智能配電網電能質量監測與運行狀態管控典型場景輔助決策技術研究

國網福建省電力有限公司 吳敏輝 黃 杰

智能配電網電能質量監測與運行狀態管控典型場景輔助決策技術研究

國網福建省電力有限公司 吳敏輝 黃 杰

為了全面掌握配電網運行狀態，指導電網運行、建設與改造，對配電網運行的健康狀態評價進行深入研究，找出配電網運行中的薄弱環節，本文應用了電網運行狀態、評價及輔助決策的相關知識，就運行狀態綜合監測終端、構建管控模式、典型場景輔助決策關鍵技術進行了研究。

電能質量；運行狀態；監測；狀態管控；數據分析

1 研究背景

電力系統是我國經濟發展騰飛的必要保證，電力網的持續健康安全經濟運行可以為我國基礎產業的發展和高精尖科技產業的提升和加速提供源源不斷的動力。而在整個電力網里面，配電網的配電可靠性和供電質量將直接關系到電網的安全穩定和社會的正常秩序，能夠影響到人們的正常生活。配電網結構復雜，與用戶直接相關，擁有大量的供電設備和用戶用電設備。

配電網是電力系統的最后一個環節，其作用至關重要。它是實現電力公司優質供電，合理安全地將能源從輸電網接收進來然后通過變壓器和配電網絡傳輸給各種電力客戶的重要環節。由于配電網的重要性，它的建設和完善一直都是任何城市或者農村的管理工作重點，也是投資興建的熱點。城市發展越來越快，各種高樓大廈、工廠不斷興建，供電的用戶面也越來越大，也有越來越多的用戶需要對配電網的供電質量提出更高的要求，配電網絡的線路也越來越復雜，精密的供電設備越來越多，通訊交換方式越來越復雜，面對這樣龐大繁雜的大信息的交換和剖析、快速存儲和集成處理，必須加大對配電網的管理。

當前，智能電網已成為世界各國電力行業的研究熱點。根據我國電網實際情況，國網公司提出了“堅強智能電網"的概念?！皥詮娭悄茈娋W”以堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節，覆蓋所有電壓等級，實現“電力流、信息流、業務流"的高度一體化融合，是堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動的現代電網。

隨著智能電網建設的深入，傳統的電網運行管理模式已不適應現代電網建設的發展。早在2010年，國網公司兩會就提出了“三集五大”這一全新概念。其中“大運行”重點是在確保安全的基礎上，對現有電網調度和設備運行集控功能實施集約融合、統一管理，促進各級調度一體化運作，完善相應的工作制度、業務流程、標準體系和技術手段。在今后的“大運行”體系的構建中，優化原有電網運行模式，變革原有生產運行組織架構、創新管理方式、優化業務流程，對于實現企業管理由條塊分割向協同統一、分散粗放向集中精益方式的根本性轉變至關重要。

2 研究目的

為了有效利用企業積累的海量數據，實現信息系統由面向信息統計轉向輔助決策支持，本文以提升配電網精益化管理為出發點，以實現配電網電能質量監測和運行狀態的管控為目標，建立運行狀態管控，重點突破運行狀態綜合監測、閉環管控與輔助決策等關鍵技術，研究配電網運行狀態管控輔助決策支持系統、綜合監測終端等關鍵軟硬件，支撐配電網各業務環節閉環管控與協同發展，提升配電網電能質量精益化管理水平。

3 研究意義

從配電網運行狀態的綜合監測需求出發，提出實現配電網系統運行狀態、裝備狀態及環境信息的綜合監測技術方案，研究配電網運行狀態綜合監測裝置，形成綜合監測功能優化配置模式，為配電網運行狀態管控提供有效的技術支撐手段。

綜合運用配電網運行狀態管控，提出配電終端缺陷挖掘、配電自動化建設應用提升等方面的輔助決策分析方法，研究配電網運行狀態管控輔助決策支持系統，充分挖掘利用運行狀態綜合信息價值，為公司配電網精益化管理與閉環管控提供輔助決策支持手段。

