孫保華,夏 棟
(1.國電南瑞科技股份有限公司,南京 211106;2.國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司,南京 211106)
配電網(wǎng)作為電網(wǎng)的重要組成部分,直接面向終端用戶,與廣大人民群眾的生產(chǎn)生活息息相關(guān),是服務(wù)民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國配電網(wǎng)具有量大、面廣的特點(diǎn),如何管理好資產(chǎn)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多變的配電網(wǎng),直接關(guān)系到廣大電力客戶的供電質(zhì)量。為此,國家電網(wǎng)公司近幾年陸續(xù)建設(shè)了PMS(生產(chǎn)管理信息系統(tǒng))2.0、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、OMS(調(diào)度管理系統(tǒng))、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、95598系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)、國網(wǎng)GIS和用電信息采集等信息系統(tǒng)。智能化水平的不斷提升,為配電網(wǎng)的精益化管理提供了良好的技術(shù)保障[1]。
然而,現(xiàn)有配電網(wǎng)的運(yùn)維管理水平難以滿足用戶日益增長的用電服務(wù)需求,主要表現(xiàn)在配電網(wǎng)可觀可控的覆蓋范圍有限,管控能力不足,信息孤島問題依舊存在,難以及時(shí)直觀掌握電網(wǎng)整體運(yùn)營管理現(xiàn)狀,綜合分析能力與可視化展示水平不高;特別是在配電網(wǎng)規(guī)模、運(yùn)行、檢修、搶修服務(wù)和工程等方面的業(yè)務(wù)信息交互尚未進(jìn)行,制約著數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用集成開展[2-3]。
本文以多源數(shù)據(jù)融合為出發(fā)點(diǎn),旨在融合現(xiàn)有各系統(tǒng)數(shù)據(jù),充分發(fā)揮已建成系統(tǒng)的輻射效應(yīng),有效整合信息資源,完善業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制,增強(qiáng)配電網(wǎng)管理的“穿透力”,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理“看得見”、“管控實(shí)”,切實(shí)提高配電網(wǎng)運(yùn)維管理水平和配電網(wǎng)精益化管理水平。
融合現(xiàn)有系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型中心,并基于配用電統(tǒng)一模型中心設(shè)計(jì)供電服務(wù)指揮平臺(tái)。供電服務(wù)指揮系統(tǒng)采用“大云物移智”等新興技術(shù),從下至上分為智能感知層、數(shù)據(jù)融合層和智能決策層。在智能感知層匯集營銷、運(yùn)檢、調(diào)控等各專業(yè)數(shù)據(jù);在數(shù)據(jù)融合層,采用Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)[4-7]的離線計(jì)算、內(nèi)存計(jì)算、流式計(jì)算等計(jì)算方法,進(jìn)行大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算和數(shù)據(jù)挖掘,對(duì)各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合貫通,構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型中心,對(duì)外提供數(shù)據(jù)訪問與分析服務(wù);在智能決策層構(gòu)建涵蓋客戶服務(wù)指揮、業(yè)務(wù)協(xié)同指揮、配網(wǎng)運(yùn)營管控和服務(wù)質(zhì)量監(jiān)督等業(yè)務(wù)的供電服務(wù)指揮平臺(tái)技術(shù)支撐系統(tǒng),采用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)營銷、運(yùn)檢和調(diào)度類現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控,實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)貫通、信息共享、專業(yè)協(xié)同和業(yè)務(wù)融合”的系統(tǒng)目標(biāo)[8-10]。配電網(wǎng)供電服務(wù)指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 供電服務(wù)指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)
圖1中,智能感知層基于智能電表、配變智能終端、配電終端和移動(dòng)終端等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,獲取調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、用電采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),利用多種數(shù)據(jù)接口技術(shù)針對(duì)生產(chǎn)、調(diào)度、營銷等系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)源端數(shù)據(jù)智能感知與匯聚,為數(shù)據(jù)分析挖掘與智能輔助決策業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源。
數(shù)據(jù)融合層基于智能感知層,遵循IEC 61968/61970標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型,對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、用電采集系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)和營銷等相關(guān)系統(tǒng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行跨專業(yè)數(shù)據(jù)融合貫通,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)一致性與完整性。在云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析服務(wù),支撐上層業(yè)務(wù)的智能輔助決策。
