消費(fèi)行為進(jìn)行畫(huà)像,輔助配網(wǎng)系統(tǒng)定位客戶(hù)需求和制定差異化服務(wù)方案。

3.2.3 基于容器化的云平臺(tái)技術(shù)

容器化的云平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用主要以最小容器作為調(diào)度單元,通過(guò)對(duì)各單個(gè)容器的統(tǒng)籌編排,可將第三方應(yīng)用包編譯處理,實(shí)現(xiàn)各容器間的隔離運(yùn)行。而在對(duì)外數(shù)據(jù)訪問(wèn)方面,利用負(fù)載均衡器進(jìn)行指令控制,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)訪問(wèn)請(qǐng)求的權(quán)限驗(yàn)證[27]。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。開(kāi)展容器化云平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用,主要用來(lái)解決系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行過(guò)程緩慢、資源利用低下、鏡像存儲(chǔ)所需內(nèi)存較大、運(yùn)行實(shí)例遷移及調(diào)整耗時(shí)較長(zhǎng)等問(wèn)題。

圖5 容器化結(jié)構(gòu)

3.2.4 支持多傳輸協(xié)議的組件發(fā)布方法

在調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)的技術(shù)領(lǐng)域中,平臺(tái)支持多種技術(shù)協(xié)議。利用組件發(fā)布和容器化技術(shù),采用不同傳輸協(xié)議的服務(wù)方式對(duì)平臺(tái)簡(jiǎn)單組件進(jìn)行發(fā)布,并將組件部分和相關(guān)傳輸協(xié)議隔離,保證二者的獨(dú)立性。平臺(tái)支持的多傳輸協(xié)議組件發(fā)布的步驟見(jiàn)圖6,具體過(guò)程如下:(1)合格組件存儲(chǔ)。將檢驗(yàn)合格的組件包和配置文件分別存儲(chǔ)于容器端的組件目錄和協(xié)議配置目錄之下。(2)解壓容器子線(xiàn)程。將容器子線(xiàn)程的解壓包所需的第三方包存儲(chǔ)于同級(jí)目錄下的標(biāo)簽信息庫(kù)文件之下。(3)添加文件路徑。在配置文件中依次添加組件名稱(chēng)、相關(guān)用戶(hù)名以及文件調(diào)用路徑等信息。(4)實(shí)例更新。更新實(shí)例線(xiàn)程,并按照協(xié)議生成新的服務(wù)實(shí)例添加到容器中[28]。通過(guò)上述操作,能實(shí)現(xiàn)組件和傳輸協(xié)議的有效分離,降低二者耦合性,提高擴(kuò)展組件利用程度,簡(jiǎn)化運(yùn)維人員的操作流程。

圖6 組件發(fā)布步驟

3.3 配電網(wǎng)運(yùn)行分析平臺(tái)的開(kāi)發(fā)模式

運(yùn)維平臺(tái)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式是集軟硬件開(kāi)發(fā)于一體的模式。硬件平臺(tái)系統(tǒng)將結(jié)合變電站的內(nèi)部服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、調(diào)度通訊設(shè)備、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等綜合集成,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行分析功能,硬件平臺(tái)系統(tǒng)見(jiàn)圖7。

圖7 硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)

運(yùn)維平臺(tái)軟件系統(tǒng)包含4 個(gè)層面:分別為業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層及數(shù)據(jù)底層。數(shù)據(jù)底層為各類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供相匹配的數(shù)據(jù)接口,以取得系統(tǒng)需要數(shù)據(jù),促進(jìn)數(shù)據(jù)提取-清洗-融合-緩存-挖掘分析綜合化,從而建立新的數(shù)據(jù)庫(kù)用于應(yīng)用層開(kāi)發(fā)利用。運(yùn)維管控平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)模式見(jiàn)圖8。

圖8 軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)

4 能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)的應(yīng)用

面向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)維管控平臺(tái)可利用移動(dòng)終端裝置充分延伸管控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,一是促進(jìn)數(shù)據(jù)來(lái)源途徑擴(kuò)大化；二是為變電站設(shè)備巡視提供便利。運(yùn)維人員通過(guò)利用手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備完成變電站設(shè)備巡檢和設(shè)備缺陷等信息錄入管控平臺(tái),并可在線(xiàn)下查閱相關(guān)信息,并通過(guò)工作站及大屏等顯示終端反映設(shè)備的運(yùn)行工況。而用戶(hù)可通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備方便地查詢(xún)變電站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4.1 測(cè)試服務(wù)器

