國網(wǎng)拉薩市達(dá)孜區(qū)供電公司 張 宇

1 配電網(wǎng)絡(luò)智能分析技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)獲取

基于智能化技術(shù)在某10kV 配電網(wǎng)中的應(yīng)用，配置統(tǒng)一的接口、設(shè)置統(tǒng)一且標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，可以滿足配電網(wǎng)運(yùn)行過程中多源動態(tài)數(shù)據(jù)的獲取和分析，其中包括配電網(wǎng)實(shí)時數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)等。多源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)間的融合，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)中多維度數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的交互。數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的傳輸主要使用XML 格式結(jié)構(gòu)，利用Unicode 編碼，使用Java 程序編輯，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建[1]。

系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)包括服務(wù)器、配電多元系統(tǒng)、配電數(shù)據(jù)文件、歷史數(shù)據(jù)庫、多源數(shù)據(jù)系統(tǒng)、采集裝置、傳輸裝置等。在前端通過安裝傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時獲取電網(wǎng)狀態(tài)信息，如電流、電壓、功率等參數(shù)，以便實(shí)時獲取配電系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)。例如，配電網(wǎng)利用前端傳感器裝置將多源數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)之中，進(jìn)行電流、電壓、功率、溫度等相關(guān)指標(biāo)的可視化展示，具體數(shù)據(jù)提取結(jié)果見表1。

表1 采集裝置數(shù)據(jù)參數(shù)獲取

由表1可知，安裝在配電網(wǎng)絡(luò)線路及變壓器上的傳感器裝置可以實(shí)時獲取配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時觀察配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，從而判斷配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行是否處于標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。由于配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行處于動態(tài)狀態(tài)中，每間隔2min 獲取一次配電網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時監(jiān)控。

1.2 數(shù)據(jù)分析

本系統(tǒng)具備自動分析功能，可以根據(jù)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息判斷是否存在故障因素，是否超出預(yù)設(shè)閾值，判斷配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行電能質(zhì)量、能源輸送穩(wěn)定性等。配電網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量較大，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)判斷配電網(wǎng)絡(luò)是否正常運(yùn)行需要強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，故使用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)中心，使用統(tǒng)計(jì)、分類、聚變、規(guī)則算法建立標(biāo)準(zhǔn)化的配電網(wǎng)特征，可以分析配電網(wǎng)絡(luò)中是否存在饋線、跳閘、功率變化等問題，進(jìn)行實(shí)際特征數(shù)據(jù)與閾值數(shù)據(jù)之間的匹配，識別故障信息。如利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行某電力企業(yè)配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的研判，提取2022年年底1個月內(nèi)的配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)預(yù)測結(jié)果，具體狀態(tài)研判結(jié)果見表2。

表2 配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)研判結(jié)果（部分）

利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的研判，可以實(shí)時了解系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行配電網(wǎng)特征的提取和分析。但由于按照預(yù)設(shè)規(guī)則數(shù)據(jù)分析，存在研判系統(tǒng)判斷錯誤的情況。根據(jù)表2中的結(jié)果顯示，配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)研判結(jié)果準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上，具有良好的應(yīng)用性。

1.3 系統(tǒng)構(gòu)建

可將智能配電網(wǎng)工程桌面、移動應(yīng)用桌面、監(jiān)控子系統(tǒng)應(yīng)用到配電網(wǎng)的智能管理之中，進(jìn)行配電網(wǎng)運(yùn)行的綜合管理和實(shí)時監(jiān)控。配電網(wǎng)監(jiān)控應(yīng)用設(shè)置單獨(dú)的子模塊，數(shù)據(jù)使用多元交互方式，各個子系統(tǒng)采用“軟總線掛載”的方式接入系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)鏈接的統(tǒng)一性、規(guī)范性。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)監(jiān)控等多項(xiàng)業(yè)務(wù)的融合[2]。智能軟件系統(tǒng)應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行模塊化的拆解，提高配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)各功能模塊之間的耦合性，且監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)維護(hù)等業(yè)務(wù)模塊處于獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)?？蛻舳顺绦蜷_發(fā)主要使用WPE 編程技術(shù)，結(jié)合專項(xiàng)SDK 技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能對接。

2 配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

2.1 硬件配置

配電網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用動態(tài)規(guī)則算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)線路優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)系統(tǒng)，硬件配置系統(tǒng)其中包括饋線終端電源模塊、控制模塊、通信模塊、系統(tǒng)調(diào)用模塊等。系統(tǒng)調(diào)用模塊設(shè)定了驅(qū)動器，具體參數(shù)見表3。

