智能配电网电能质量监测与运行状态管控典型场景辅助决策技术研究

国网福建省电力有限公司 吴敏辉 黄 杰

智能配电网电能质量监测与运行状态管控典型场景辅助决策技术研究

国网福建省电力有限公司 吴敏辉 黄 杰

为了全面掌握配电网运行状态，指导电网运行、建设与改造，对配电网运行的健康状态评价进行深入研究，找出配电网运行中的薄弱环节，本文应用了电网运行状态、评价及辅助决策的相关知识，就运行状态综合监测终端、构建管控模式、典型场景辅助决策关键技术进行了研究。

电能质量；运行状态；监测；状态管控；数据分析

1 研究背景

电力系统是我国经济发展腾飞的必要保证，电力网的持续健康安全经济运行可以为我国基础产业的发展和高精尖科技产业的提升和加速提供源源不断的动力。而在整个电力网里面，配电网的配电可靠性和供电质量将直接关系到电网的安全稳定和社会的正常秩序，能够影响到人们的正常生活。配电网结构复杂，与用户直接相关，拥有大量的供电设备和用户用电设备。

配电网是电力系统的最后一个环节，其作用至关重要。它是实现电力公司优质供电，合理安全地将能源从输电网接收进来然后通过变压器和配电网络传输给各种电力客户的重要环节。由于配电网的重要性，它的建设和完善一直都是任何城市或者农村的管理工作重点，也是投资兴建的热点。城市发展越来越快，各种高楼大厦、工厂不断兴建，供电的用户面也越来越大，也有越来越多的用户需要对配电网的供电质量提出更高的要求，配电网络的线路也越来越复杂，精密的供电设备越来越多，通讯交换方式越来越复杂，面对这样庞大繁杂的大信息的交换和剖析、快速存储和集成处理，必须加大对配电网的管理。

当前，智能电网已成为世界各国电力行业的研究热点。根据我国电网实际情况，国网公司提出了“坚强智能电网"的概念。“坚强智能电网”以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流"的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。

随着智能电网建设的深入，传统的电网运行管理模式已不适应现代电网建设的发展。早在2010年，国网公司两会就提出了“三集五大”这一全新概念。其中“大运行”重点是在确保安全的基础上，对现有电网调度和设备运行集控功能实施集约融合、统一管理，促进各级调度一体化运作，完善相应的工作制度、业务流程、标准体系和技术手段。在今后的“大运行”体系的构建中，优化原有电网运行模式，变革原有生产运行组织架构、创新管理方式、优化业务流程，对于实现企业管理由条块分割向协同统一、分散粗放向集中精益方式的根本性转变至关重要。

2 研究目的

为了有效利用企业积累的海量数据，实现信息系统由面向信息统计转向辅助决策支持，本文以提升配电网精益化管理为出发点，以实现配电网电能质量监测和运行状态的管控为目标，建立运行状态管控，重点突破运行状态综合监测、闭环管控与辅助决策等关键技术，研究配电网运行状态管控辅助决策支持系统、综合监测终端等关键软硬件，支撑配电网各业务环节闭环管控与协同发展，提升配电网电能质量精益化管理水平。

3 研究意义

从配电网运行状态的综合监测需求出发，提出实现配电网系统运行状态、装备状态及环境信息的综合监测技术方案，研究配电网运行状态综合监测装置，形成综合监测功能优化配置模式，为配电网运行状态管控提供有效的技术支撑手段。

综合运用配电网运行状态管控，提出配电终端缺陷挖掘、配电自动化建设应用提升等方面的辅助决策分析方法，研究配电网运行状态管控辅助决策支持系统，充分挖掘利用运行状态综合信息价值，为公司配电网精益化管理与闭环管控提供辅助决策支持手段。

4 研究内容

4.1 配电网运行状态综合监测终端研究内容

配电网运行状态关键信息获取的技术实现模式主要通过两个手段进行获取相应的配电网关键信息。

图1 运监系统整体业务蓝图

通过webservice接口方式引入配网GIS地理信息系统中的变电站、馈电线、变压器、开关、电线杆等设备的地理位置信息形成相应拓扑结构图反映在本文研究的配电网状态分析软件平台的轻量级图形引擎上；通过webservice接口方式导入营销系统把变电站、馈电线、变压器、开关、电线杆等设备的电气性能参数反映在拓扑结构图的各个节点上；通过webservice接口方式导入配网负控系统和电能量采集系统中的的配电业务数据自动生成网络负载分布情况。

通过在馈线线路中安装综合监测终端设备，用于监测采集馈线线路、馈线开关、环网柜、环境状态等运行数据信息，并将综合监测终端设备采集的运行数据信息通过GPRS通讯方式传送至配电网状态分析软件平台。

以上通过接口方式的导入及本文研究的综合监测终端采集接收的数据，可以充分体现配网馈线的用电特性并自动生成网络负载分布情况及潮流分布情况，潮流流向分布情况和负载分布数据将存储在配电网状态分析软件平台上作为分析的基础数据。关键的数据包含如下：

4.1.1 开关的开合状态

10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电事件记录数据。

4.1.2 配电变压器运行工况

低压侧三相电压、电流采样值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能、电压、电流的最大值、最小值及其出现时间，供电中断时间及恢复时间等事件记录等数据。