面向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化運(yùn)維管控平臺(tái)可結(jié)合變電站內(nèi)的工作站,完成變電站的遠(yuǎn)程巡視系統(tǒng)和機(jī)器人巡檢裝置等系統(tǒng)的對(duì)接,將處理后的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳至智能化管控平臺(tái)。同時(shí)本級(jí)工作站作為智能化運(yùn)維管控平臺(tái)在變電站業(yè)務(wù)集成控制的延伸,通過(guò)本級(jí)工作站可調(diào)用集中管控平臺(tái)的人機(jī)界面,可進(jìn)行相關(guān)運(yùn)維報(bào)表編制與查詢(xún)、設(shè)備缺陷分析及交接班管控等操作。管控平臺(tái)的測(cè)試架構(gòu)見(jiàn)圖9。

圖9 測(cè)試系統(tǒng)

平臺(tái)測(cè)試所需的服務(wù)器主要包括:兩臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、兩臺(tái)設(shè)備監(jiān)控服務(wù)器、兩臺(tái)應(yīng)用管理服務(wù)器及兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。工作站主要包括:維護(hù)工作站和監(jiān)控工作站。維護(hù)工作站可根據(jù)需要配置,數(shù)據(jù)服務(wù)器和新建變電站的工作站進(jìn)行通信獲取站內(nèi)的設(shè)備信息,結(jié)合保信系統(tǒng)(即繼電保護(hù)故障信息處理系統(tǒng))讀取模型、圖形及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。設(shè)備監(jiān)控服務(wù)器主要用于配網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理處及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等業(yè)務(wù)。管理服務(wù)器主要用于設(shè)備管理和維護(hù)等業(yè)務(wù),其所需安裝的功能模塊主要是巡檢設(shè)備、缺陷管理、交接班管理和大屏幕顯示等。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要安裝Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù),用于為站內(nèi)的設(shè)備模型、數(shù)據(jù)采樣、設(shè)備告警、報(bào)表管理等數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)。

4.2 測(cè)試業(yè)務(wù)

4.2.1 運(yùn)行工況在線(xiàn)評(píng)估及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

考慮站內(nèi)的運(yùn)行設(shè)備既與當(dāng)前運(yùn)行工況有關(guān),還與其歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)有關(guān)。因此,應(yīng)綜合評(píng)估在線(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行工況、歷史信息、缺陷記錄、巡檢信息等數(shù)據(jù)信息,建立綜合數(shù)據(jù)的設(shè)備運(yùn)行評(píng)價(jià)模型,包括在線(xiàn)分析和離線(xiàn)分析模型。其中,在線(xiàn)分析模型主要用于分析設(shè)備運(yùn)行偏差和預(yù)警；離線(xiàn)分析模型主要用于存儲(chǔ)設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)、家族性問(wèn)題和歷史運(yùn)行工況數(shù)據(jù)。運(yùn)行工況的技術(shù)評(píng)估路線(xiàn)見(jiàn)圖10。

圖10 運(yùn)行工況在線(xiàn)評(píng)估

由圖10 可知,對(duì)設(shè)備工況的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判,結(jié)合概率分布理論,對(duì)運(yùn)行設(shè)備的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后,計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)設(shè)備運(yùn)行工況下聚類(lèi)中心和帶有置信度的邊界條件,并結(jié)合時(shí)間維度法評(píng)估運(yùn)行設(shè)備近期監(jiān)測(cè)的連續(xù)數(shù)據(jù),以獲得運(yùn)行設(shè)備匹配的時(shí)序曲線(xiàn),用于指導(dǎo)運(yùn)行設(shè)備未來(lái)時(shí)間段的預(yù)測(cè)工況。

4.2.2 電力線(xiàn)路故障辨識(shí)