智能決策層在智能感知層和數(shù)據(jù)融合層的基礎(chǔ)上,通過數(shù)據(jù)融合層的統(tǒng)一訪問服務(wù)和統(tǒng)一分析服務(wù),根據(jù)各類業(yè)務(wù)管控具體要求實(shí)現(xiàn)供電服務(wù)指揮系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)客戶服務(wù)指揮、業(yè)務(wù)協(xié)同指揮、配電網(wǎng)運(yùn)營管控和服務(wù)質(zhì)量監(jiān)督等應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)籌、事件預(yù)警、快速響應(yīng)和服務(wù)管控的目標(biāo)。
通過接入智能感知層的多源數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)融合層進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合,構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型中心,模型中心設(shè)計(jì)遵循IEC 61968/61970標(biāo)準(zhǔn),融合貫通各業(yè)務(wù)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)一致性與完整性。以主數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等管理手段建立和維護(hù)包含配電網(wǎng)統(tǒng)一圖模、營銷客戶數(shù)據(jù)模型和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)等內(nèi)容的配用電統(tǒng)一信息模型,通過模型中心的管理工具在源端數(shù)據(jù)匯集的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化處理和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量管控[11-12]。
配用電統(tǒng)一模型中心數(shù)據(jù)融合包括:
(1)對(duì)現(xiàn)行各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng),EMS(能量管理系統(tǒng))、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、營銷、用電采集系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)集成,各業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過現(xiàn)有通信方式(企業(yè)服務(wù)總線、SOA和FTP等)連通配用電統(tǒng)一模型服務(wù)中心系統(tǒng)。
(2)配用電統(tǒng)一模型服務(wù)中心針對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性,基于CIM/SVG,CIME/CIMG和E語言等標(biāo)準(zhǔn)編寫數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口程序,導(dǎo)入電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù),導(dǎo)入過程中需要進(jìn)行校驗(yàn)工作,包括模型數(shù)據(jù)校驗(yàn)、電氣拓?fù)錂z查、設(shè)備臺(tái)賬完整性檢查和圖模數(shù)一致性檢查。
(3)基于前面的工作,進(jìn)行電網(wǎng)模型的拼接,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中低壓模型拼接,如臺(tái)區(qū)配電網(wǎng)變壓器與低壓用戶的關(guān)聯(lián)等。
配用電統(tǒng)一模型中心融合各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后,為了充分發(fā)揮多源數(shù)據(jù)融合產(chǎn)出的效益,需要提供良好的數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)。為此,配電網(wǎng)供電服務(wù)指揮系統(tǒng)在云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)建了統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析服務(wù):
統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)遵循系統(tǒng)服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn),通過服務(wù)調(diào)用方式對(duì)配電網(wǎng)模型中心數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問,隔離應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫的直接連接,對(duì)上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供靈活、高速、安全的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。
統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析服務(wù)將抽取到系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用大數(shù)據(jù)平臺(tái)的分析計(jì)算能力,向上提供拓?fù)浞治?、交互查詢分析、多維分析和數(shù)據(jù)挖掘分析等多種類型的數(shù)據(jù)分析服務(wù)。