4 研究內容

4.1 配電網運行狀態綜合監測終端研究內容

配電網運行狀態關鍵信息獲取的技術實現模式主要通過兩個手段進行獲取相應的配電網關鍵信息。

圖1 運監系統整體業務藍圖

通過webservice接口方式引入配網GIS地理信息系統中的變電站、饋電線、變壓器、開關、電線桿等設備的地理位置信息形成相應拓撲結構圖反映在本文研究的配電網狀態分析軟件平臺的輕量級圖形引擎上；通過webservice接口方式導入營銷系統把變電站、饋電線、變壓器、開關、電線桿等設備的電氣性能參數反映在拓撲結構圖的各個節點上；通過webservice接口方式導入配網負控系統和電能量采集系統中的的配電業務數據自動生成網絡負載分布情況。

通過在饋線線路中安裝綜合監測終端設備，用于監測采集饋線線路、饋線開關、環網柜、環境狀態等運行數據信息，并將綜合監測終端設備采集的運行數據信息通過GPRS通訊方式傳送至配電網狀態分析軟件平臺。

以上通過接口方式的導入及本文研究的綜合監測終端采集接收的數據，可以充分體現配網饋線的用電特性并自動生成網絡負載分布情況及潮流分布情況，潮流流向分布情況和負載分布數據將存儲在配電網狀態分析軟件平臺上作為分析的基礎數據。關鍵的數據包含如下：

4.1.1 開關的開合狀態

10kV線路上的斷路器、負荷開關、分段開關等故障識別、隔離和對非故障區間的恢復供電事件記錄數據。

4.1.2 配電變壓器運行工況

低壓側三相電壓、電流采樣值、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能、電壓、電流的最大值、最小值及其出現時間，供電中斷時間及恢復時間等事件記錄等數據。

4.1.3 開閉所（站）、戶外小型開閉所、環網柜、小型變電站、箱式變電站等處的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能量等數據。

4.1.4 饋線線路節點的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等信息。

4.1.5 環境狀態的監測數據。主要是采集當地的溫度、濕度、風速等數據。

4.2 配電網運行狀態管控典型場景輔助決策研究內容

配電網具有結構復雜、設備量大、運行管控手段弱等特點。通過監視設備的異常情況和采取的應對措施、實時統計二次設備及日常運維、監督管理重點工作開展情況以及在線跟蹤獲取配電網運行參數，并對配電網運行薄弱環節進行預警。通過平臺可以了解福建全省配電網的電網及設備運行狀態，統計匯總及分析電網隱患、設備缺陷，為公司配電自動化運行管控的建設應用提升輔助決策支持手段，從而實現專業管控。

4.2.1 實時在線監視分析

對配電網圖形、模型、采集數據的集中監管，實現全省配電網及設備運行情況的實時監視，對配網運行異常及故障實時告警。

4.2.2 大面積停電轉供電分析

目前配電自動化系統已經展開了變電站調控信息、公（專）變數據、故障指示器設備接入及故障研判等工作，綜合應用多元信息及配網拓撲，在大面積停電下的對重要用戶實現轉供電輔助分析，并提交執行方案，實現自動或人工快速恢復供電。

4.2.3 應急實時統計

在省級監視角度，發生大規模電網故障時，從防震減災、應急指揮等角度，可以實時了解災害現狀，進行穿透分析，給出當前電網偏離安全運行狀態的程度，實現9地市故障數量、失電負荷等的實時匯總統計。

4.2.4 調度監管

從數據質量、電網異常、運維缺陷、運行狀態等角度對配電主站進行深化分析，加強數據質量管控、管理規范化、運維精細化，保障電網安全運行。

4.2.5 風險評估

通過風險點分析以及災害情況統計應用，在線跟蹤獲取配電網運行參數，并對配電網運行薄弱環節進行預警。

5 運營監測系統的實現

運營監測系統初步實現國網公司運營的在線監測、在線計算、在線分析。在線監測主要是通過配電網運行狀態綜合監測終端的數據接入和已有系統的數據接入，結合預警規則和閾值、監測模型、歷史數據進行實時計算，高效、順暢地展示計算結果、預警信息，進行及時分析，其特點是數據量大、邏輯復雜、實時性強，滿足數據處理從“定期、低速、大量”到“實時、高速、海量”，業務監控從“事后、線下、結果”到“事中、線上、過程”的要求。

