基于數據應用的智慧配電房建設方法

程智遠，陳東俞，彭巧環

（廣州市奔流電力科技有限公司，廣州 510760）

0 引言

配電房作為電網中最末端配置，發揮著傳輸和分配電能的重要作用，也是新型配電系統發展的核心環節[1]。在城市中配電房是分布最為廣泛也是最接近用戶端的電力設施之一，傳統的配電房管理都是通過人工巡查和定時檢查來完成，這使得配電房存在的安全隱患不能及時得到排除，只有發生問題的時候才能夠發現。所以對配電房進行智能化升級是當前配用電技術發展的必然趨勢[2]。通過遠程控制來完成對用電數據的監測，并且實現數據的預警、查詢、監控、預警及綜合展示功能，這種配電房的使用不僅提高了供電效率，還極大的保證電網安全。

當前關于智能配電房方面的研究主要都是圍繞智能配電房總體設計建設方案展開描述[3-5]，其通過整體介紹的方式對智能配電房方案中的通信系統、安防監控系統與環境系統等進行綜合的描述，其中劉沖等[4]描述通過部署軌道機器人實現了智能配電房的無人運維模式；喻金[6]和高小容[7]都是從物聯網技術角度描述了智能配電房的建設要點，其中喻金[6]通過一個傳統配電房智能化改造實例，詳細闡述了配電房智能化技術及應用需要完成的步驟；高小容[7]從物聯網傳感技術應用的角度總體上描述了智能配電房的設計要點。宋光華[8]則是結合廣州地區的環境特點，重點從配電房監控系統的總體要求和主要功能方面針對性的進行描述。

上述文獻都是圍繞著智能配電房的總體設計建設方案展開描述，只是個別文獻描述時重點選取了設計方案中的一個點進行闡述，但是總體上文獻中描述的內容更多局限于一種從硬件角度出發的配電房建設方案，缺少或是根本沒有從軟件和數據應用的角度來闡述如何最大化的發揮配電房的應用價值，在當前大數據應用的時代[9]，如何利用配電房運行過程中產生的海量數據，并且如何將海量的電力數據跳出電力的圈子，從而實現其更大的價值是本文重點要闡述的內容。

1 當前配電房數據應用特征分析

隨著電力技術的不斷發展，現階段配電房已朝著數據智能應用的方向發展，配電房已從傳統模式發展為智能模式[10]，很多電力企業都展開了對智能配電房的研究，研究重點集中在配電房環境監測與設備聯動、配電房運行數據與設備狀態的采集等方面。相對于配電房的傳統運行方式，已開始的研究主要對配電房當前遇到的防盜安全問題和運行數據與設備狀態監視的空缺點，但是在數據應用等方面仍有欠缺，無法將海量的電網運行數據進行有效的應用，且服務于用戶，服務于電力運營商。

在當前提出的智能配電房方案中，普遍的方案中提供了不同應用程序的部署方式且提供了較為豐富的不同設備間的規約轉換與互通功能，重點提供了以視頻圖像識別等方式實現對配電房環境與使用過程的實時告警與信息上送；更為高級的方案在上述方案的基礎上結合當前較為先進的數字孿生技術，通過數據建模，構建了與真實場景無縫匹配的虛擬配電房，為運維人員提供了更為直觀的方式來查看配電房的運行狀態。上述兩種方案還主要是圍繞著配電房運行數據與狀態的展示，通過建模等方式提供給運維人員更為直觀的使用體驗，相較于傳統配電房的使用體驗已有了很大的提高，但是在數據應用的角度仍存在較大的可提高空間。

2 智慧配電房方案說明

相對于智能配電房更多注重數據展示與提高交互體驗的建設方案重點，本文提出提高數據應用程度的智慧配電房方案，即可將智慧配電房描述為：具有傳輸與分配電能，含有各式傳感器與數據采集終端，完成電網運行數據狀態采集功能，更具有自主計算、分析思考能力，可對電力調度和用戶用電給出指導建議的載體與平臺，可獨立或受控完成區域內電量使用的優化決策。智慧配電房可對各類智能設備采集的數據進行匯總、分析，結合獨特的邏輯處理方式給出合適的用電解決方案。使配網中各組成部分能高效、有機的聯動，讓用戶、電力公司、電力設備制造商和地方政府4 個方面實現智慧交互。

2.1 智慧配電房要解決的問題

傳統配電房在日常運維中普遍存在被動運維的情況，即一般當出現問題的時候運維人員根據客戶投訴或是主站監控獲知故障，從而被動的去完成運維。針對此，智能配電房的建設方案中重點對視頻監控，設備狀態監控和配電房實時運行數據的展示進行了詳細的方案說明，這些改進還是基于傳統配電房出現的問題進行了相對針對性的改善。對于當前在通信和傳感器技術快速發展的時代，更多的數據應用方式在互聯網行業得到了快速的發展，這些應用的基礎在于產生于日常生活中的大數據。基于這樣的思想，本文從數據應用的角度認為當前配電房方案中需要解決的問題如下。

（1）數據使用者的局限性

從進入互聯網時代開始，種類繁多，應用廣泛，提供五花八門服務的互聯網應用如雨后春筍不斷進入到普通百姓的生活中，通過這些應用，體會到了互聯網給生活帶來的巨大變化和便利性，由此因大量使用者的參與也進一步推動了互聯網應用的發展。這樣的發展模式的驅動力在于數據或是應用的使用者是數以億計的用戶，依靠海量的使用者形成了巨大的“流量”，從而實現應用的價值而后帶來更為直觀的經濟價值。

