基于大數據技術的分布式配電通信組網方法分析

陸繼釗 羅 濱 楊宏宇 鞏 銳 劉 涌

（1.國網河南省電力公司信息通信公司，河南駐馬店463000；2.上海博英信息科技有限公司，上海200240）

0 引言

目前的配網自動化、負荷控制系統，通信的安全性、穩定性和實時性尚無法得到可靠保證，不能構成相對完善的解決方案，亟需明確配網通信的建設戰略，統一性能標準。配用電通信網絡建設布局應遵循結構適當、先進實用、因地制宜的準則。由于配用電網絡范圍廣、環境復雜，建設的同時要考慮運行維護、管理手段及相關機制的建立，提前制定技術標準和相應制度，同時建設環境、資源、狀態的統一管控，為運維提供先進技術手段。

本文就是在這樣的大背景下，提出一種適應現代化需求的電力企業多維度配用電通信組網方法，將不同區域的電網通信方式集中起來，進行配用電通信一體化系統的組網，最終搭建傳輸通道，將多源設備的遙信、遙測等多種狀態信息進行雙向的傳輸。

1 數據挖掘技術

1.1 時間序列法

時間序列分析是指基于系統觀測得到的時間序列數據，通過參數估計和曲線擬合來建立數學模型的方法和理論。其常用方法有參數估計法和曲線擬合法等（如非線性最小二乘法）。

（1）抽樣：時間序列動態數據是通過觀測、抽樣、調查、統計等方法得到的。

（2）作圖：依照所獲動態數據作出相關圖，進行有關剖析，求出自相關函數關系。相關圖可直觀體現周期和趨勢的變動，迅速發現拐點和跳點。拐點指時間序列從上升走勢驟變為下降走勢的點，如有拐點存在，則要求用不同的數學模型對建模過程中的時間序列進行分段擬合。跳點則指與其他數據不一致的觀測值，若該值正確，在建模時應予以考慮；若該值異常，需把跳點調整為期望值。

（3）擬合：甄別適當的隨機模型，并采用曲線擬合，即以通用隨機模型來擬合時間序列的觀測數據。

時間序列是一種特殊的隨機過程，當X（t）中的t取非負整數時，便可表示各個時刻，從而看作時間序列（time series）。當一個隨機過程可以看作時間序列時，便能以現有的時間序列模型對該隨機過程進行建模并解析其特性。

1.2 熵值法

在信息論中，熵是針對不確定性的一種量度。信息量越大，則不確定性越小，隨之熵越小；反之，信息量越小，其不確定性越大，熵便越大。按照熵的特點，便能通過計算熵值來判別某個事件的隨機性及無序程度，也可利用熵值來判斷一個指標的離散程度，離散程度越大，該指標對綜合評估的影響也就越大。

因此，可依據各指標的變化程度，運用信息熵算法，計算出每項指標的權重，為多指標綜合評估提供相關依據。

2 規劃預測及隱患分析

數據挖掘在國內配電通信組網領域屬于新興的前沿技術，對從業人員的技術要求相對較高。由于現階段知識和技術層面的不足，國家電網幾乎沒有關于此方向的項目實施。本節基于兩種數據挖掘技術在此方向的應用，初步探討數據挖掘的建模過程。

（1）收集實施地區未來三年的配電網規劃數據，對建設地理位置、數據吞吐量等通過時間序列法進行建模分析，預測未來如用戶數量、終端設備、電網負荷等數據的發展趨勢。

（2）收集實施地區近三年的網絡運行情況等，通過熵值法建立數據挖掘模型，對故障數量、故障設備、故障率等指標進行分析挖掘，發現故障率較高的設備及施工方式等。具體實施步驟如下：

1）選取該地區配電網n個運行異常、m個相關指標，則Xij為第i個異常的第j個指標的數值（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）。

2）指標的標準化處理：異質指標同質化。因為每項指標的計量單位有所差異，須對其進行標準化處理，然后才可用它們計算綜合指標。即把指標的絕對值換算為其相對值，以解決不同值的同質化問題。由于正向指標和負向指標數值代表的含義有差異（正向指標數值越高越好，負向指標數值越低越好），通過不同的算法對高低指標進行數據處理。

3）計算第i個異常在第j項指標下的比重。

4）計算第j項指標的熵值。

5）計算第j項指標的差異系數。對第j項指標，其指標值差異越大，熵值便越小，對方案評估的影響越大。

6）求權值。

7）計算各項異常的綜合得分。

3 多維度分布式組網

根據分析挖掘結果，結合各通信技術優缺點及不同地區的配用電自動化系統建設情況，考慮配用電業務需求、負荷密度、供電特點等，采取分布式組網方式，選取適宜的技術方案，并為將來的升級預留空間。

