電網(wǎng)規(guī)劃用電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李友平 何 颶 胡成恩 孫文兵 儲(chǔ)國(guó)良

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司安慶供電公司，安徽 安慶246003）

1 背景

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的發(fā)展與應(yīng)用，近些年來(lái)，海量的數(shù)據(jù)成為生活中最為普通卻又極為昂貴的財(cái)富。電力生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息涉及到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度各環(huán)節(jié)，是跨單位、跨專(zhuān)業(yè)、跨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析與挖掘，以及數(shù)據(jù)可視化的大數(shù)據(jù)表現(xiàn)。數(shù)據(jù)也從結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析向多類(lèi)型數(shù)據(jù)分析的轉(zhuǎn)變、從抽樣數(shù)據(jù)分析向全量數(shù)據(jù)分析的轉(zhuǎn)變、從小批量數(shù)據(jù)分析向海量數(shù)據(jù)分析的轉(zhuǎn)變、從單一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析向跨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析的轉(zhuǎn)變從準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)分析的轉(zhuǎn)變促使公司積極通過(guò)改進(jìn)海量數(shù)據(jù)同步技術(shù)，提升集中服務(wù)組件的數(shù)據(jù)傳輸承載能力，支持未來(lái)實(shí)時(shí)性更高、單次數(shù)據(jù)傳輸量更大、數(shù)據(jù)類(lèi)型更豐富的數(shù)據(jù)集成需求。

2 安全設(shè)計(jì)

GB/T 22239-2008《信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》將信息系統(tǒng)安全等級(jí)由低到高劃分為五級(jí)，該應(yīng)用部署在公司內(nèi)網(wǎng)中，按要求該項(xiàng)目屬于二級(jí)。具體要求為：應(yīng)能夠防護(hù)系統(tǒng)免受來(lái)自外部小型組織的、擁有少量資源的威脅源發(fā)起的惡意攻擊、一般的自然災(zāi)難、以及其他相當(dāng)危害程度的威脅所造成的重要資源損害，能夠發(fā)現(xiàn)重要的安全漏洞和安全事件，在系統(tǒng)遭到損害后，能夠在一段時(shí)間內(nèi)恢復(fù)部分功能。

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司“分區(qū)分域、安全接入、動(dòng)態(tài)感知、全面防護(hù)”的安全策略，需要對(duì)該項(xiàng)目的物理安全、邊界安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、主機(jī)安全、網(wǎng)絡(luò)安全及終端安全進(jìn)行安全防護(hù)設(shè)計(jì)。

同時(shí)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，需要完整的權(quán)限控制，防止某些人惡意攻擊系統(tǒng)，修改原始記錄，同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)需要定時(shí)備份，防止系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失。此外，系統(tǒng)要求用戶(hù)在登陸時(shí)需要（轉(zhuǎn)下頁(yè)）身份驗(yàn)證。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)方案

3.1.1 技術(shù)架構(gòu)。主要從電能質(zhì)量等外部系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，特別是從應(yīng)用營(yíng)配貫通工程的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲取準(zhǔn)確度較高的臺(tái)帳數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)。并定期從調(diào)度獲取調(diào)度工作Excel 文檔。引入包括用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)、地區(qū)調(diào)度SCADA 系統(tǒng)在內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

