大云網(wǎng) 新技術(shù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng) 正文

基于智能電表數(shù)據(jù)資產(chǎn)的配用電檢修運(yùn)維架構(gòu)設(shè)計(jì)

2018-01-25 16:37:24 電力信息與通信技術(shù) 　點(diǎn)擊量：評論 (0)

摘要：配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維的智能化是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)高效管理的重要技術(shù)手段。為了實(shí)現(xiàn)配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維的高效性和準(zhǔn)確性，提出了一種智能配用電網(wǎng)

摘要：配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維的智能化是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)高效管理的重要技術(shù)手段。為了實(shí)現(xiàn)配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維的高效性和準(zhǔn)確性，提出了一種智能配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維架構(gòu)，將高級量測體系和智能電表設(shè)備及其數(shù)據(jù)資產(chǎn)應(yīng)用于系統(tǒng)中; 分析了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配用電網(wǎng)智能運(yùn)維的技術(shù)特征及其支撐關(guān)鍵技術(shù); 基于智能電表及其數(shù)據(jù)資產(chǎn)角度，分別闡述了配用電檢修和配用電運(yùn)維應(yīng)用場景下的智能化實(shí)現(xiàn)途徑; 設(shè)計(jì)了配網(wǎng)智能運(yùn)維應(yīng)用框架，可為能源互聯(lián)網(wǎng)下配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維智能化提供應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：智能檢修與運(yùn)維; 配用電網(wǎng); 智能電表; 能源互聯(lián)網(wǎng)

0引言

配用電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶雙向?qū)崟r交互的重要組成部分之一 [1]。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，配用電網(wǎng)在運(yùn)維的規(guī)劃、建設(shè)與管理方面愈顯重要。為加快能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，推動互聯(lián)網(wǎng)與電力系統(tǒng)各領(lǐng)域的深度融合和創(chuàng)新發(fā)展，國家電網(wǎng)公司開展了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的前瞻性研究 [2]。隨著智能電網(wǎng)的持續(xù)建設(shè)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，配用電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，配用電系統(tǒng)由傳統(tǒng)單一電能分配角色轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁占㈦娔軅鬏敗㈦娔艽鎯Α㈦娔芊峙浜陀脩艋踊癁橐惑w的新型電力交換系統(tǒng)節(jié)點(diǎn) [3]。配用電網(wǎng)檢修與運(yùn)維是配用電網(wǎng)運(yùn)行管理的重要技術(shù)手段，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下如何實(shí)現(xiàn)高效的配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維技術(shù)，成為配用電網(wǎng)相關(guān)系統(tǒng)研究亟需解決的問題。

另一方面，基于智能電表的智能電網(wǎng)高級量測體系 (Advanced Metering Infrastructure, AMI) 技術(shù)在配用電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，智能電表是高級量測體系技術(shù)中基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的終端設(shè)備，是獲取配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的重要來源，可支持電力公司獲取大范圍、統(tǒng)一時標(biāo)的高頻率配用電網(wǎng)末端數(shù)據(jù) [4]。以上采集的數(shù)據(jù)能夠提供實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時的各測試點(diǎn)功率、電壓、電流等配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)信息，構(gòu)成了智能電表的重要數(shù)據(jù)資產(chǎn)。通過運(yùn)用配電網(wǎng)相關(guān)數(shù)學(xué)模型，對智能電表采集的海量信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，反推配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，借助 AMI 智能電表系統(tǒng)與配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的深入融合 [5]，可全面指導(dǎo)配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)與搶修等工作，最大限度地發(fā)揮智能電表的資產(chǎn)價值，提高配網(wǎng)運(yùn)行效率并降低運(yùn)維成本。

技術(shù)中基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的終端設(shè)備，是獲取配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的重要來源，可支持電力公司獲取大范圍、統(tǒng)一時標(biāo)的高頻率配用電網(wǎng)末端數(shù)據(jù) [4]。以上采集的數(shù)據(jù)能夠提供實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時的各測試點(diǎn)功率、電壓、電流等配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)信息，構(gòu)成了智能電表的重要數(shù)據(jù)資產(chǎn)。通過運(yùn)用配電網(wǎng)相關(guān)數(shù)學(xué)模型，對智能電表采集的海量信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，反推配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，借助 AMI 智能電表系統(tǒng)與配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的深入融合 [5]，可全面指導(dǎo)配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)與搶修等工作，最大限度地發(fā)揮智能電表的資產(chǎn)價值，提高配網(wǎng)運(yùn)行效率并降低運(yùn)維成本。

