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)的配用電檢修運維架構(gòu)設(shè)計

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

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

摘要：配用電網(wǎng)檢修運維的智能化是實現(xiàn)電網(wǎng)高效管理的重要技術(shù)手段。為了實現(xiàn)配用電網(wǎng)檢修運維的高效性和準確性，提出了一種智能配用電網(wǎng)檢修運維架構(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維應(yīng)用場景下的智能化實現(xiàn)途徑; 設(shè)計了配網(wǎng)智能運維應(yīng)用框架，可為能源互聯(lián)網(wǎng)下配用電網(wǎng)檢修運維智能化提供應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：智能檢修與運維; 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)模不斷擴大、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復雜，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 [3]。配用電網(wǎng)檢修與運維是配用電網(wǎng)運行管理的重要技術(shù)手段，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下如何實現(xiàn)高效的配用電網(wǎng)檢修運維技術(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)能夠提供實時或準實時的各測試點功率、電壓、電流等配電網(wǎng)運行參數(shù)信息，構(gòu)成了智能電表的重要數(shù)據(jù)資產(chǎn)。通過運用配電網(wǎng)相關(guān)數(shù)學模型，對智能電表采集的海量信息進行大數(shù)據(jù)分析，反推配電網(wǎng)運行參數(shù)和運行狀態(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]，可全面指導配電網(wǎng)運行維護與搶修等工作，最大限度地發(fā)揮智能電表的資產(chǎn)價值，提高配網(wǎng)運行效率并降低運維成本。

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)能夠提供實時或準實時的各測試點功率、電壓、電流等配電網(wǎng)運行參數(shù)信息，構(gòu)成了智能電表的重要數(shù)據(jù)資產(chǎn)。通過運用配電網(wǎng)相關(guān)數(shù)學模型，對智能電表采集的海量信息進行大數(shù)據(jù)分析，反推配電網(wǎng)運行參數(shù)和運行狀態(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]，可全面指導配電網(wǎng)運行維護與搶修等工作，最大限度地發(fā)揮智能電表的資產(chǎn)價值，提高配網(wǎng)運行效率并降低運維成本。

1配用電網(wǎng)智能檢修運維技術(shù)架構(gòu)

1.1技術(shù)特征與架構(gòu)

配網(wǎng)智能檢修運維技術(shù)特征主要體現(xiàn)在對檢修運維配網(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)進行預處理; 其次，依據(jù)運行狀態(tài)工況數(shù)據(jù)，確定判斷規(guī)則，通過構(gòu)建配用電檢修運行異常分析模型，進行異常自動分析;同時采用構(gòu)建的異常分析模型，與歷史運行異常狀態(tài)數(shù)據(jù)信息庫對比，通過對預測決策算法的訓練與測試操作，構(gòu)建配用電網(wǎng)檢修運行狀態(tài)預測模型，最終進行異常狀態(tài)自動預測。

圖 1 配網(wǎng)檢修運維的自動分析與決策流程

配用電網(wǎng)智能檢修運維技術(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 ) 進行非計量數(shù)據(jù)采集功能擴展，實現(xiàn)大規(guī)模高頻率(5 min/ 次，每天 288 個點及其阻抗估計值)的配網(wǎng)運行參數(shù)信息(功率、電壓、電流)實時采集與主站傳輸。

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)智能檢修運維技術(shù)路線圖

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

1.2技術(shù)架構(gòu)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

1)數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)。主要包括支持數(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荷阻抗變化量的技術(shù)，通過線路負荷阻抗變化量可對配網(wǎng)線路狀態(tài)實現(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)和深度學習等人工智能技術(shù) [4-5]。

2實例應(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、人員力量和搶修計劃的基礎(chǔ)上，確定搶修優(yōu)先級，計算現(xiàn)場所需人員數(shù)量、預估恢復時間和管理現(xiàn)場工作。借助配網(wǎng)管理系統(tǒng)實現(xiàn)停電搶修功能，實現(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)運行指標影響大的問題。

2)解決思路。在配網(wǎng)智能檢修運維架構(gòu)中，可實現(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)合的運維管理方式，依據(jù)運維計劃表依次對配網(wǎng)線路進行人工定期巡檢，同時按照配網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)所提供的配網(wǎng)線路運行狀態(tài)信息，進行不定期線路臨檢，由于涉及臨時停電檢查時需要進行臨檢的組織調(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)進行有效監(jiān)測，從而實現(xiàn)主動運維，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)線路阻抗進行監(jiān)測，通過對阻抗狀態(tài)評估以及對配網(wǎng)線路運行狀態(tài)(老化將導致阻抗增加)的及時識別，可以自動預測線路和設(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)線路故障進行預測，在線路故障前，運維人員有足夠的應(yīng)急響應(yīng)時間。根據(jù)線路阻抗，定位線路老化或故障點，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)字運維和智能工業(yè)服務(wù)框架，典型的配網(wǎng)智能檢修運維應(yīng)用架構(gòu)如圖 3 所示。