表3 硬件驅(qū)動器參數(shù)表

內(nèi)置監(jiān)測電路，工作頻率為20ms，利用發(fā)光二極管顯示智能配電網(wǎng)絡(luò)中各個線路的電壓、電流等相關(guān)參數(shù)的實(shí)際狀態(tài)。如果調(diào)用電壓顯示為異常狀態(tài)，會顯示紅色，如果配電網(wǎng)絡(luò)線路正常，則不反應(yīng)。具體監(jiān)測電路參數(shù)見表4。

表4 檢測電路參數(shù)表

饋線終端單元主要用于遠(yuǎn)程監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，內(nèi)置嵌入式操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)過濾使用ARM 芯片，并按照任務(wù)等級、任務(wù)情況等進(jìn)行約束和分級管理。配電網(wǎng)絡(luò)線路中的信息使用DSP 芯片進(jìn)行采集，在反饋過程中處于保密狀態(tài)。控制模塊使用單片機(jī)完成任務(wù)指令的發(fā)送和反饋，在電壓、電流全部通過零電路后，電容差產(chǎn)生，根據(jù)編程語言進(jìn)行指令的發(fā)送。單片機(jī)使用金屬膜電阻，可以延長零件在電流通過狀態(tài)下的使用壽命。通信模塊主要負(fù)責(zé)任務(wù)發(fā)送、確認(rèn)、響應(yīng)，系統(tǒng)鏈路層中的信息會從啟動站發(fā)送到從動站之中，且數(shù)據(jù)語言中存在否定確認(rèn)原語，負(fù)責(zé)信息的反饋。如無應(yīng)答則再一次發(fā)送請求，如應(yīng)答則翻譯原語報文。

2.2 軟件配置

利用動態(tài)規(guī)則算法進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)的智能化設(shè)計(jì)，智能系統(tǒng)可利用目標(biāo)函數(shù)約束配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行條件，起到降低損耗、均衡電容的作用。同時，動態(tài)規(guī)則算法會根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)類型進(jìn)行分割、重構(gòu)，選擇最佳組合，確定最終方案，從而降低配電網(wǎng)絡(luò)智能服務(wù)中的功率損耗。配電網(wǎng)絡(luò)智能處理期間，會根據(jù)軟件算法過濾和重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈路，初始化系統(tǒng)開關(guān)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)鏈路分組，根據(jù)分組計(jì)算網(wǎng)絡(luò)鏈路的實(shí)際狀態(tài)，配電損耗是影響鏈路狀態(tài)的主要因素，計(jì)算配電損耗的公式如下所示：

θ=V1（X0,A）+P1o

上述公式中θ 表示配電網(wǎng)絡(luò)鏈路的實(shí)際狀態(tài)，P1o表示局部區(qū)域的損耗情況，V1（X0,A）表示最優(yōu)函數(shù)。基于上述公式建立目標(biāo)函數(shù)，檢索最佳的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的最優(yōu)化。最終配電網(wǎng)絡(luò)決策方案計(jì)算公式如下：

Y=max[Fn（X）×F（a）]

公式中Y 表示優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)，F(xiàn)n（X）表示第n 階段的開關(guān)量。配電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)線路優(yōu)化過程中，會根據(jù)階段性狀態(tài)確定最佳的組合方式，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)線路的標(biāo)記、增益、優(yōu)化，最終輸出最佳的配電網(wǎng)絡(luò)[3]。

3 配電網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)

3.1 配電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

利用傳感器和監(jiān)測設(shè)備，通過遠(yuǎn)程遙感技術(shù)收集電網(wǎng)的實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、功率、溫度等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以提供對電網(wǎng)運(yùn)行情況的實(shí)時了解，并用于后續(xù)分析和決策。通過遠(yuǎn)程遙感技術(shù)，運(yùn)行人員可以遠(yuǎn)程控制配電網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，如開關(guān)、變壓器、容量器等?？梢赃h(yuǎn)程打開或關(guān)閉設(shè)備，調(diào)整電源輸出或分配，以滿足實(shí)際需求并優(yōu)化能源使用。