當前對于配電網運行過程中產生的各類數據，不斷優化的展示方式和提供的常規的應用，面向的對象仍是電力運維人員，如何擴展數據的使用者但是又不影響電力系統的穩定性是智慧配電房數據應用方案中要解決的問題。

（2）控制對象的局限性

當前基于配電房在電力系統中承擔的角色特點，其可控制的對象較為局限，甚至沒有需要控制的對象，配電房更多的是作為配電設備和數據采集的物理載體。當前隨著建設以新能源為主體的新型電力系統的快速發展，配電房的用途不再是輸出分配電能，還要承擔接收電能的任務，智慧配電房方案中期望配電房是具有區域內自主思考能力的可實施控制能力的載體，在滿足一定硬件基礎的原則下，這樣的能力通過靈活部署不同的應用完成，從而解決當前配電房控制的局限性。

2.2 智慧配電房數據應用說明

針對當前普遍的對于配電房智能化研究的特點，并進一步解決上述2.1節中提出的兩個局限性，本文從提高數據應用程度的方向提出了一種智慧配電房數據應用的建設方案。智慧配電房充分發揮其終端的作用，可以更加感知用戶的用電習慣，成為為用戶提供高級服務的一個載體與平臺，這些高級的服務可以讓用戶發現自身用電的問題，指導用電習慣，節約用電成本，并提高配電房的控制能力[11]。智慧配電房服務的對象不再局限于電力線兩端的電網公司和電力用戶，可擴展到電力設備制造商及更為高級的電力大數據服務商。

隨著互聯網通信技術和存儲技術的發展，大規模數據的傳輸與存儲，物物之間的互聯已經不是遏制高級應用發展的瓶頸，泛在物聯在電力行業已開始落地[12-13]，思考如何更為有效地發揮配電房的終端效應，賦予配電房成為具有高級服務功能的載體和平臺是提高數據應用的目標。

從數據應用的角度，系統總體結構如圖1 所示。圖中，總體結構由下而上分為3 層，最下層定義為“數據采集/狀態采集/控制”，主要完成配電房內各運行數據采集（交流采樣，直流采樣等）、設備狀態數據（室內各柜體內的設備等運行狀態采集）、環境運行數據（溫濕度，電磁環境等）、配電房內其他狀態（門禁狀態、水浸狀態等）。進一步該層根據需要可以延伸出配電房，將采集終端部署到配電柜和關鍵監控點。該層采集完成的數據通過4G、5G 等無線或有線網絡上送到“數據應用”層，同時該層設備接收來自“數據應用”層的控制信號，完成就地的協同控制；中間層為“數據應用”層，是系統的大腦也是提高數據應用的主要體現，對最下層采集等裝置上送的數據進行數據存儲與轉發，數據轉發過程可根據電網安全運行需要對轉發數據進行安全過濾，一來可以為大數據應用提供支持，二來也保證了電網運行的安全性與數據保密性，同時該層以較為獨立的模塊化方式部署各種服務應用程序，可根據數據應用深度的不同，將應用分為基礎應用和高級應用兩類，兩類應用的部署可根據安全需要從硬件和軟件層面隔離，進步保證數據應用的安全性與獨立性。其中基礎應用和高級應用示例如表1～2所示。

圖1 系統總體結構Fig.1 Structure diagram of the system

表1 基礎應用說明Tab.1 Basic application description

以表2 中描述的“設備運行狀態評估”和“區域協調應用”兩個模塊為例，其中“設備運行狀態評估”模塊是典型的將電網運行數據衍生應用的方式，該應用將電網運行數據的面向對象擴展到電力設備的生產廠家，有利于設備生產廠家發現設備可能存在的隱性問題，并可為電力系統內部設備招標提供較為客觀的產品可靠性評估依據。“區域協調應用”模塊靈活解決當前電力應用環境逐步從單向用電模式到雙向用電模式帶來的不確定性，不同區域內的電力設施可就近完成互助邏輯的檢測與運行，在正常電力調度或是故障恢復中發揮“邊緣”效應，快速地完成相應的控制操作。

表2 高級應用說明Tab.2 Advanced application description

該層在高級應用中可根據不同的需要部署相應的應用，從而服務于不同的客戶。將海量的配網運行數據不再局限于電力系統的內部，期望衍生出更多的使用價值和經濟價值。

系統中最上層為“人機交互”層，提供基于App 與網頁端的人機交互界面，并提供有各類實時的消息通知功能，同時對不同等級的告警等信息進行管理。系統可根據不同的使用對象，推送不同的數據信息，從而將細分后的使用對象場景真正落地。

3 結束語

配電房作為終端電力設備，其作用被忽視，隨著當前通信技術、網絡技術、傳感器技術的發展，數據的采集效率和傳輸效率大大提高，吸取當前互聯網應用快速發展的經驗，通過提供不同數據應用，進一步挖掘不同數據的使用者，并針對當前新型電力系統建設的特點，通過靈活部署的應用提高了配電房參與控制的能力。通過軟件的思路拓展配網數據的應用方向，并提高配電房參與電力運行控制的能力。希望借助本文提出的想法，一來提升配網運行數據的應用價值，二來充分發揮配電房的終端效應，使其成為連接供電公司與用戶的紐帶，成為為各類用戶提供高級應用與服務的載體與平臺。