圖 3 配網(wǎng)智能檢修運維應(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)運行數(shù)據(jù)的重要來源。通過開展智能電表的非計量功能及其數(shù)據(jù)資產(chǎn)的相關(guān)分析深度應(yīng)用，利用配網(wǎng)數(shù)學模型，對智能電表采集的海量信息進行大數(shù)據(jù)分析，反推配網(wǎng)運行參數(shù)和運行狀態(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，全面指導配網(wǎng)運行維護與搶修等工作，可最大限度發(fā)揮智能電表的資產(chǎn)價值，提高配網(wǎng)運行效率和降低運維成本。本文在分析配用電網(wǎng)檢修運維的智能化技術(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)計了配網(wǎng)智能運維應(yīng)用框架，為能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配用電網(wǎng)檢修運維提供了一定的技術(shù)應(yīng)用參考。

參考文獻：

[1] 蒲天驕, 劉克文, 陳乃仕, 等. 基于主動配電網(wǎng)的城市能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國電機工程學報, 2015,35(14): 3511-3521.

[2] 李迪, 耿亮, 佟大力, 等. 互聯(lián)網(wǎng)與能源融合背景下電力信息通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和方向[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2015,13(7): 1-7.

[3] 王羿. 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信架構(gòu)體系研究[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2015, 13(7): 15-21.

[4] 欒文鵬, 余貽鑫, 王兵. AMI數(shù)據(jù)分析方法[J]. 中國電機工程學報, 2015, 35(1): 29-36.

[5] ZOBAA A, VACCARO A, LAI L L. Enabling technologies and methodologies for knowledge discovery and data mining in smart grids[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2016,12(2): 820-823.

[6] 莊緒強. 基于云計算技術(shù)的用戶用電智能分析技術(shù)研究[J]. 自動化與儀器儀表, 2016(2): 187-189.

[7] 張東霞, 邱才明, 王曉蓉, 等. 全球能源互聯(lián)網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2016, 14(3): 20-24.

[8] 饒瑋, 蔣靜, 周愛華, 等. 面向全球能源互聯(lián)網(wǎng)的電力大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)體系架構(gòu)和標準體系研究[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2016,14(4): 1-8.

[9] YAN Y, QIAN Y, SHARIF H, et al. A survey on smart grid communication infrastructures: motivations, requirements and challenges[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2013,15(1): 5-20.

[10] 顏偉, 段磊, 楊煥燕, 等. 基于智能電表量測的三相四線制配網(wǎng)抗差估計[J]. 中國電機工程學報, 2015, 15(8): 1622-1629.

[11] 侯雨伸. 計及AMI 量測的配網(wǎng)狀態(tài)估計與 AMI 優(yōu)化選址研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學, 2012.

[12] CANDÈS E J, ROMBERG J, TAO T. Robust uncertainty principles: exact signal reconstruction from highly incomplete frequency information[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2006, 52(2): 489-509.

[13] 梁建權(quán), 金顯吉, 佟為明, 等. 高級量測體系中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2016, 40(19): 119-126.

[14] 鄧攀, 韓光輝, 范波, 等. 一種智能電表的安全通信方案[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2015, 13(2): 16-20.

[15] 翟峰, 徐薇, 馮云, 等. 面向智能電表隱私保護方案的改進Paillier算法設(shè)計[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2016, 14(12): 52-57.I 優(yōu)化選址研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學, 2012.

[12] CANDÈS E J, ROMBERG J, TAO T. Robust uncertainty principles: exact signal reconstruction from highly incomplete

frequency information[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2006, 52(2): 489-509.

[13] 梁建權(quán), 金顯吉, 佟為明, 等. 高級量測體系中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2016, 40(19): 119-126.

[14] 鄧攀, 韓光輝, 范波, 等. 一種智能電表的安全通信方案[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2015, 13(2): 16-20.

[15] 翟峰, 徐薇, 馮云, 等. 面向智能電表隱私保護方案的改進Paillier算法設(shè)計[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2016, 14(12): 52-57.

作者簡介：

祁兵(1965–)，男，遼寧遼陽人，碩士，教授，博士生導師，研究方向為電力信息通信與智能用電;

王朝亮(1986–)，男，河北邢臺人，碩士，工程師，研究方向為電力計量及用電信息采集;

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;