圖2所示為配用電統(tǒng)一模型中心數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程。配用電統(tǒng)一模型中心接入數(shù)據(jù)包括公共模型、電網(wǎng)設(shè)備模型、電網(wǎng)資產(chǎn)模型、計(jì)量模型、客戶模型、電網(wǎng)運(yùn)行模型、工作管理模型和實(shí)時(shí)量測(cè)模型類型,以模型管控為中心,以數(shù)據(jù)匯集為基礎(chǔ),在數(shù)據(jù)匯集基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管控,最終以模型化數(shù)據(jù)服務(wù)方式對(duì)外提供模型數(shù)據(jù)服務(wù),完成供電服務(wù)指揮平臺(tái)技術(shù)支撐系統(tǒng)的應(yīng)用。
配用電統(tǒng)一模型中心接入配電網(wǎng)中壓模型和低壓一次設(shè)備模型后,通過引入用戶接入點(diǎn),達(dá)到無縫拼接中低壓一次模型的目的。
用戶接入點(diǎn)是虛擬的導(dǎo)電設(shè)備,沒有具體的物理設(shè)備相對(duì)應(yīng),根據(jù)電壓等級(jí)分為中壓用戶接入點(diǎn)和低壓用戶接入點(diǎn)。用戶接入點(diǎn)明確了中壓模型與低壓模型的工作邊界。接入點(diǎn)的設(shè)置與管理由電力生產(chǎn)部門負(fù)責(zé)。圖3所示為公用變壓器至低壓計(jì)量箱的拼接原理。

圖2 供電服務(wù)指揮系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程
圖3中,低壓接入點(diǎn)定義中低壓模型邊界,公用變壓器至低壓接入點(diǎn)屬于中壓模型,由運(yùn)檢部門負(fù)責(zé)維護(hù),低壓接入點(diǎn)至用戶計(jì)量箱由營銷部門負(fù)責(zé)維護(hù),配用電統(tǒng)一模型中心根據(jù)用戶接入點(diǎn)拼接中低壓模型,拼接后形成一張統(tǒng)一的中低壓電氣拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),為上層智能決策應(yīng)用提供模型支撐。圖4所示為專用變壓器(以下簡稱專變)中低壓模型拼接原理。專變專線情況下,中低壓模型邊界由中壓接入點(diǎn)確定,中壓模型由電源點(diǎn)至中壓接入點(diǎn)結(jié)束,低壓模型從中壓接入點(diǎn)開始至低壓計(jì)量箱結(jié)束。

圖3 公用變壓器中低壓模型拼接原理

圖4 專變中低壓模型拼接原理
配用電統(tǒng)一模型中心接入電網(wǎng)模型時(shí),需要對(duì)接入的模型進(jìn)行必要的模型校驗(yàn)工作,以保證接入模型的完整性和一致性。電網(wǎng)模型校驗(yàn)分為主動(dòng)模型校驗(yàn)和被動(dòng)模型校驗(yàn),如圖5所示。

圖5 模型校驗(yàn)框架
被動(dòng)式數(shù)據(jù)校驗(yàn)以數(shù)據(jù)庫為觸發(fā)點(diǎn),模型入庫時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)校驗(yàn),進(jìn)行數(shù)據(jù)類型確認(rèn),校驗(yàn)規(guī)則匹配,滿足校驗(yàn)規(guī)則的數(shù)據(jù)能夠入庫,不滿足的數(shù)據(jù)被拒絕,從而保證數(shù)據(jù)庫中的模型數(shù)據(jù)規(guī)范與完整。
主動(dòng)校驗(yàn)是指配用電統(tǒng)一模型中心定期主動(dòng)地對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行校驗(yàn),以IEC 61968/61970模型規(guī)范為基礎(chǔ),為模型數(shù)據(jù)建立完整的語義模型,結(jié)合機(jī)器推理技術(shù),對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位分析、推導(dǎo),識(shí)別潛在的不一致性。同時(shí)還可利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),結(jié)合電氣原理和理論,推導(dǎo)模型數(shù)據(jù)的合理性和準(zhǔn)確性。模型校驗(yàn)主要包括以下內(nèi)容:
(1)數(shù)據(jù)文件檢驗(yàn)。主要針對(duì)文件的語法、語義進(jìn)行校驗(yàn),保證數(shù)據(jù)文件的有效性。
(2)電力系統(tǒng)規(guī)則校驗(yàn)主要有:參數(shù)校驗(yàn),設(shè)備模型屬性唯一性校驗(yàn)、屬性取值范圍合法性校驗(yàn)等;關(guān)聯(lián)性校驗(yàn),設(shè)備對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系校驗(yàn),如開關(guān)與站所的關(guān)系等;拓?fù)湫r?yàn),主要校驗(yàn)?zāi)P偷碾姎馔負(fù)洌ü?jié)點(diǎn)空掛、孤島、環(huán)網(wǎng)、電氣連接關(guān)系等。
供電服務(wù)指揮平臺(tái)支撐系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)由數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算框架、智能分析、(微)服務(wù)和應(yīng)用展示等部分組成,技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)
(1)數(shù)據(jù)接入。為了深度融合PMS2.0、配電自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化、營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用、95598、用電信息采集、OMS2.0、車輛管理、統(tǒng)一視頻、氣象系統(tǒng)和雷電山火等系統(tǒng)的數(shù)據(jù),采用但不限于Restful,web service,kafka,ETL,E 文件、sqoop和flume等數(shù)據(jù)接入技術(shù)。Restful,web service,kafka等接入技術(shù)適用于實(shí)時(shí)性要求高的在線數(shù)據(jù)接入;E文件、ETL和sqoop等接入技術(shù)適用于批量、離線數(shù)據(jù)接入。
(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?;谂溆秒娊y(tǒng)一模型,采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)中小規(guī)模的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù);采用分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)需頻繁訪問或處理的熱數(shù)據(jù);采用分布式文件系統(tǒng)及列式數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。