圖1

（1）數(shù)據(jù)接入層。包括數(shù)據(jù)抽取服務(wù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)和數(shù)據(jù)質(zhì)量校檢服務(wù)，分別獲取外部的數(shù)據(jù)，和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、質(zhì)量校檢，自動(dòng)判斷數(shù)據(jù)的正確性并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)特定的數(shù)據(jù)格式。（2）數(shù)據(jù)層。存儲(chǔ)了系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，主要包括抽取來(lái)的原始外部數(shù)據(jù)；被清洗、質(zhì)量校檢、轉(zhuǎn)換后的配網(wǎng)設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)；系統(tǒng)自動(dòng)生成或編輯后的全網(wǎng)模型和拓?fù)鋱D數(shù)據(jù)；在對(duì)供電可靠性進(jìn)行分析時(shí)各類(lèi)評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算規(guī)則；支撐系統(tǒng)運(yùn)行的配置數(shù)據(jù)；另外，除保存原始的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，將通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析服務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)采樣的方式，獲取配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，用于業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。（3）服務(wù)層。為承載業(yè)務(wù)應(yīng)用功能所需的基礎(chǔ)服務(wù)，包括基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)管理服務(wù)；融合模型、拓?fù)洹?shù)據(jù)的模型拓?fù)淙诤戏?wù)；進(jìn)行拓?fù)浞?wù)使用的拓?fù)浞治鲆妗?shù)據(jù)管理服務(wù)：除了日常數(shù)據(jù)管理服務(wù)外，還將構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析服務(wù)，對(duì)引入的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)，以備拓?fù)浞治鰰r(shí)使用。（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。數(shù)據(jù)維護(hù)：提供系統(tǒng)采集、導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)一步維護(hù)的功能，具體包括模型維護(hù)、拓?fù)湓鲅a(bǔ)、饋線(xiàn)分段補(bǔ)充、條圖編輯調(diào)整、垃圾數(shù)據(jù)檢查清理、誤報(bào)數(shù)據(jù)刪除等功能。指標(biāo)在線(xiàn)計(jì)算：提供規(guī)程規(guī)定的主要指標(biāo)和參考指標(biāo)在線(xiàn)周期性計(jì)算，按年、季度、月進(jìn)行計(jì)算，并按照量化因子按周進(jìn)行供電可靠性指標(biāo)進(jìn)行預(yù)算、預(yù)估。可視化展示指標(biāo)：利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，對(duì)計(jì)算出來(lái)的指標(biāo)以圖表、區(qū)域圖的方式進(jìn)行直觀展示，并結(jié)合區(qū)域化分片進(jìn)行展示。

3.1.2 物理架構(gòu)。在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)安全I(xiàn)II 區(qū)部署數(shù)據(jù)采集工作站，用于采集SCADA臺(tái)賬和遙測(cè)以及電量數(shù)據(jù)。

圖2 平臺(tái)物理部署架構(gòu)圖

系統(tǒng)部署在電力網(wǎng)絡(luò)三區(qū)。用戶(hù)通過(guò)電力內(nèi)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)本系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)處理。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.2.1 數(shù)據(jù)處理程序。（1）部署采集程序從SCADA系統(tǒng)中采集廠站設(shè)備、間隔設(shè)備、設(shè)備負(fù)荷等數(shù)據(jù)等，同時(shí)采集電能量系統(tǒng)中的電量數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)。（2）采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)質(zhì)量校驗(yàn)和降噪、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換多個(gè)環(huán)節(jié)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的電力CIM模型進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

3.2.2 設(shè)備臺(tái)帳模塊。將從SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)中收集到的基準(zhǔn)設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，以列表的方式進(jìn)行展示。支持按照業(yè)務(wù)需要對(duì)臺(tái)賬數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域劃分、手動(dòng)修改臺(tái)賬信息、人工屏蔽部分冗余信息及測(cè)試臺(tái)賬信息。并且自動(dòng)更新設(shè)備異動(dòng)信息，支持定時(shí)自動(dòng)更新和手動(dòng)快速更新的功能。

3.2.3 運(yùn)行數(shù)據(jù)管理。對(duì)采集到的變電站負(fù)荷數(shù)據(jù)以及電能量數(shù)據(jù)集中展示，按照多層級(jí)的樹(shù)形菜單進(jìn)行劃分，劃分的層級(jí)為：區(qū)域、電壓等級(jí)、變電站、間隔設(shè)備，默認(rèn)展示本月各個(gè)間隔間隔的負(fù)荷信息，其中展示的負(fù)荷信息可以按照時(shí)間周期、負(fù)荷類(lèi)型（有功、無(wú)功、電壓、電流）條件進(jìn)行篩選。

