“互聯網+”在電力智能配網運維系統中的應用與開發①

高中強, 袁燕嶺, 陳 寧(國網冀北電力有限公司 唐山供電公司, 唐山 063000)(西安工程大學 計算機科學學院, 西安 70048)

“互聯網+”在電力智能配網運維系統中的應用與開發①

高中強1, 袁燕嶺1, 陳 寧21(國網冀北電力有限公司 唐山供電公司, 唐山 063000)2(西安工程大學 計算機科學學院, 西安 710048)

為了克服配網建設中的地理分布的無序性, 信息互聯互通中的信息孤島, 給用戶提供更加便捷、方便的服務, 詳細闡述了基于“互聯網+”技術的智能配網系統的運維架構和應用. 通過“互聯網+”技術對傳統產業配網系統的改造和升級, 可以為配網運維優化、運行精細分析、運維效率提升提供有力的支撐能力, 提高了配網的可靠性和經濟性, 實現了最優的商業價值和社會價值.

GIS; “互聯網+”; 智能配網; APP; 可靠性; 信息孤島

1 引言

近年來, 隨著中國城鎮化、工業化和信息化的發展, 城市人口急劇增加, 城市生活用電和工業用電負荷不斷攀升, 造成了配網的負荷密度越來越大, 配網的供電半徑越來越小. 按照供電安全性的要求, 在城市生活用電和工業用電負荷密集區, 僅僅在城市外圍建設變電站等配電網絡, 難以滿足城市居民和企業的用電需求[1]. 因此, 在城市中心密集區建設符合城市規劃要求和高標準環保要求的配電設施, 是緩解日益嚴重的用電緊張問題, 確保居民和企業正常工作和生活用電關鍵的措施之一. 因此, 配網的建設常常為了遷就城市的發展, 而處于無序建設過程中. 大部分地區的配網建設還停留在頭疼醫頭, 腳疼醫腳的層次, 哪里變壓器過載了, 哪里線路卡口了建設哪里, 沒有一個統一的長遠的網架和接線規劃, 沒有統一的建設思路. 造成了配網系統中, 用戶是地理上分散的, 配電系統被迫分離為多個孤島, 多個孤島之間功能相似,但管理系統難以交流, 信息不可共享, 很難及時追蹤電網的運行狀態, 按照當前的配網的狀態來對系統進行優化, 在保證可靠性的同時提高配網系統的經濟性.配電網絡要在運維中提高經濟效益, 必須優化配網系統的網絡結構, 防止因配網系統中的突發事件導致巨大的經濟損失. 近年來, 全國很多地方的供電企業相繼開展了這方面的研究, 力圖采用信息技術, 將信息的快速采集和綜合處理、云計算技術等高科技技術用于配網, 提高供電可靠性和經濟性[2,3].

國務院2015年7月初印發了《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》, 提出了11項行動, “互聯網+”智慧能源是其中內容之一. “互聯網+”是指通過互聯網技術對傳統行業進行互聯網化升級和改造, 將傳統生產方式互聯網化. 就是, 以互聯網為主的一整套信息技術(包括移動互聯網、云計算、大數據技術等)在經濟、社會生活各部門的擴散、應用過程[4]. “互聯網+”智慧能源行動主要體現在: 推進能源生產智能化; 建設分布式能源網絡; 探索能源消費新模式; 發展基于電網的通信設施和新型業務. 因此, 本文采用“互聯網+”技術升級和改造傳統的配網系統, 利用“互聯網+”的互聯互通改造配網的信息孤島, 利用“互聯網+”的信息空間虛擬網絡、云計算技術和物理空間實體網絡的相互協調, 屏蔽了配網系統地理分布上的無序性,利用“互聯網+”的大數據技術實現配網系統的多層調度和精準控制, 對電力能源的使用進行實時控制和監測, 提升負荷預測能力, 保證高效穩定的電力能源供給平衡, 實現最優的商業價值和社會價值[5,6].