1配用電網(wǎng)智能檢修運(yùn)維技術(shù)架構(gòu)

1.1技術(shù)特征與架構(gòu)

配網(wǎng)智能檢修運(yùn)維技術(shù)特征主要體現(xiàn)在對檢修運(yùn)維配網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的自動分析和決策，具體如圖 1所示。首先，對臺區(qū)與用戶的智能電表數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理; 其次，依據(jù)運(yùn)行狀態(tài)工況數(shù)據(jù)，確定判斷規(guī)則，通過構(gòu)建配用電檢修運(yùn)行異常分析模型，進(jìn)行異常自動分析;同時采用構(gòu)建的異常分析模型，與歷史運(yùn)行異常狀態(tài)數(shù)據(jù)信息庫對比，通過對預(yù)測決策算法的訓(xùn)練與測試操作，構(gòu)建配用電網(wǎng)檢修運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測模型，最終進(jìn)行異常狀態(tài)自動預(yù)測。

圖 1 配網(wǎng)檢修運(yùn)維的自動分析與決策流程

配用電網(wǎng)智能檢修運(yùn)維技術(shù)路線圖如圖 2 所示。1)首先，從現(xiàn)有配電網(wǎng) 35 kV 以下到臺區(qū)表計(jì)線路范圍內(nèi)，采用 AMI 技術(shù)體系架構(gòu)，將 380 kV 臺區(qū)變壓器總表 ( 智能電表 ) 進(jìn)行非計(jì)量數(shù)據(jù)采集功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高頻率(5 min/ 次，每天 288 個點(diǎn)及其阻抗估計(jì)值)的配網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)信息(功率、電壓、電流)實(shí)時采集與主站傳輸。

2)其次，采用智能電表數(shù)據(jù)分析技術(shù) [4] 和人工智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) [5]，提取檢修運(yùn)維配網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的狀態(tài)特征(如回路阻抗和線路相位)，用于配網(wǎng)狀態(tài)辨識決策。

圖 2 配用電網(wǎng)智能檢修運(yùn)維技術(shù)路線圖

3)最后，參照配網(wǎng)檢修運(yùn)維典型異常狀態(tài)現(xiàn)象，分析異常現(xiàn)象與運(yùn)維狀態(tài)特征的邏輯關(guān)系，分別構(gòu)建配網(wǎng)檢修運(yùn)維的異常分析模型和狀態(tài)預(yù)測模型，通過以上模型實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)檢修運(yùn)維狀態(tài)的自動決策。

1.2技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

1)數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)。主要包括支持?jǐn)?shù)據(jù)采集的智能傳感器技術(shù) [4], 支持大規(guī)模智能電表數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲嚎s傳感技術(shù) [12]、寬帶通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù) [9]，保證智能電表數(shù)據(jù)傳輸安全的信息安全技術(shù)等 [13-15]。

2)配網(wǎng)狀態(tài)辨識技術(shù)。主要包括回路阻抗測量技術(shù) [9] 和相位檢測技術(shù) [11]，其中回路阻抗測量技術(shù)是通過計(jì)算智能電表處線路的電壓變化量和電流變化量來獲取線路負(fù)荷阻抗變化量的技術(shù)，通過線路負(fù)荷阻抗變化量可對配網(wǎng)線路狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測與識別。

3)數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)。主要包括支持海量數(shù)據(jù)處理的云計(jì)算技術(shù) [6]、支持異型數(shù)據(jù)處理的大數(shù)據(jù)技術(shù) [7-8]、支持狀態(tài)決策的諸如人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù) [4-5]。

2實(shí)例應(yīng)用分析

2.1配網(wǎng)停電智能檢修

1)現(xiàn)狀分析。現(xiàn)階段供電公司主要采用配網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)和故障報(bào)修相結(jié)合來確定配網(wǎng)故障位置，依據(jù)配網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中的告警信息判斷故障位置范圍，在分析停電規(guī)模、人員力量和搶修計(jì)劃的基礎(chǔ)上，確定搶修優(yōu)先級，計(jì)算現(xiàn)場所需人員數(shù)量、預(yù)估恢復(fù)時間和管理現(xiàn)場工作。借助配網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)停電搶修功能，實(shí)現(xiàn)停電搶修的組織調(diào)度和工單下發(fā)。由于現(xiàn)有系統(tǒng)缺乏對故障進(jìn)行分析的功能(如故障位置、性質(zhì)、影響范圍)，因此存在故障搶修響應(yīng)時間長和對系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)影響大的問題。