利用能源互聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái),可對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行故障識(shí)別及定位分析。通過(guò)對(duì)線(xiàn)路所處的相關(guān)外部環(huán)境數(shù)據(jù)及錄波信息特征的辨識(shí),平臺(tái)系統(tǒng)可診斷出復(fù)雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)規(guī)律信息,構(gòu)建出線(xiàn)路故障辨識(shí)模型。當(dāng)電力線(xiàn)路再次發(fā)生故障時(shí),平臺(tái)故障識(shí)別模塊可在線(xiàn)識(shí)別線(xiàn)路發(fā)生山火、凝冰、鳥(niǎo)害、外力破壞、雷擊等引起的各類(lèi)故障,其平臺(tái)在線(xiàn)識(shí)別模塊見(jiàn)圖11。

圖11 故障在線(xiàn)辨識(shí)

如圖11 可知,能源互聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)對(duì)于線(xiàn)路故障辨識(shí)所用的算法如下:

(1)利用支持向量機(jī)的辨識(shí)算法,將收集的線(xiàn)路歷史故障數(shù)據(jù)和相應(yīng)的故障原因進(jìn)行辨識(shí),結(jié)合小波分析模型提取時(shí)域-頻域的故障數(shù)據(jù)特征,構(gòu)建出小波分析模型和故障原因間的隱含聯(lián)系。以此為基礎(chǔ),通過(guò)支持向量機(jī)算法學(xué)習(xí)訓(xùn)練出故障辨識(shí)數(shù)據(jù)并給出故障分析結(jié)果。然而,支持向量機(jī)模型歸類(lèi)于淺層學(xué)習(xí)模型[29],對(duì)小樣本數(shù)據(jù)處理具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于系統(tǒng)較復(fù)雜、數(shù)據(jù)樣本繁多的故障類(lèi)型而言,支持向量機(jī)模型應(yīng)用顯露出不足。

(2)對(duì)于系統(tǒng)較復(fù)雜、故障數(shù)據(jù)繁多的故障類(lèi)型,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)算法,可針對(duì)線(xiàn)路歷史數(shù)據(jù)(含氣象、環(huán)境和電氣量等特征)進(jìn)行挖掘分析,找出線(xiàn)路故障原因和特征量。以此為基礎(chǔ),結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí),并針對(duì)線(xiàn)路不同故障原因構(gòu)建出對(duì)應(yīng)的辨識(shí)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法適用于數(shù)據(jù)樣本龐大、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的深層訓(xùn)練模型,應(yīng)用于中后期中心數(shù)據(jù)庫(kù)的訓(xùn)練分析。

線(xiàn)路故障辨識(shí)模塊輔助功能可為調(diào)控人員處理相關(guān)線(xiàn)路事故提供有效支撐。并對(duì)加快恢復(fù)線(xiàn)路供電、指導(dǎo)人員巡線(xiàn)具有積極意義。

4.2.3 繼電保護(hù)在線(xiàn)分析

利用能源互聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái),結(jié)合專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)和隨機(jī)森林算法對(duì)保護(hù)的動(dòng)作行為進(jìn)行在線(xiàn)分析。當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作后,結(jié)合平臺(tái)的保護(hù)模塊對(duì)保護(hù)行為進(jìn)行在線(xiàn)推理,其推理結(jié)果和保護(hù)裝置傳回的動(dòng)作報(bào)文、錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,以此對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為正確性進(jìn)行評(píng)價(jià),其技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)圖12。

圖12 保護(hù)動(dòng)作在線(xiàn)診斷

如圖12 可知,基于故障原理、保護(hù)配置及動(dòng)作時(shí)序等邏輯關(guān)系,并結(jié)合專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)的保護(hù)行為診斷出保護(hù)解決方案。當(dāng)設(shè)備故障時(shí),通過(guò)對(duì)故障錄波裝置上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),驗(yàn)證平臺(tái)的保護(hù)模塊推演出的保護(hù)和斷路器動(dòng)作行為,并給出相應(yīng)的解決方案。

