基于电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测技术研究及应用

季良丹 杨敏红 陈蕾

摘 要：现如今，国网输电网络由于缺乏统一的规划与标准，造成设备分散、数量多，特别容易形成数据孤岛，让各个功能分散，且相互之间协调困难。在日常运维中的工作量也十分巨大，由此造成了独立系统之间数据无法共享。通过搭建基于主配网一体化的智能调度技术支持平台，能够实现统一主配网电网模型，消除信息孤岛；以运行服务总线和数据中心的支撑平台为基础，搭建集合发电、输电、变电、配电、用电全过程为一体的数据运行平台；着重就主配网故障信息的综合智能判断、主配网转供能力分析、主配网一体化的供电电源智能动态识别及供电范围分析等主配网一体化故障检测为一体的系统设计；实现业务横向协同、纵向贯通；有效的解决现有系统的分散建设、功能分散、信息孤岛、主配网相互之间协调困难等问题。

关键词：电网大数据；标准化；主配网；一体化；故障检测

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0183-02

1 立题意义、国内外技术现状与发展趋势

近年来，随着配电网网规模的快速发展以及配电网设备质量要求的迅速提升，配电网设备的定期检修制度已不适应电网及设备的管理要求。针对不同设备的具体情况，充分利用配电网设备在线监测系统、巡检、各种试验、检修辅助决策系统等手段，开展科学的配电网网监测和故障检测势在必行。电网公司已建成了配电网设备运维基层平台，运行单位逐步结合巡检开展了状态监测，分别覆盖设备管理从建设、运维、检修、监测与监控等各个环节的业务。虽然信息化建设开发的运维基层平台对配电网设备监测和故障检测起到了积极作用，但也暴露出以下方面问题：

（1）缺乏专门针对配电网设备健康状态移动检测与检测技术相结合的数据平台，设备健康状态的总体检测与评价不够。

目前，运行单位逐步结合巡视开展了状态监测，从设备管理、建设、运维、检修、监测与监控等各个环节，已收集了大量的配电网设备相关数据。但针对配电网设备健康状态监测的数据研究的专业化不强，缺乏大数据整合分析、健康检测、状态评价的平台，数据分类还很薄弱，缺乏从状态评价需要的高度进行专项开发，特别是对不同类别，不同单位设备共性、普遍性的东西考虑较少，缺乏整体研究和描述，更没有专家检测方法的研究与应用。

（2）配电网设备状态数据信息模型有待建设。目前还没有建立基于配电网设备状态的数据信息模型，仍需要建立配电网运行状态评估模型、风险评估模型以及经济评估模型，提出配电网设备状态、风险、经济等多维度的科学评价方法。难以通过计算机系统实现各类设备数据的统计分析、状态评估、故障预测等高级应用功能。

2 国内外研究水平的现状和发展趋势

2.1 国外研究机构对本课题的研究情况

国外不少研究机构对电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测技术开始了积极的研究。1970年开始，美国的杜邦公司（I.D.Ouinn）就首先提出了配电网设备状态检修概念。八十年代开始，日本和许多欧洲国家都开始了对检修体制的改革，其发展趋势均为状态检修。例如 Integrated Maintenance System软件系统，就应用了Intranet、Internet和GIS（地理信息系统等新型计算机技术，较为明显地改变和提高了配电网设备的监督管理水平。但是国外在局部放电在线监测和集成化管理、设备健康状态监测集成化平台化的研究较少。虽然美国和日本对“云计算”政府信息平台建设进行了大规模的投资，但尚未有基于电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测技术研究见于报道。

2.2 国内研究机构对本课题的研究情况

在国内，河北、山东、浙江、江苏、湖北等电力公司开展了配电网设备状态检修试点工作，支撑和推动了当地的配电网网设备状态检修工作。福建省内部分城市开展了一些配电网网设备状态检修的初步工作，但总体水平相对滞后，处于起步阶段。目前还没有建立基于配电网设备状态的数据信息模型，需要建立一套关于配电网运行状态评估模型、风险评估模型以及经济评估模型体系，提出配电网设备安装状态、风险、经济等多维度的科学评价方法。在局部放电在线监测和集成化管理、设备健康状态监测集成化平台化方面的研究较少。尚未有基于电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测技术研究见于报道。

3 主要技术（理论）难点

（1）与电网公司现有的相关设备数据通讯。项目在多种装置通讯方式的解析上，面临着多种检测方式、检测装置、厂家、通讯协议，造成在多种检测通讯方式解析过程中较大的工作量，同时，由于各厂家协议开发程度不同，又给各通讯方式解析带来了一点困难。在项目实施过程中，本项目会与各检测装置厂家进行技术交流，保证各仪器检测通讯方式的统一，减低通讯方式解析风险。

（2）各类检测数据算法的解析。由于本身项目设计的算法的跨专业性与集成性，需要对各类检测算法进行深入分析，因此本项目的具体实施过程，需要和有一定研发能力、有配电网设备检测经验的厂家合作完成，保证各类检测算法的有效性，避免智能检测终端，仅完成数据采集，而无法进行数据高级分析的处境。

（3）检测技术模型的建立。诊断技术模型的建立包括研建立配电网设备健康状态评估模型、风险评估模型以及经济评估模型，提出配电网设备按照状态、风险、经济等多维度进行评估的科学评价方法。