2)解決思路。在配網(wǎng)智能檢修運(yùn)維架構(gòu)中，可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)管理系統(tǒng)與 AMI 智能電表系統(tǒng)貫通，利用智能電表和配網(wǎng)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合分析來判斷故障位置而非范圍，判斷故障的性質(zhì)和影響范圍，可縮短響應(yīng)時間。

2.2配網(wǎng)智能運(yùn)維

1)現(xiàn)狀分析。現(xiàn)階段供電公司主要采用配網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)和人工定期巡檢相結(jié)合的運(yùn)維管理方式，依據(jù)運(yùn)維計(jì)劃表依次對配網(wǎng)線路進(jìn)行人工定期巡檢，同時按照配網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)所提供的配網(wǎng)線路運(yùn)行狀態(tài)信息，進(jìn)行不定期線路臨檢，由于涉及臨時停電檢查時需要進(jìn)行臨檢的組織調(diào)度和工單下發(fā)，因此存在增加管理組織成本、人員成本以及供電穩(wěn)定性不足等問題。

2)解決思路。在配網(wǎng)智能檢修運(yùn)維架構(gòu)中，借助智能電表海量數(shù)據(jù)可以對配用電網(wǎng)進(jìn)行有效監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)主動運(yùn)維，提高供電可靠性。借助阻抗測量的狀態(tài)評估技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對配網(wǎng)線路阻抗進(jìn)行監(jiān)測，通過對阻抗?fàn)顟B(tài)評估以及對配網(wǎng)線路運(yùn)行狀態(tài)(老化將導(dǎo)致阻抗增加)的及時識別，可以自動預(yù)測線路和設(shè)備的老化狀態(tài)，降低定期巡檢和臨檢的人工成本。同時可以對配網(wǎng)線路故障進(jìn)行預(yù)測，在線路故障前，運(yùn)維人員有足夠的應(yīng)急響應(yīng)時間。根據(jù)線路阻抗，定位線路老化或故障點(diǎn)，可提前發(fā)現(xiàn)故障類型并定位，及時安排現(xiàn)場檢修，減少設(shè)備故障率，提升工作效率和線路可靠性。

因此，一個基于數(shù)字運(yùn)維和智能工業(yè)服務(wù)框架，典型的配網(wǎng)智能檢修運(yùn)維應(yīng)用架構(gòu)如圖 3 所示。

圖 3 配網(wǎng)智能檢修運(yùn)維應(yīng)用架構(gòu)

3結(jié)語

智能電表是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性資產(chǎn)，是獲取配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的重要來源。通過開展智能電表的非計(jì)量功能及其數(shù)據(jù)資產(chǎn)的相關(guān)分析深度應(yīng)用，利用配網(wǎng)數(shù)學(xué)模型，對智能電表采集的海量信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，反推配網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，借助 AMI 智能電表系統(tǒng)與配網(wǎng)管理系統(tǒng)的深度融合，全面指導(dǎo)配網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)與搶修等工作，可最大限度發(fā)揮智能電表的資產(chǎn)價值，提高配網(wǎng)運(yùn)行效率和降低運(yùn)維成本。本文在分析配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維的智能化技術(shù)特征基礎(chǔ)上，從智能電表設(shè)備及其數(shù)據(jù)資產(chǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)了配網(wǎng)智能運(yùn)維應(yīng)用框架，為能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配用電網(wǎng)檢修運(yùn)維提供了一定的技術(shù)應(yīng)用參考。

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作者簡介：

祁兵(1965–)，男，遼寧遼陽人，碩士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏π畔⑼ㄐ排c智能用電;

王朝亮(1986–)，男，河北邢臺人，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娏τ?jì)量及用電信息采集;

陸俊(1976–)，男，云南廣南人，通訊作者，博士，副教授，從事信息處理理論、電力通信和通信網(wǎng)絡(luò)方面的研究工作;

王星星(1993–)，男，內(nèi)蒙古包頭人，碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄苡秒?

崔高穎(1980–)，女，江蘇南京人，博士，高級工程師，研究方向?yàn)?a href="http://m.zuoguai.cn/yqxxh/" target="_blank" class="keylink">電力信息化和智能用電技術(shù)。

責(zé)任編輯：lixin

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