2 “互聯網+”配網

2.1 “互聯網+”

“互聯網+”的本質是傳統產業的在線化、數據化.只有“在線”才能形成“活的”數據, 隨時被調用和挖掘.而配網系統是典型的傳統產業. 因此, 為了采用“互聯網+”升級改造配網系統, 需要分三個步驟進行: 首先是信息基礎設施的形成, 建立以遙測、遙控、遙調、等為基礎的自動化系統, 主要完成各種信號的現場采集、事件記錄、計量抄表等, 能將這些數據經電力數據通信網送往監控中心; 二是對數據資源的松綁. 當前配網系統廠家用戶數量繁多, 如何在一個平臺上一個標準展現所有廠家用戶的狀態信息是目前最迫切的需求; 三是基于前兩方面而引發的實時管理和決策.配網中的信息孤島, 信息傳遞緩慢而零散, 決策人員往往數小時后才能從設備狀態數據中看到電力需求的變化. 在調度過程中, 配網系統需要以“猜” 的方式進行生產和調度. 信息的失真和滯后, 導致調度的準確率和效率非常的低[7,8].

“互聯網＋”的基礎設施, 可以概括為“感知層、網絡層、云存儲, 應用層”四部分. “云存儲”是指云計算、大數據基礎設施. 生產率的進一步提升、商業模式的創新有賴于對數據的利用能力. “網絡層”建設在原有的“互聯網”基礎之上, 然后結合“物聯網”領域的最新成果, 網絡帶寬和承載能力不斷得到提高, 持續挖掘出“網絡層”的新增價值. “應用層”則是信息的展示和決策平臺(用戶直接接觸的個人電腦、移動設備、可穿戴設備等). “感知層”則是配網的終端, 包括了信息的獲取和采集等, 如圖1所示.

圖1 “互聯網＋”配網系統

(1) 感知層主要實現對物理世界的智能感知識別、信息采集處理和自動控制. 在配網系統中, 感知層主要通過各種傳感器、遠程終端, 智能采集設備等技術手段, 實現對智能配網各個應用環節的有關電量、電壓、峰值、機械狀態、環境狀態等信息的采集.

(2) 網絡層主要實現采集信息的傳遞、路由和控制.當前, 配網系統的信息匯聚、傳遞與控制主要依托電力通信網實現, 在一些不具備條件的地區或某些特殊條件下也可以借助WIFI網絡或者公眾電信網, 采用系統的安全協議體系實現數據的安全、可靠傳輸, 滿足配網對數據安全、傳輸可靠性及實時性的嚴格要求.

(3) 云計算層的基本模式是: 將在地理上分布的、異構的存儲資源通過高速網絡連接起來, 形成高性能的云存儲環境; 將計算節點和存儲節點之間的關系由靜態的緊耦合關系變為動態的松耦合關系, 實現了計算和存儲在物理上、邏輯上兩個層次的分離. 在云存儲環境內, 數據可以互換, 信息可以交流, 知識可以公用, 計算與存儲能力之間可以靈活調度、分配和聚合, 共同完成所要求的科學計算和數據處理任務.

(4) 應用層包括應用基礎設施/中間件和各種應用.應用基礎設施/中間件為配網系統應用提供基礎服務設施及資源調用接口, 以此為基礎實現配網系統的各種通用應用, 例如信息處理、計算等.

2.2 “互聯網+”配網

配網系統的各個設備通過各種傳感器聯網形成感知層, 通過網絡層的信息匯聚、傳遞與控制, 將數據存儲在云存儲系統中, 形成了一個巨大的分布式的智能型網絡. 而地理信息系統(GIS), 讓用戶能夠可視化數據, 分析和解釋數據, 以了解數據內在的關系, 模式和趨勢. 管理人員可以在一個統一的軟件平臺中完成所有工作, 工作過程簡單、可靠. GIS提供了強大的建模工具, 使業務管理人員快捷、規范、精確地完成建模、距離測量等所有工作. 同時, 通過GIS, 規劃設計人員可以在一體化的環境下完成需要規劃設計工作,為各級領導的決策分析提供服務, 實現對云數據的直觀的管理和維護[9].