4 基于物联网应用技术

物联网技术是在互联网技术上延伸而成的新型网络技术，可以通过互聯网将网络延伸到任何物品之间，实现物品之间的即时数据交换和通讯。所以，所谓物联网技术是指运用射频识别技术（RFID）、红外感应器等硬件设备，搜集信息并将信息传递给设备，然后按照网络传输协议，实现任何物品之间的数据项链，进行数据交换和通信。最终，通过物联网技术，实现智能化定位、识别、跟踪、监控和管理，这一新型技术统称为物联网技术。

5 基于国网设备大数据存储

大数据（big data），或称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。大数据分析相比于传统的数据仓库应用，具有数据量大、查询分析复杂等特点。国网设备大数据有以下特点：

（1）数据体量巨大。从TB级别，跃升到PB级别。

（2）数据类型繁多。网络日志、视频、图片、地理位置信息等等。

（3）处理速度快。可从各种类型的数据中快速获得高价值的信息，这一点也是和传统的数据挖掘技术有着本质的不同。

（4）只要合理利用数据并对其进行正确、准确的分析，将会带来很高的价值回报。

6 平台设计思路

基于电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测系统基于Web的业务平台提供了一整套全面而且紧密集成的功能，融合当前主流的企业级应用集成平台理念，是新一代面向服务的开放的企业系统集成和应用综合平台，能针对电力企业复杂多变的需求一致地创建和维护业务模型，并为个性化应用开发提供完备的基础设施，自动或辅助应用系统的生成，最大程度提高应用系统的开发和实施效率。构建其上的电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测系统将高度统一并具有很好的持续扩展能力，能在符合标准规范的前提下最大限度满足各试点网省的个性化需要。

6.1 集成性

通过在现有的IT系統中嵌入SOA应用，平台可以就相关信息进行分析，从而制定涵盖参与价值链的人员的商业流程，有助于流程上每个人员的知识交流与协作，可以快速制定满足业务需求的解决方案，从而实现商务需求的需要，提升系统的集成性要求。

6.2 开放性

平台按面向服务架构SOA构建，流程的主要处理机能封装在业务流程管理引擎中，与具体的业务逻辑完全分离，加上完整的图形化GUI设置工具，业务人员能方便地调整现有项目管理流程和创建新的项目管理流程。

6.3 安全性

系统为每个用户设定一定的权限，各个用户在选线内展开各项工作的开展。另外，为了确保系统安全运转，在平台上提供完善的授权机制，部分权限只能在授权范围内实现。

平台建立完善的应用系统日志，在系统的每一步操作都记录在日志上，以便随时跟踪操作人的操作过程，如果系统发现非法登录或者非法操作，可以立即关闭并报警，启动应急机制，避免遭受损失。

平台支持多层安全模型，在每个访问页面都有相对应的授权对象来控制访问和操作。每个访问对象都包含若干个字段，字段里有各种单元信息，通过对这些单元信息赋值，就可以实现访问页面的授权。用户通过访问这些参数文件，实现系统的授权。通过这种多层的授权模型，可以灵活地控制用户的权限。

7 解决方案

系统的总体技术架构遵循IEC61970/61968的标准架构和接口方式技术，实现从各个异构系统EMS（电能量）、DMS（配电）、OMS（停电）、GIS、PMS等系统的业务逻辑处理后的数据采集工作，并通过以IEB总线的方式传递相关数据，同时利用EJB技术实现应用系统的重组和整合，形成多信息系统的集成和综合展示。

根据本次设计的理念，将电网大数据质量检测标准化的主配网一体化故障检测系统划分为三个主要层次，每个层次的基本功能及框架如下：

系统展现层采是以Weblogic为中间件，采用B/S结构，用JSP的方式，实现人机交互及信息共享。在客户端浏览器实现流程任务的显示和操作，文档数据的获取与传递、业务流程和看板的展现、以及图表的输出等。由于Weblogic 中间件具有良好的安全性和高性能性，能够确保系统高效、安全的运转。通过该系统的有效协作，能够确保系统展示层所需的功能全部实现。另外，为了让整个界面更加美观，可以增加Flash等其他插件让系统更加人性化。

业务逻辑层主要实现业务规则的制定、业务流程的实现，以及业务需求有关的系统设计与实现，扮演的是中介角色，也是本系统的核心部件。通过业务逻辑层，能够实现数据的交换，起着承上启下的作用。对于数据模型来说，业务逻辑层既是调用者，也是被调用者，主要依赖于业务逻辑层能否顺利实现。在本系统中，采用Spring框架处理业务逻辑层，不仅仅可以避免各种耦合关系的发生，减少组件之间的以来关系，实现系统开发的进度，提升系统的运行效率。

数据访问层通过DAL对数据库进行的SQL语句等操作。基于电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测系统数据存储主要通过关系型数据库为存储基础，采用数据仓库的架构技术，对EMS、DMS、OMS、GIS、CIS、PMS等系统中的各类数据进行抽取，并根据业务过程及系统展示的要求进行必要的存储。基于电网大数据质量标准化的主配网一体化故障检测系统使用ORM框架实现数据访问。

参考文献

[1]宋亚奇，周国亮，朱永利.智能电网大数据处理技术现状与挑战[J].北京：电网技术，2013，（04）：927-935.

[2]张锋军.大数据技术研究综述[J].通信技术，2014，47（11）：1240-1248.