4.1.3 开闭所（站）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据。

4.1.4 馈线线路节点的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等信息。

4.1.5 环境状态的监测数据。主要是采集当地的温度、湿度、风速等数据。

4.2 配电网运行状态管控典型场景辅助决策研究内容

配电网具有结构复杂、设备量大、运行管控手段弱等特点。通过监视设备的异常情况和采取的应对措施、实时统计二次设备及日常运维、监督管理重点工作开展情况以及在线跟踪获取配电网运行参数，并对配电网运行薄弱环节进行预警。通过平台可以了解福建全省配电网的电网及设备运行状态，统计汇总及分析电网隐患、设备缺陷，为公司配电自动化运行管控的建设应用提升辅助决策支持手段，从而实现专业管控。

4.2.1 实时在线监视分析

对配电网图形、模型、采集数据的集中监管，实现全省配电网及设备运行情况的实时监视，对配网运行异常及故障实时告警。

4.2.2 大面积停电转供电分析

目前配电自动化系统已经展开了变电站调控信息、公（专）变数据、故障指示器设备接入及故障研判等工作，综合应用多元信息及配网拓扑，在大面积停电下的对重要用户实现转供电辅助分析，并提交执行方案，实现自动或人工快速恢复供电。

4.2.3 应急实时统计

在省级监视角度，发生大规模电网故障时，从防震减灾、应急指挥等角度，可以实时了解灾害现状，进行穿透分析，给出当前电网偏离安全运行状态的程度，实现9地市故障数量、失电负荷等的实时汇总统计。

4.2.4 调度监管

从数据质量、电网异常、运维缺陷、运行状态等角度对配电主站进行深化分析，加强数据质量管控、管理规范化、运维精细化，保障电网安全运行。

4.2.5 风险评估

通过风险点分析以及灾害情况统计应用，在线跟踪获取配电网运行参数，并对配电网运行薄弱环节进行预警。

5 运营监测系统的实现

运营监测系统初步实现国网公司运营的在线监测、在线计算、在线分析。在线监测主要是通过配电网运行状态综合监测终端的数据接入和已有系统的数据接入，结合预警规则和阈值、监测模型、历史数据进行实时计算，高效、顺畅地展示计算结果、预警信息，进行及时分析，其特点是数据量大、逻辑复杂、实时性强，满足数据处理从“定期、低速、大量”到“实时、高速、海量”，业务监控从“事后、线下、结果”到“事中、线上、过程”的要求。

在线计算围绕海量数据，结合历史经验和当前状况，及时高效地形成相应的预警、决策指标信息进行展示，以便进行更深层次的监测、分析处理，从而实现事中的风险控制。

在线监测根据在线计算的结果和预警规则自动生成监测预警信息主动推送到监测桌面，并进行下一步的关联监测分析和跟踪，实现监测的自动化或半自动化处理。

在线分析基于在线计算和在线监测的结果或某项业务的监测需求，对实时数据、历史数据运用分析模型、预测算法等进行挖掘分析，实现对业务活动的即时分析，业务发展的趋势预测。

通过以上三个“在线”，有效支撑运监具体业务管控工作的开展，其整体业务蓝图如图1所示：

通过三个“在线”基本实现了对总部、省（市）及地市三级中心的日常监测、分析和展示工作的支撑。结合各级运营监测（控）中心的管理定位和实际业务需要，以“试点建设，重点推广”的方式，拓展、构建涉及关键业务和核心资源的多类分析模型，完善EVA及量本利、电网线损、电网输变电工程造价、资产质量指数、服务渠道利用效率等涉及关键业务和核心资源的分析模型，建设以分析主题为核心的分析模型库，实现分析业务需求模型的灵活配置、快速构建，支撑辅助运营分析和辅助决策，提升企业运营管理水平，初步实现运营分析业务的在线分析和辅助决策，提升企业运营分析水平。

6 创新点

6.1 建立覆盖全省地、县级配电网运行状态管控平台

通过融合服务器虚拟化技术，实现支撑配电网地调度状态管控的高可靠性、高性能的基础平台，并研发了分布式终端采集通讯支持软件、地县一体化信息分区维护和分区监控软件，实现地、县之间的资源共享和一体化管理，全面掌握地、县级配电网运行动态，高效、低成本的解决县级配电网“盲调”问题。

6.2 形成地市配电系统智能化数据考核机制

采用分布式系统架构，实现多系统、跨专业、多数据，覆盖配电网多个风险、多个环节的综合诊断，框架灵活，扩展灵活；结合地市配电自动化系统运行情况、重点工作推进过程等实际应用，提出多项关键指标，在调控机构实现对地市配电系统的多层次评价及考核；建立缺陷跟踪机制，实现问题在线化管理，开辟了新的地市问题反馈、汇总途径。

7 结束语

通过对智能配电网运行状态进行标准化管理，可以大大降低信息系统集成的复杂性，提高配网管理的规范化、精细化水平。标准化配网管理的实现，不仅需要电力信息系统的建设上满足信息集成的要求，还需要不断完善我国的电力行业标准和企业标准，以保证电力健康、可持续发展；改变传统管理模式，不断进行体制的创新和管理的变革，以适应激烈的市场竞争加强作为生产手段的配网设备管理以实现设备的全生命周期管理;进一步加强配网管理信息系统的深度，面向信息统计转向辅助决策支持。

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