基于微服務架構的低壓可靠性信息系統建設與試點指標分析

趙永生，趙愛華，梅戰旗，朱軍偉，程 辰

（1.國網安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230000；2.國網安徽省電力有限公司電力科學研究院，安徽 合肥 230000；3.國網安徽電力蚌埠供電公司，安徽 蚌埠 233000；4.國網安徽電力亳州供電公司，安徽 亳州 236800；5.國網安徽電力合肥供電公司，安徽 合肥 230000）

供電可靠性是供電企業對用戶持續供電能力的具體反映，是供電企業中一項主要的電能質量指標。我國目前所開展的用戶供電可靠性統計是以高（35kV）、中壓用戶（6-20kV）以及公用配變為基本戶數，未將低壓用戶（220/380V）停電列入統計范圍，不能實際反映低壓用戶供電可靠性，而目前供電停電投訴主要是低壓用戶，用戶供電可靠性統計由中壓向低壓延伸，“打通停電管理的最后1米”，是提高供電管理水平和服務質量的客觀要求，是供電可靠性發展的必然趨勢。

近年來隨著電力設備的不斷改造，10kV及以上設備的健康水平已有較大提高，電網故障概率進一步下降，其中低壓元器件故障所占比例提高。因此，只有通過開展低壓用戶供電可靠性統計評價工作，才能按低壓故障、工作內容、工作部門、重復停電次數、倒電、帶電作業統計匯總數據，為規劃、計劃、設計等供電企業全過程管理提供詳實數據，才能正確反映電網的供電能力和供電質量，為電力企業的優質服務打下良好基礎。為此，開展低壓用戶供電可靠性統計評價，是進一步提高設備運行管理水平的需要，也是供電企業塑造企業形象、提高經濟效益的需要。

此外中壓用戶供電可靠性信息系統的不斷完善，現場低壓用戶智能電表的普遍應用，信息化系統和大數據應用的不斷發展，也為開展低壓可靠性試點工作提供了必要的技術條件。

1 技術路線

1.1 設計思路

充分利用公司中壓可靠性系統、用電信息采集系統、營銷系統、PMS系統等信息化建設成果，運用“大、云、物、移、智”等技術，從四個方面開展研究：一是基于中壓可靠性系統、營銷系統、PMS系統臺賬構建“變壓器-表箱-電表”結構的低壓電網模型；二是基于低壓電網模型，分析用電信息采集系統中HPLC高頻采集低壓用戶運行數據，建立低壓用戶停電事件實時監測與在線分析模型；三是運用低壓電網模型構建停電事件自動補全與停電原因智能研判模型；四是開展低壓用戶供電可靠性多維度統計與分析。

1.2 技術架構

安徽公司在數據采集的基礎上，利用中壓可靠性系統、用電信息采集系統、營銷系統、PMS系統等信息化建設成果，基于大數據平臺技術構架建設信息化系統，對海量數據進行匯聚、統計、分析、查詢和管理，從三方面開展系統設計工作：

（1）采用STORM+SPARK的流處理技術架構設計低壓用戶停電實時采集與在線分析功能，具有低延遲、高吞吐、持續穩定運行和彈性可伸縮等特性，滿足對實時業務監測與分析的要求。

（2）采用分布式存儲與并行計算技術搭建支撐海量數據處理的低壓用戶供電可靠性存儲與計算平臺，提高數據處理的實時性，具有高容錯和高可伸縮性，可實現每天變壓器、電能表等設備上送事件、運行負荷等海量數據的分析與存儲。

（3）基于SG-UAP 3.0、Kubernetes、SpringBoot搭建低壓用戶供電可靠性實時監測與智能分析軟件的微服務框架，將低壓可靠性系統按業務劃分為多個服務，每個服務均獨立部署，易于維護和開發，并能根據需求實現細粒度的擴展。

1.3 業務架構

低壓可靠性信息系統由數據接入層、存儲計算層、應用數據層、業務支撐層和WEB展現層組成，每層包括的功能如圖1所示。

圖1

1.4 功能架構

依據上述業務架構，低壓供電可靠性系統的功能主要分五大模塊：基礎數據、實時監測、停電分析、統計分析、系統管理，每個大的功能模塊下包含多項子功能模塊，具體功能架構如圖2所示。

圖2

2 主要功能

2.1 構建低壓電網模型及拓撲關系自動更新

為實現快速分析和定位低壓電網故障設備、范圍和影響用戶，動態全景展現低壓停電故障和影響范圍，需結合營銷系統、PMS系統、中壓可靠性和用電信息采集系統構建低壓電網模型。首先以PMS設備臺賬為核心，貫通營銷、中壓可靠性等檔案，開展低壓電網“變壓器-表箱-電表”關系梳理工作，再通過用電信息采集系統的臺戶關系識別、戶表相位識別等技術手段，獲取電表的相位信息，結合相位信息和變壓器信息可得到分相線路，從而生成“變壓器-表箱-電表（含相位）”結構的低壓電網模型。為完善低壓用戶之間的拓撲關系分析，需手動維護變壓器下的出線柜、出線間隔、分支箱、表箱等低壓設備的功能，以此構建“變壓器-出線柜-出線間隔-分支箱-表箱-電表（含相位）”結構的低壓電網模型。