此外，遠(yuǎn)程遙感技術(shù)可以收集大量的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行深入分析，并應(yīng)用智能算法進(jìn)行優(yōu)化，在此過程中通過對數(shù)據(jù)的分析和處理，可以優(yōu)化電力供需平衡，提高能源利用效率并降低成本。

配電網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙感監(jiān)控主要利用物聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備的遙控與監(jiān)控，可以遠(yuǎn)程開關(guān)、調(diào)整電氣設(shè)備狀態(tài)，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行。遠(yuǎn)程遙感監(jiān)控除使用智能管理系統(tǒng)之外，也需要在配電網(wǎng)絡(luò)前端配置智能設(shè)備及智能元件。

在配電網(wǎng)絡(luò)前端配置相應(yīng)的智能元件后，建立綜合監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，其中包括監(jiān)控主站、代理服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸終端、監(jiān)控終端。控制系統(tǒng)內(nèi)主站主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互，代理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸終端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)配電網(wǎng)絡(luò)前端設(shè)備數(shù)字量和模擬量的采集。

3.2 配電網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制

在遠(yuǎn)程控制方面，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以云平臺為基礎(chǔ)，運(yùn)行在一個中央服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心上。配電網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)測設(shè)備與云平臺建立遠(yuǎn)程通信連接，通過網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸給云平臺。云平臺接收并處理來自配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時數(shù)據(jù)。通過應(yīng)用數(shù)據(jù)分析和智能算法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，識別異常情況、預(yù)測負(fù)荷需求，并生成相應(yīng)的控制策略?；跀?shù)據(jù)分析結(jié)果，云平臺生成相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制指令。這些指令可以通過云平臺與配電網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)程設(shè)備下發(fā)給目標(biāo)設(shè)備。受到遠(yuǎn)程控制指令的影響，配電網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的操作。

3.3 配電網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維

配電網(wǎng)絡(luò)智能化運(yùn)行主要基于無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從單機(jī)向服務(wù)器的傳輸，該類數(shù)據(jù)會輸送到專家診斷系統(tǒng)之中，借助專家診斷系統(tǒng)的算法，完成配電網(wǎng)絡(luò)的故障診斷和故障處理。配電網(wǎng)絡(luò)智能專家診斷系統(tǒng)核心是診斷數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫之中包含很多與配電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域相關(guān)的專家知識，為配電網(wǎng)絡(luò)非專家提供相應(yīng)的幫助，并借助算法自動解決非硬件問題。專家診斷系統(tǒng)利用以往人員診斷經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備動作邏輯、保護(hù)動作開關(guān)等，將預(yù)警信息作為主要根據(jù)，進(jìn)行知識推理，最終完成故障診斷過程和自動維護(hù)過程[4]。

故障診斷會就配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)動作邏輯等，選擇使用直觀的模塊規(guī)則，同時支持相關(guān)人員利用算法進(jìn)行規(guī)則修正，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)故障診斷過程與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)之間的兼容性。

配電網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)維借助智能專家系統(tǒng)，構(gòu)建了四個維度的專家知識庫。

一是結(jié)構(gòu)功能知識，該部分主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)分塊化診斷，即建立故障樹進(jìn)行故障診斷。

二是專家知識，專家知識負(fù)責(zé)配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)的判斷，依據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行規(guī)則，進(jìn)行規(guī)則庫構(gòu)建，該模塊功能的實(shí)現(xiàn)主要借助故障樹分析。

三是過程性指數(shù)庫，該庫主要以函數(shù)和子程序完成配電網(wǎng)絡(luò)過程推理。

四是基本診斷單元，包括采樣數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，根據(jù)數(shù)據(jù)完成具體的故障診斷。

在故障維護(hù)方面，系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來檢測和識別異常情況。當(dāng)系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)中的異常行為或潛在故障時，會發(fā)出預(yù)警信號或報警信息，并通知相關(guān)人員進(jìn)行相應(yīng)處理。

同時，智能系統(tǒng)會利用歷史數(shù)據(jù)、故障統(tǒng)計(jì)和先進(jìn)的預(yù)測算法，預(yù)測設(shè)備故障的可能性和時間窗口。這使維護(hù)人員可以提前采取預(yù)防措施，減少計(jì)劃外停電和維修時間。在遠(yuǎn)程維護(hù)上，通過使用自動化技術(shù)和遠(yuǎn)程遙控功能，例如遠(yuǎn)程開關(guān)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等，減少人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備的自動化運(yùn)維和遠(yuǎn)程控制，從而提高運(yùn)維效率。