3.2.4 運(yùn)行數(shù)據(jù)分析。根據(jù)采集到的變電站間隔設(shè)備負(fù)荷、電能量數(shù)據(jù)繪制曲線(xiàn)圖，支持按照變電站、間隔名稱(chēng)、負(fù)荷類(lèi)型、時(shí)間周期進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。

3.2.5 運(yùn)行異常預(yù)警。對(duì)各個(gè)間隔設(shè)備的額定值進(jìn)行設(shè)定，部分額定值可以從臺(tái)賬數(shù)據(jù)中自動(dòng)獲取，例如主變?nèi)萘浚渌倪M(jìn)行手工設(shè)定，對(duì)間隔設(shè)備的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行攔截處理，對(duì)于超過(guò)間隔設(shè)備額定值的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注并消息提醒。告知用戶(hù)具體的預(yù)警消息信息，包括間隔設(shè)備所屬變電站、當(dāng)前負(fù)荷值、發(fā)生時(shí)間。

3.2.6 數(shù)據(jù)中心概覽。結(jié)合采集到的臺(tái)賬、負(fù)荷、電能量數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并采用多樣式的圖表進(jìn)行直觀展示，同時(shí)支持點(diǎn)擊圖表上的元素展示詳情具體展示的維度為：（1）地區(qū)電網(wǎng)220 千伏、110 千伏、35 千伏全市、市區(qū)、七縣月度、年度網(wǎng)供負(fù)荷。（2）地區(qū)電網(wǎng)220 千伏、110 千伏、35 千伏各變電站月度、年度最大負(fù)荷（有功及電流）、負(fù)載率及時(shí)刻。（3）地區(qū)電網(wǎng)220 千伏、110 千伏、35 千伏變電站主變各側(cè)月度、年度最大負(fù)荷（有功及電流）、負(fù)載率及時(shí)刻。（4）地區(qū)電網(wǎng)220 千伏、110 千伏、35 千伏、10 千伏線(xiàn)路月度、年度最大負(fù)荷（有功及電流）、負(fù)載率及時(shí)刻。（5）地區(qū)電網(wǎng)最大負(fù)荷時(shí)刻及本地區(qū)（市區(qū)及七縣）最大負(fù)荷時(shí)刻220 千伏、110 千伏、35 千伏變電站主變各側(cè)負(fù)荷（有功及電流）、負(fù)載率。（6）地區(qū)電網(wǎng)最大負(fù)荷時(shí)刻及本地區(qū)（市區(qū)及七縣）最大負(fù)荷時(shí)刻220 千伏、110 千伏、35千伏、10 千伏線(xiàn)路負(fù)荷（有功及電流）、負(fù)載率。（7）按自定義時(shí)間、設(shè)備調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)分析重過(guò)載。（8）地區(qū)電網(wǎng)220 千伏、110千伏、35 千伏變電站各主變?cè)露取⒛甓入娏俊＃?）地區(qū)電網(wǎng)220 千伏、110 千伏、35 千伏、10 千伏各線(xiàn)路月度、年度電量。

所有的圖形展示數(shù)據(jù)信息，支持按照Excel、Word、PDF 等格式進(jìn)行內(nèi)容導(dǎo)出。

4 結(jié)論

基于電網(wǎng)規(guī)劃用電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)收集系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，借助計(jì)算機(jī)對(duì)海量數(shù)據(jù)的高效處理，可以快速準(zhǔn)確得獲取各個(gè)維度的負(fù)荷信息，避免了以往獲取數(shù)據(jù)時(shí)繁瑣、低效、易出錯(cuò)的問(wèn)題，同時(shí)支持一鍵導(dǎo)出，提高了工作效率的同時(shí)，也為后期應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。