在構建低壓電網模型的基礎上，評估營銷業務流程對低壓電網模型的影響，結合用采系統自動裝接調試流程信息，分析模型相關的低壓網絡拓撲變化，每日自動更新低壓電網模型，保證低壓電網模型與現場設備、拓撲關系的一致性。

2.2 低壓電網停電實時監測與在線分析

結合安徽公司營銷部開展HPLC采集試點工作，運用大數據分布式存儲與并行計算技術從兩個方面開展低壓電網停電事件實時監測與在線分析功能：一是實時分析低壓電網停電事件有效性，通過分析低壓用戶停電事件主動上送、結合低壓用戶96點準實時負荷數據研判停電事件的準確性；二是對同一變壓器下停電低壓用戶按所屬變壓器、表箱、分相線路進行歸集，生成變壓器停電事件、表箱停電事件、分相線路停電事件，并分析影響低壓用戶停電的戶數及明細。具體分析流程如下：

低壓用戶停電事件有效性分析：從用電信息采集系統獲取HPLC電能表主動上送的停上電事件，將停電時間大于上電時間、停電時長小于三分鐘或大于三天、當天累計上送停上電次數大于六次的停上電事件置為無效，將其他停上電事件生成有效的低壓用戶原始停電事件。

變壓器停電事件歸集：將有效的低壓用戶原始停電事件與低壓電網模型關聯，對同一變壓器下停電時間有交集的低壓用戶停電事件進行歸集，生成變壓器歸集停電事件，變壓器停電的時間取其下掛低壓用戶停上電時間的并集，分析變壓器停電影響低壓用戶停電的戶數及明細。

表箱停電事件歸集：將有效的低壓用戶原始停電事件與低壓電網拓撲模型關聯，對同一表箱下停電時間有交集的低壓用戶停電事件進行歸集，生成表箱歸集停電事件，表箱停電的時間取其下掛低壓用戶停上電時間的并集，分析表箱停電影響低壓用戶停電的戶數及明細。

分相線路停電事件歸集：將有效的低壓用戶原始停電事件與中低壓電網拓撲模型關聯，對同一變壓器的同一相位（即分相線路）下停電時間有交集的低壓用戶停電事件進行歸集，生成分相線路歸集停電事件，分相線路停電的時間取其下掛低壓用戶停上電時間的并集，分析分相線路停電影響低壓用戶停電的戶數及明細。

2.3 低壓電網供電可靠性指標多維度統計

安徽公司按DLT 836.3-2016《供電系統供電可靠性評價規程第3部分：低壓用戶》標準，從三個方面開展低壓用戶供電可靠性指標全方位、多維度、跨區域的統計分析：一是低壓電網不同時間段（包括日、周、月、季、年）供電可靠性變化的分析；二是低壓電網不同區域（包括各級供電單位、各個區域口徑）供電可靠性對比分析；三是不同性質（包括計劃停電、故障停電）的停電事件對低壓供電可靠性影響的分析。統計指標內容有系統平均停電時間、平均供電可靠率、系統平均停電頻率、停電用戶平均停電時間、停電用戶平均停電頻率、停電用戶平均每次停電時間等。

為更好地管理電網設備，還設計了設備柔性管理功能，通過將管轄區域內的變壓器加入到變壓器自定義群組中，實現臺賬、運行數據、指標等按自定義群組進行柔性管理。

3 指標分析

安徽公司選擇合肥公司、淮南公司和蚌埠公司三家市級供電單位開展低壓用戶供電可靠性試點工作，試點單位需對試點區域進行HPLC通信改造。三家試點單位的試點區域有著較好的供電可靠性，2020年1月至6月的可靠性指標總體情況詳見表1。由表1可對比分析中低壓可靠性指標存在的差異。

表1

4 結束語

低壓可靠性信息系統通過配變停電事件、配變運行狀態、低壓用戶停電事件進行自動研判，實現低壓停電實時監測與在線分析，提升了低壓供電可靠性數據質量和指標準確度。通過運用低壓停電的分析成果，開展低壓用戶停電原因分析和停電性質研判、供電可靠性指標統計，為進一步實現對中壓用戶與低壓用戶的運行狀態、供電可靠性的關系分析，對低壓電網問題精準定位，從而減少低壓用戶停電次數，提高公司經濟效益，提升供電服務水平和用戶滿意度，實現從粗放管理向精細化管理、從經驗驅動向數據驅動的轉變，為各業務部門提供可靠性分析報告，支撐生產部門不斷優化低壓電網結構，加強電網的安全、穩定運行，提高電網的供電能力和供電質量。