（1）在配用電業務方面，遵循以下方法：

1）就配電自動化業務而言，若只需滿足兩遙，可供選擇的技術較多，包括光纖、無線專網、無線公網、PLC等。但需要實現遙控，則以光纖和無線專網為宜，僅當對遙控的實時性和安全性要求不高時，才可以考慮無線公網、北斗等通信方式。

2）就用電信息采集業務而言，低壓電量采集可以采用PLC技術，集中器到后臺主站之間的通信選擇光纖、無線等方式。

3）就電能質量監測業務而言，可參考兩遙的業務需求，采用光纖、無線、PLC等技術。

4）就遙視業務而言（某些需要視頻監控的系統），由于其對帶寬有一定要求，宜采用光纖、3G/4G等技術。

5）由于北斗具備精確授時和短報文通信功能，在配網關鍵節點均配置北斗通信裝置，實現對二次測控設備的同步對時和事件上報功能。

（2）在供電區域方面，遵循以下方法：

1）在企業集中、人口居住密集的地域（城市），早已形成相對完善的城市配用電網絡，實施以光纖通信為主的配用電通信網絡技術，并依據地域特點，選擇光MODEM技術、EPON或工業以太網交換機。

2）郊區、城鎮、山區、廠礦不適合采用光纖通信技術，考慮到經濟性，應因地制宜地選擇最優通信方式，如無線專網、北斗、PSTN等，或租用無線公網。

3）對于版圖遼闊的平原地域，通信應利用無線公網的形式來實現，同期考慮無線專網建設。對于不能覆蓋無線信號的山區，如小水電、廠礦企業等，因其分布相對分散，所以應優先考慮租用無線公網，也可考慮北斗、PSTN等其他方式。

4）對于缺乏光纖但被電話線路所覆蓋的區域，主站和采集終端的通信可以PSTN的形式實現。PSTN單純作為一種補充方式，應逐步過渡到無線公網和無線專網等方式。

此外，由于光纖通信具有傳輸容量大、可靠性及安全性高等優勢，在條件容許的情況下應優先采用；而無線專網無需有線介質，且組網靈活，其傳輸速率也能滿足需求，因此適合光纜架設困難、變更頻繁且網絡構造復雜、老舊線路多的地區，但存在需申請使用頻段、實際應用經驗少等問題，且在城區基站選址建設有一定困難，終端設備的安裝方式也會受到些許影響；中壓電力線載波技術施工方便，節省介質投資，但其使用效果較差，架空線路安裝很有難度，運行維護工作量大，網管能力較低，作為專網通信方式之一，在不便采用光纖時，可以作為補充。

配用電通信網情況復雜，僅采用一種或兩種通信方式無法滿足需求，但同一地區若采取過多的通信方式，首先會增加變電站端的主設備類型和數量，其次還需建設多種設備類型的網管系統。設備種類增多將導致同類設備數量減少，設備招標時單價將提高，對于運行維護人員的工作量和技術水平也會提出更高的要求。綜上所述，為滿足使用要求，同一區域內應采用相對統一的通信方式，以取得更好的運行效果和技術經濟效益。

綜合考慮各種通信方式的優缺點及其建設成本，各終端通信接入方式在電力線載波（中壓PLC）、無線公網（WiFi、3G/4G）和光纖（EPON）等三種方式中選擇。采用電力線載波方式時，電纜線路優先選擇卡接式電感耦合方式，架空線路優先選擇相-相電容耦合方式，載波機優先選擇一對多的系統。

使用WiFi、3G/4G無線公網通信方式時，公司與運營商側采用高可靠的APN通道互聯，在公司配置網絡鑒權、授權與記賬系統，實現終端接入認證。

選用EPON設備組網時，采用光路全保護冗余方式建設，任意一個終端設備出現故障都不影響其他終端設備，雙PON（Passive Optical Network，無源光纖網絡）口的ONU（Optical Network Unit，光節點）設備，ODN（Optical Distribution Node，光配線網）結構設計基于環形和總線結構，分光級數不超過6級。

采用多種通信方式時要確保方式的統一接入、統一接口規范和統一管理，所采用的通信設備/終端應支持以太網和標準串行通信接口[1]。

組網方式圖如圖1所示。

圖1 組網方式圖[2]

4 結語

以數據挖掘技術進行輔助，因地制宜，根據不同地域通信條件及建設現狀等，通過合理的通信技術設計，進行多維度的分布式配網通信建設，將比較分散的各區域不同通信方式集中起來管理，可為打造堅強電網提供重要支撐。

[1]陳良，薛保星，黃傳金.鄭州高新區配電網自動化通信系統設計與應用[J].制造業自動化，2012，34（16）：87-90.

[2]《中國電力百科全書》編輯委員會，《中國電力百科全書》編輯部.中國電力百科全書：電力系統卷[M].3版.北京：中國電力出版社，2014.