在線計算圍繞海量數據，結合歷史經驗和當前狀況，及時高效地形成相應的預警、決策指標信息進行展示，以便進行更深層次的監測、分析處理，從而實現事中的風險控制。

在線監測根據在線計算的結果和預警規則自動生成監測預警信息主動推送到監測桌面，并進行下一步的關聯監測分析和跟蹤，實現監測的自動化或半自動化處理。

在線分析基于在線計算和在線監測的結果或某項業務的監測需求，對實時數據、歷史數據運用分析模型、預測算法等進行挖掘分析，實現對業務活動的即時分析，業務發展的趨勢預測。

通過以上三個“在線”，有效支撐運監具體業務管控工作的開展，其整體業務藍圖如圖1所示：

通過三個“在線”基本實現了對總部、?。ㄊ校┘暗厥腥壷行牡娜粘１O測、分析和展示工作的支撐。結合各級運營監測（控）中心的管理定位和實際業務需要，以“試點建設，重點推廣”的方式，拓展、構建涉及關鍵業務和核心資源的多類分析模型，完善EVA及量本利、電網線損、電網輸變電工程造價、資產質量指數、服務渠道利用效率等涉及關鍵業務和核心資源的分析模型，建設以分析主題為核心的分析模型庫，實現分析業務需求模型的靈活配置、快速構建，支撐輔助運營分析和輔助決策，提升企業運營管理水平，初步實現運營分析業務的在線分析和輔助決策，提升企業運營分析水平。

6 創新點

6.1 建立覆蓋全省地、縣級配電網運行狀態管控平臺

通過融合服務器虛擬化技術，實現支撐配電網地調度狀態管控的高可靠性、高性能的基礎平臺，并研發了分布式終端采集通訊支持軟件、地縣一體化信息分區維護和分區監控軟件，實現地、縣之間的資源共享和一體化管理，全面掌握地、縣級配電網運行動態，高效、低成本的解決縣級配電網“盲調”問題。

6.2 形成地市配電系統智能化數據考核機制

采用分布式系統架構，實現多系統、跨專業、多數據，覆蓋配電網多個風險、多個環節的綜合診斷，框架靈活，擴展靈活；結合地市配電自動化系統運行情況、重點工作推進過程等實際應用，提出多項關鍵指標，在調控機構實現對地市配電系統的多層次評價及考核；建立缺陷跟蹤機制，實現問題在線化管理，開辟了新的地市問題反饋、匯總途徑。

7 結束語

通過對智能配電網運行狀態進行標準化管理，可以大大降低信息系統集成的復雜性，提高配網管理的規范化、精細化水平。標準化配網管理的實現，不僅需要電力信息系統的建設上滿足信息集成的要求，還需要不斷完善我國的電力行業標準和企業標準，以保證電力健康、可持續發展；改變傳統管理模式，不斷進行體制的創新和管理的變革，以適應激烈的市場競爭加強作為生產手段的配網設備管理以實現設備的全生命周期管理;進一步加強配網管理信息系統的深度，面向信息統計轉向輔助決策支持。

[1]謝開，劉永奇，朱治中，等.面向未來的智能電網[J].中國電力，2008，41(6)：19-22.

[2]姚建國，楊勝春，高宗和，等.電網調度自動化系統發展趨勢展望[J].電力系統自動化，2007，31(13)：7-11.

[3]傅書逷.2007年IEEE PES 學術會議電網調度自動化部分綜述與討論[J].電網技術，2008，32(5)：31-37.

[4]范明天，劉思革，張祖平，等.城市供電應急管理研究與展望[J].電網技術，2007，31(10)：38-41.

[5]田世明，陳希，朱朝陽，等.電力應急管理平臺研究[J].電網技術，2008，32(1)：26-30.

[6]肖湘寧，徐永海，等.電能質量問題剖析[J].電網技術, 2001, 25(03)：66-69.