繼電保護(hù)在線(xiàn)診斷技術(shù)可提高運(yùn)維人員的檢修效率,提升設(shè)備智能化程度。

4.2.4 配電業(yè)務(wù)流程可視化

互聯(lián)網(wǎng)的智能化管控平臺(tái)直接與95598 系統(tǒng)相連接,平臺(tái)結(jié)合系統(tǒng)下達(dá)的計(jì)劃停電、故障停電或臨時(shí)停電信息、報(bào)修客戶(hù)信息、地理位置,結(jié)合掌上型電腦(personal digital assistant,PDA)、車(chē)輛、搶修人員所在位置信息,綜合搶修人員任務(wù)情況進(jìn)行綜合研判,并給出優(yōu)化調(diào)度結(jié)果,從而節(jié)省運(yùn)行人員處理時(shí)間,提升運(yùn)維人員的搶修效率。在事故搶修中,平臺(tái)可借助PDA 拍照等功能收集客戶(hù)表計(jì)信息,實(shí)現(xiàn)與營(yíng)銷(xiāo)客戶(hù)表計(jì)資產(chǎn)的聯(lián)動(dòng)。在搶修完成后,管控平臺(tái)將對(duì)用戶(hù)申請(qǐng)的95598 工單開(kāi)展智能分析,綜合投訴次數(shù)、超時(shí)程度及到場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)率等數(shù)據(jù),對(duì)服務(wù)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)分析,提高搶修服務(wù)質(zhì)量和水平。

基于互聯(lián)網(wǎng)的智能化管控平臺(tái),發(fā)布優(yōu)化搶修單,為運(yùn)維人員提供參考。另外,綜合系統(tǒng)電壓、變壓器負(fù)載率、系統(tǒng)三相不平衡功率等運(yùn)行數(shù)據(jù),在初步篩選用電信息后,管控平臺(tái)會(huì)進(jìn)一步開(kāi)展多維度分段分析,精確梳理低壓臺(tái)區(qū),為相關(guān)部門(mén)提供輔助決策,平臺(tái)可視化流程見(jiàn)圖13。

圖13 業(yè)務(wù)流程可視化

5 結(jié)論

為提高運(yùn)維單位的服務(wù)質(zhì)量,結(jié)合市場(chǎng)需求,本文以“互聯(lián)網(wǎng)＋智慧能源”為契機(jī),提出面向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能配網(wǎng)管控平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)理念,通過(guò)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)終端接入、客戶(hù)畫(huà)像、容器化平臺(tái)、多傳輸協(xié)議的組件發(fā)布等核心技術(shù),對(duì)配網(wǎng)管控平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì):(1)在軟件架構(gòu)方面,將管控平臺(tái)進(jìn)行功能分區(qū),從而提高軟件開(kāi)發(fā)、信息發(fā)布、運(yùn)行效率方面的靈活性和穩(wěn)定性。(2)在平臺(tái)管理功能開(kāi)發(fā)方面,對(duì)設(shè)備終端管理、用戶(hù)管理、權(quán)限管理及資產(chǎn)管理等方面采用集中化處理,滿(mǎn)足大量終端設(shè)備接入的需求。(3)在平臺(tái)移動(dòng)應(yīng)用方面,采取設(shè)備監(jiān)控和運(yùn)維業(yè)務(wù)相結(jié)合,促進(jìn)運(yùn)維單位提質(zhì)增效。(4)在大數(shù)據(jù)分析和高級(jí)應(yīng)用方面,采取多算法互補(bǔ)、協(xié)調(diào)優(yōu)化的應(yīng)用模式,提高設(shè)備運(yùn)行效率,改善系統(tǒng)電能質(zhì)量。

綜合互聯(lián)網(wǎng)智能化配網(wǎng)管控平臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用效果,得出幾點(diǎn)收益:

(1)能源互聯(lián)網(wǎng)智能管控平臺(tái)的研究,促進(jìn)了配網(wǎng)多系統(tǒng)信息之間的融合,對(duì)配網(wǎng)存在的薄弱環(huán)節(jié)直接進(jìn)行可視化操作和分析,提升配網(wǎng)維護(hù)管控水平。

(2)能源互聯(lián)網(wǎng)智能管控平臺(tái)的研究,促進(jìn)配網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)展過(guò)程在全監(jiān)控下進(jìn)行,提高資源優(yōu)化配置,有助于管控配網(wǎng)核心業(yè)務(wù)。

(3)能源互聯(lián)網(wǎng)智能管控平臺(tái)的研究,促進(jìn)營(yíng)-配-調(diào)數(shù)據(jù)參與集成,提高業(yè)務(wù)貫通水平。利用大數(shù)據(jù)技術(shù),配網(wǎng)運(yùn)維管控范圍可延伸閉環(huán)管控、系統(tǒng)設(shè)備全壽命管控等業(yè)務(wù),提高配網(wǎng)精益化管理、精益化服務(wù)水平。