基于供電服務指揮系統的配網可靠性問題分析模型研究

蒲 寅，陳華山，王朝龍，劉 軍，邢 震

（1.國網青海省電力公司海東供電公司，青海 海東 810600；2.國網青海省電力公司，青海 西寧 810000）

隨著社會經濟的高速發展與電力體制改革的推進，電力用戶對供電服務質量的要求持續提升[1-4]。在供用電管理領域，電網公司擁有海量的用戶用電數據，但都分散在調度、運檢與營銷等不同的業務系統[5-8]，這些數據蘊含電網安全運行邊界、用戶用電需求等豐富的高價值信息[9-12]。通過物聯網、移動網絡等技術實現多業務信息的互聯融合[13-15]，結合大數據分析與人工智能技術，能夠實現配電網調度、營銷、運檢等多業務智能協同，進一步提升配電網供電可靠性與服務水平[16]。

因此，文中開展供電服務指揮系統及其配網可靠性問題分析的研究，通過多業務數據的融合提升配電網供電服務水平。

1 智能供電服務指揮系統

智能供電服務指揮系統結構如圖1所示，包括智能感知、數據中心、數據融合與業務應用四層。

圖1 智能供電服務指揮系統架構

智能感知層是智能供電服務指揮系統的神經末梢，是數據采集與統一接入的接口，通過多種通信方式從電網的生產運營控制系統中獲取海量蘊含電網狀態的數據，如配電自動化、調度自動化及用電信息采集系統、營銷管理系統等，并上傳融合構成全業務統一數據中心。

數據中心層，即營配調融合的全業務統一數據中心，包含“站-線-變-戶”拓撲、線路實時電壓電流數據、保護開關狀態、用戶有功無功、故障事件信息、電力設備資產信息等數據。

數據融合層用于對數據中心層儲存的信息進行數據清洗、數據標準化、數據分類等，實現數據分布式存儲。通過元數據建模、數據標簽、數據挖掘與多維分析等數據分析技術，深度挖掘數據的潛在價值，為電網供電服務提供智能化管控手段。

業務應用層是智能供電服務指揮系統實現的業務功能，包括客戶應急處理、業務全流程管控、停電到戶通知、故障搶修指揮等，以提升電網供電服務水平。

2 配網可靠性問題分析模型

2.1 可靠性問題分析模型架構

配電網的可靠性問題直接影響著電網公司供電服務的質量水平。文中在供電服務指揮系統架構基礎上，構建配電網可靠性問題分析模型，提供智能化的可靠性問題解決策略，提升了配電網可靠性。

配電網可靠性問題分析模型架構如圖2所示。包括即時問題現場處置分析模型、風險預警事前預控分析模型與近遠期規劃目標指導模型3個部分。

圖2 配電網可靠性分析模型架構

即時問題的現場處置分析模型針對現場實時傳遞的各類配網狀態問題，構建故障研判分析模型，實現故障問題的快速處置，主要包括故障研判、故障管理、停電信息管理與不規范停電作業分析。

風險預警的事前預控分析模型針對現場傳遞的配網狀態問題，構建研判規則，預測各類配網狀態問題反映的設備運行風險，提供風險預警防控策略，主要包括設備運行時間主動檢修、主動預警。

近遠期規劃的目標指導模型針對存在配網常態問題的設備，構建規劃改造指導模型，提供精準投資指導策略，保障近遠期電網設備安全穩定運行，同時減少電網運行狀態問題，并降低電網運行風險，其主要包括供電能力評估、配電物聯網技術。

2.2 基于分層拓撲的故障研判與工單處理

在上述配電網可靠性問題分析模型中，故障研判與故障處理直接關系電網故障恢復時間，深度影響供電可靠性。文中以此為例展開分析說明，當系統接收到故障信息，立即進行故障研判，并確定故障邊界節點。再進一步通過故障工單智能處理，檢索停電設備信息庫，生成相應的搶修工單，輔助工作人員開展搶修與回單，提高故障恢復速度，并減小故障停電時間。