① 三維可視化管理, 提前預判故障原因, 結合運行經驗預判故障點, 準備檢修工具.

② 配網故障的精確定位, 對配網故障的因果關系和影響范圍進行更合理的分析.

③ 無縫集成已有業務系統, 避免重復建設.

3 系統結構設計

系統采用四層架構“互聯網+”配網+GIS方式, 如圖2所示.

最底層是感知層, 它提供配網的基礎服務, 支撐上層云存儲和GIS服務, 一般為各種傳感器, 完成電流電壓計費等信息的遙測和遙控.

中間層是網絡層, 它主要為配網設備和各種應用服務器提供安全的互聯互通服務.

上層為云存儲層, 這一層采用云計算平臺, 基于公共信息模型(CIM)結合系統業務邏輯的特性, 完成配網數據的格式轉換和標準化工作, 建設合適的整體解決方案. 例如, 擬測量相電壓Uab. 遠動終端把采集到的Uab值存儲到寄存器R1中, 遠方主機通過寄存器R1的地址, 讀取Uab的值. 由于不同CPU存儲器的長度、結構、存儲格式不一樣, 這使得采取不同CPU的遠動終端相互不能兼容. 因此, 對配網系統來說, 公共信息模型就是電力系統的元數據模式, 用來構建具體實用的配網信息數據模型, 同時電力信息系統中CIM模型也是IEC 61970 協議整體框架的基礎, 用來描述電力系統所有對象邏輯結構和關系. 特別是在配網系統中, 它為各個應用系統提供與平臺無關的統一的電力系統邏輯與屬性描述[10].

圖2 “互聯網＋”配網+GIS系統

最上層是GIS層. 可為用戶提供從空間數據庫管理、組件開發、移動應用、桌面應用到網絡數據、數據發布共享的全系列服務.

整個體系采用統一的標準規范, 在每一層的構筑中考慮系統的安全性與可維護性, 安全控制體系貫穿整個四層體系, 保障系統的安全性和可靠性.

4 “互聯網+”配網+GIS的應用

本系統案例應用于國網唐山供電公司.

塔桿上的配電線路故障指示器設備(感知層)通過采集信息, 將設備故障信息通過Internet(網絡層)傳送到云存儲服務器, 云存儲服務器端接收桿塔設備傳遞過來的信息, 轉換為公共信息模型規定的標準格式,提供給GIS服務器, 通過直觀的地圖模式呈現出來. 然后服務器后臺服務程序發送相關故障信息數據給移動終端APP, 維修人員查閱移動終端的APP故障信息,根據故障信息去實地塔桿進行維修工作.

移動終端APP實現的主要功能如圖3所示.

登錄移動終端APP后將顯示“線路選擇”界面, 如圖4(a)所示. 包含供電局、供電所、線路. 其中, 供電局、供電所、線路都是依次包含關系. 選擇需要查看的線路后, 單擊右上角確定按鈕進入客戶端主頁, 如圖4(b)所示. 點擊桿塔名稱將彈出基礎檢測負荷電流、接地基準、對地絕緣、溫度四個指標的按所選日期的變化情況運行統計分析, 如圖4(c)所示.

點擊“故障”選項, 可跳轉至故障界面, 如圖5(a)所示包括查詢故障點位置、地圖模式、搶修功能. 查詢到故障桿塔位置后, 可分別使用“自駕”、“步行”、“公交”方式進行線路導航, 如圖5(b)所示. 點擊“搶修”按鈕后, 可錄入搶修信息并提交現場圖片, 如圖5(c)所示.