(3)計(jì)算框架。采用流式計(jì)算技術(shù)Storm/Spark Streaming完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分流及快速計(jì)算,采用分布式內(nèi)存計(jì)算技術(shù)Spark完成復(fù)雜度、性能要求較高的計(jì)算任務(wù),采用分布式并行計(jì)算MapReduce完成海量離線數(shù)據(jù)計(jì)算任務(wù)。
(4)數(shù)據(jù)分析。采用分類算法、聚類算法和關(guān)聯(lián)算法完成供電服務(wù)數(shù)據(jù)分析任務(wù);采用圖計(jì)算技術(shù)完成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)分析任務(wù);采用機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法完成面向人工智能的供電服務(wù)相關(guān)分析任務(wù)。
(5)微服務(wù)。采用SOA服務(wù)、微服務(wù)技術(shù),把供電服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)和算法封裝成(微)服務(wù)供各類應(yīng)用調(diào)用。服務(wù)層通用組件包含服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)配置、服務(wù)編排、服務(wù)監(jiān)控和服務(wù)網(wǎng)關(guān)。為上層應(yīng)用提供的服務(wù)包含模型服務(wù)、量測(cè)服務(wù)、圖形服務(wù)、拓?fù)浞?wù)、設(shè)備狀態(tài)服務(wù)、綜合研判服務(wù)、負(fù)荷預(yù)測(cè)服務(wù)、預(yù)警預(yù)測(cè)服務(wù)和趨勢(shì)分析服務(wù)等。
(6)應(yīng)用展示。采用HTML5、可視化組件調(diào)用并展現(xiàn)服務(wù)層的各類服務(wù)或服務(wù)組合,實(shí)現(xiàn)桌面應(yīng)用、大屏應(yīng)用和移動(dòng)應(yīng)用等。
國網(wǎng)天津供電公司基于現(xiàn)有大數(shù)據(jù)平臺(tái)[13]開展配電網(wǎng)智能化供電服務(wù)指揮系統(tǒng)的建設(shè),系統(tǒng)接入用電采集系統(tǒng)600 GB配電變壓器、用戶、計(jì)量數(shù)據(jù)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)470 GB存量模型數(shù)據(jù)及歷史采樣數(shù)據(jù)、營銷管理系統(tǒng)近1 TB業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、PMS系統(tǒng)400 GB臺(tái)賬數(shù)據(jù)、DMS(配電管理系統(tǒng))800 GB模型數(shù)據(jù)及歷史采樣數(shù)據(jù)共3.2 TB的多源融合數(shù)據(jù)。
天津供電服務(wù)指揮系統(tǒng)主界面如圖7所示。從系統(tǒng)概述、配電網(wǎng)日運(yùn)行情況、配電網(wǎng)日運(yùn)維情況、供電能力評(píng)估指數(shù)、全網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖、分析預(yù)警等角度展示配電網(wǎng)實(shí)時(shí)概況,實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備智能化、運(yùn)維檢修智能化和生產(chǎn)管理智能化,提升配電網(wǎng)精益化管理水平,保障供電的安全可靠和優(yōu)質(zhì)服務(wù)[14-17]。

圖7 天津供電服務(wù)指揮系統(tǒng)主界面
天津供電公司在建設(shè)配用電統(tǒng)一模型中心后,構(gòu)建了一套智能化供電服務(wù)指揮系統(tǒng),系統(tǒng)功能豐富。以下以業(yè)務(wù)協(xié)同指揮中的故障搶修指揮作為案例進(jìn)行分析說明。
當(dāng)配電網(wǎng)某處發(fā)生故障時(shí),配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到故障并進(jìn)行故障分析,將故障設(shè)備及相應(yīng)的中壓接入點(diǎn)、低壓接入點(diǎn)信息推送給供電服務(wù)指揮系統(tǒng),由于中低壓模型已經(jīng)拼接,供電指揮系統(tǒng)可以根據(jù)推送來的故障信息進(jìn)行故障影響范圍分析,計(jì)算影響用戶數(shù)量及位置并生成故障研判信息,進(jìn)行故障展示及定位。95598系統(tǒng)收到客戶報(bào)修電話后,根據(jù)客戶的基本信息,生成相應(yīng)的報(bào)修工單并推送給供電服務(wù)指揮系統(tǒng),供電服務(wù)指揮系統(tǒng)根據(jù)工單信息,快速定位至其關(guān)聯(lián)的中壓接入點(diǎn)或低壓接入點(diǎn),根據(jù)拼接的中壓模型,找出該保修用戶的電源點(diǎn),進(jìn)行故障研判,生成搶修工單進(jìn)行搶修,并且判斷是否存在同一故障點(diǎn)重復(fù)產(chǎn)生報(bào)修工單的情況,如果存在則合并工單,防止重復(fù)派單,節(jié)省搶修力量。
以深化和完善配電網(wǎng)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)為出發(fā)點(diǎn),充分利用已建成系統(tǒng)的輻射能力,打通信息孤島,借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)PMS2.0系統(tǒng)、配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、提煉,提出基于全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)的配用電統(tǒng)一模型中心,并基于此實(shí)現(xiàn)智能化的供電服務(wù)指揮系統(tǒng)。系統(tǒng)包括設(shè)備狀態(tài)管控、運(yùn)維管理管控、應(yīng)急管理管控和供電服務(wù)指揮等應(yīng)用模塊,用于支撐配電網(wǎng)全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線分析和輔助決策,保障配電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,為社會(huì)發(fā)展提供更加優(yōu)質(zhì)、便捷的電力供應(yīng)和服務(wù)。