1）故障研判

配電網結構一般為輻射型拓撲結構，根據此特性可以實現配電網故障自動研判。配網分層拓撲結構如圖3所示。由上至下各層依次為配電母線、饋線線路、支線線路、配比變壓、低壓線路、用戶。對于每層節點采用集合X={x1,x2,…,xi}，節點運行狀態采用向量PX={px1,px2,…,pxi}描述，pxi=1表征節點xi正常運行，pxi=0表征節點xi失電。

圖3 配電網分層拓撲結構

當系統接收到某節點gf的失電信息時，首先進行失電信息的準確性校核；獲取其子節點運行狀態信息，根據式（1）研判失電信息的準確性。

式中，Z={z1,z2,…,zj}為節點gf的子節點集合，pzj為子節點zj的運行狀態。若pgf=0，則說明上傳的失電信息準確，否則失電信息有誤。

由下至上通過父節點運行狀態信息根據式（2）搜索故障邊界節點。

式中，G={g1,g2,…,gf,…,gk}為節點gf同層節點集合，yn為節點gf的父節點，pyn為其運行狀態。若pyn=1則說明故障邊界節點為gf，若pyn=0，則繼續根據式（2）向上搜索，直至確定故障邊界節點。

2）停電設備信息庫

通過配電自動化、營銷業務系統與用電信息采集系統等獲取停電設備信息，構建停電設備信息庫，便于對停電信息進行管理。同時為生成工單提供必要的檢索信息，實現故障報修工單的快速生成。停電設備信息庫典型示例如表1所示。

表1 停電設備信息庫典型示例

3）故障工單處理流程

經過故障研判，在確定了故障邊界節點的基礎上，一方面檢索停電設備信息庫，若存在對應設備信息，則提取相關信息生成停電回單信息；若不存在，則根據停電工單生成停電回單信息數據，并添加進停電設備信息庫。另一方面，根據故障邊界節點信息從下至上檢索各層節點狀態，實現故障工單的自動分類處理，其流程如圖4所示。

圖4 基于分層結構的故障研判與工單處理流程

3 算例分析

為驗證文中模型的正確性，采用某供電線路進行故障研判與工單處理示例分析。供電線路結構如圖5所示。

圖5 某供電線路結構

3.1 故障研判與工單處理分析

以具體的某實際故障為例，接收到時代商城報修工單，確定其屬于時代商城專變所屬用戶。時代商城專變下共6個用戶，運行信息如表2所示。由表2及式（1）確定時代商城專變失電，運行狀態為0。然后分析水西支線102環網柜是否失電，其3條出線運行狀態均為0。根據式（2）分析可知，水西支線102環網柜失電，該節點為故障邊界節點。

表2 時代商城專變低壓用戶數據

根據水西支線102環網柜節點信息，對停電設備信息庫進行由下至上檢索，得到：1）水西街專變運行狀態Pt1=0、華夏小區配變運行狀態Pt2=0、時代商城專變運行狀態Pt3=0；2）水西支線102環網柜運行狀態Pt=0；3）銀華線運行狀態PL=0。由此確定，該報修工單為水西支線102環網柜停電影響，屬于臺區停電，然后檢索該設備的停電信息，自動提取數據回單。

3.2 配網可靠性問題分析模型

統計該地區近兩年采用文中所提故障研判與工單處理方法前后的故障數據來進行對比分析，結果如圖6所示。可見采用文中所提方法后，平均故障響應時長由10.3 min下降至3.5 min；平均故障點確定時長由19.3 min下降至4.4 min；平均搶修回單時長由36.2 min下降至28.7 min；10 kV故障平均停電持續時長由3.15 h下降至2.67 h。

圖6 文中方法與傳統方法效果分析

4 結束語

文中首先分析了智能供電服務指揮系統的架構，構建了基于供電服務指揮系統的配網可靠性分析模型，并提出了基于分層拓撲的故障研判與工單處理方法。算例仿真結果表明，文中所提方法能夠自動進行故障研判，快速確定故障節點。通過進一步對故障報修工單進行分析處理，實現停電回單信息的自動生成。采用文中所提方法后，故障響應時長、故障點確定時長、搶修回單時長與故障停電持續時長均大幅下降，能夠加快故障處理速度，保障電網供電服務的安全與可靠。