通過實際使用, 本系統在配網系統發生故障時,能在最快的時間內發現故障, 縮小停電范圍; 能協助運維人員分析故障原因, 快速查找和排除故障, 盡量縮短停電時間. 本系統已經在全國十多個省市山西、四川、河南、河北等地得到推廣[11].

圖5 故障定位APP

5 結論

“互聯網+”是迄今為止人類所看到的信息處理成本最低的基礎設施. 開放、平等、透明的互聯網使得工業社會成為了信息社會, 使得信息/數據被壓抑的巨大潛力爆發出來, 轉化成巨大生產力, 成為社會財富增長的新源泉. 基于“互聯網+”的智能配網系統將GIS技術、云存儲技術、信息采集技術、移動數據存儲技術、無線傳輸技術等信息技術進行集成, 克服了配網建設中地理分布的無序性, 信息互聯互通中的信息孤島. 隨著“互聯網+”的不斷發展和應用, 智能配網系統會不斷的健全和完善. 從而提高了用電可靠性, 實現電網統一管理的理念, 并提高用戶滿意度及新社會形態下的供電能力.

1 王揚,于建成,吳凡,韓強.全球能源互聯網背景下基于地理信息的用電數據分析與可視化.電力信息與通信技術,2016, 14(3):49–54.

2 張盛杰,何冰,王立富,龔良濤.烏克蘭停電事件對全球能源互聯網安全的啟示.電力信息與通信技術,2016,14(3):77–83.

3 高志遠,嚴春華,郭昆亞,等.智能電網與智慧城市業務互動研究.電力系統保護與控制,2016,44(2):65–73.

4 劉世成,韓笑,王繼業,張東霞,朱朝陽,鄧春宇,王曉蓉.“互聯網＋”行動對電力工業的影響研究.電力信息與通信技術, 2016,14(4):27–34.

5 王琦,劉曙元,沈毅,彭丹.基于構件的電力生產管理軟件標準化.計算機系統應用,2012,21(2):260–265,228.

6 羅慶,吳良良,壽挺,朱鐵銘,黃民翔.基于CIM的電網規劃管理決策輔助系統.電力系統保護與控制,2016,44(4):111–117.

7 鄭浩泉,劉士進,閆訓超.電力生產管理系統業務支撐平臺.計算機系統應用,2014,23(2):227–229,234.

8 施泉生,陸亞南.基于圖論的配電網孤島連通性判別.中國電力,2016,49(6):141–145.

9 劉家軍,劉夢娜,安源.基于GIS的網絡化接觸網檢修掛接地線信息管理系統的設計與實現.電力系統保護與控制, 2016,44(7):134–139.

10 周伊琳,孫建偉,黃縉華,等.基于IEC61970標準的電力系統保護模型擴展方案研究與應用.電力系統保護與控制, 2013,41(14):120–125.

11 千江(上海)信息科技有限公司, http://www.eauxtech.com/.

Development and Application of “Internet+” on Operation and Maintenance in Intelligent Power Distribution System

GAO Zhong-Qiang1, YUAN Yan-Ling1, CHEN Ning21(Tangshan Power Supply Company, State Grid North Hebei Electric Power Co. Ltd., Tangshan 063000, China)2(College of Computer Science, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China)

In order to overcome the disorder of the geographical distribution in the construction of power distribution system and islands of information in information interconnection, and provide users with more convenient service, an architecture and application of operation and maintenance in intelligent power distribution system based on the“Internet+” technology is discussed in this paper. The transformation and upgrading of traditional industry of power distribution system on the basis of “Internet+” technology provide great support for optimization of operation and maintenance in power distribution system, fine analysis for operation of power distribution system, and improvement of efficiency in operation and maintenance. Therefore it can improve the reliability and economy of power distribution system and achieve the optimal commercial and social value.

GIS; “Internet+”; intelligent power distribution system; APP; reliability; information islands

2016-07-21;收到修改稿時間:2016-09-05

10.15888/j.cnki.csa.005713