多源信息融合的配电网重复多发性停电在线监测与预警技术

徐铭铭，牛荣泽，谢芮芮，曹文思，吴擎

(1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南 郑州 450002； 2.华北水利水电大学 电力学院，河南 郑州 450011)

重复多发性停电事故严重影响用户日常工作生活、设备安全运行以及供电公司的服务质量与社会形象。因此，对配电网中重复多发性停电事故进行分析，提高其预防与监测能力具有重要意义。配电网网络结构复杂，设备种类多、数量大、分散广、运行方式多变、容易受到各种外部因素的影响，重复多发性停电涉及的因素众多，针对不同的停电原因,差异化地分层治理停电事故是有效解决问题的关键。

卢恩等[1]将OPA(ORNL-PSERC-Alaska)模型运用于广东电网停电事故仿真，计算电网发生电力安全事件的风险值，该方法适用于高压输电系统。王博等[2]基于事故树和层次分析方法，以大面积停电事故树为基础建立了4级指标，逐层分析了结构风险、技术风险和设备风险，以此计算大面积停电风险综合风险度。李锐等[3]通过分析各类突发事件引发的设备停运概率，计算突发事件下配电网停电风险，并以此为判据确定突发事件预警级别。苏海锋等[4]提出一种考虑多种影响因素的配电网风险评估模型，模型采用了一种新方法计算配电网停电成本，该方法反映了停电频率、停电持续时间及停电电量对停电成本的综合影响。已有的配电网风险评估以主观因素为主的经验分析与定性分析相结合的方法较普遍，没有标准统一的评估体系，而一些定量评估方法考虑的风险因素也比较单一[1-5]，并且大多没有应用于实践，仅停留在理论分析层面。本文基于面向服务的架构(service-oriented architecture，SOA)实现多源停电信息融合，利用德尔菲法评价体系对各影响因素的指标进行评价分析，构建了配电网重复多发性停电风险和分级预警模型，实现在线监测和预警，为治理配电网重复多发性停电提供助力。

1 基于SOA多源停电信息融合技术设计

配电设备由于数量众多、种类繁杂，根据单一信息评价某一地区或者线路的状态准确度低、难度较大。停电信息来源于多个系统，相应的防治和管控需要营销、调度和运检等部门的协同合作，如何实现多源停电信息的共享和融合以及构建跨系统业务联动机制是建立停电风险模型和分级预警模型的关键，因此融合多源信息成为研究配电网重复多发性停电在线监测与预警的重要途径。多源信息融合技术可以提高系统的鲁棒性和准确性，从而对多源不确定性信息进行综合处理及利用[6]。常见的信息融合方法有人工神经网络法[7-9]、模糊推理法[10-11]、贝叶斯网络法[12]、Dempster-Shafer推理法等[13]。基于SOA的模型具有高度开放性、层次化、支持并行/分布式信息交互等特点[14]，通过定义良好的接口和契约联系应用程序的不同服务，在电力系统领域有不少的应用[15-17]。利用SOA架构实现多源停电信息融合，为停电风险评估和分级预警提供数据支持。

1.1 多源信息融合架构

多源停电信息相关的源系统包括：PMS 2.0(power production management system 2.0)、配电自动化系统(distribution automation system，DAS)、用电采集系统、停电管理系统(outage management system，OMS)、95598营销系统、电力气象等，所有源系统数据都通过Web Service 服务将模型、实时数据、故障信息等推送到企业信息总线，由总线推送到多源停电信息缓存池的数据适配器进行模型校验、模型转换、模型拼接和模型融合，然后存储到多源停电信息数据库，为配电网重复多发性停电风险评估、防治和管控应用提供数据支撑，如图1所示，图中ESB为企业服务总线。

1.2 SOA框架设计

SOA是一种不受限于具体技术的体系结构,通过定义接口或规约，将各个服务(提供各种功能的应用程序)联系起来，接口规范一般遵从IEC61968和IEC61970规约。使用Web Service 来实现SOA架构， Web Service 服务器采用双机热备份机制，通过动态的IP漂移机制，当运行机出现故障后，IP自动漂移，指向热备份的机子，实现系统无故障运行。Web 服务发布在JBOSS服务器中，使用Axis2框架。

1.3 信息接口标准化设计

按照IEC61968互操作定义要求，需对PMS 2.0、配电自动化、营销等各个应用系统进行标准的接口规范设计，应用系统间信息交互需采用标准接口，交互的消息格式、模式都应符合标准要求。

1.4 信息模型标准化

信息模型标准化(CIM)是一个抽象模型，表示了电力企业运行的所有主要对象。完整的CIM规模较大，考虑到配网数据的应用，主要包括配电网资源、DMS实时信息、配电自动化、营销用户信息，因此只依照CIM中的一部分建立配网数据模型，并进行扩展。

2 配电网重复多发性停电风险模型

2.1 配电网重复多发性停电风险指标

影响配电网重复多发性停电的因素主要有装备水平、运行维护水平、网架结构水平，同时也考虑到了气象和历史停电等外部因素的影响。各因素的主要指标及评分标准如表1所示。

表1 影响重复多发性停电的因素的指标评分标准Table 1 Index scoring standard of factors influencing repeated multiple power outages

2.2 配电网重复多发性停电风险指标权重

2.2.1 指标权重

德尔菲法能够充分综合领域专家经验、知识和信息,以匿名的方式多次征求专家意见,并通过信息沟通与循环反馈,使决策意见趋于一致,逼近实际值(假设每一位专家对所有指标都进行评价)[18]。图2为各指标权重系数确定流程。对所有专家的打分进行循环分析、汇总，结合多位电力专家对于配电网重复多发性停电风险指标重要性的认识和电力部门的95598等各类电力信息的多元信息融合平台，再综合万户投诉比等，根据德尔菲法统计分析函数，经过相应的计算[18]，得出各个指标的权重，如表2所示。

图2 指标权重系数确定流程Fig.2 Process to obtain index weight

表2 各指标权重系数Table 2 Coefficient of each index weight

2.2.2 外部因素

外部因素主要包括气象条件和重复停电因素。气象因数的取值正常取1，台风取[1,2),雷雨取[1, 2)，高温取[1, 2)，大雾取[1, 2)，结冰取[1,1.5)。重复停电因素的取值为上月发生停电1次取1，上月发生停电2次取1.5。

2.3 评估结果

重复多发性停电综合概率值可由公式(1)、(2)得出

P=P0QT

(1)

(2)

式中:P为重复多发性停电综合概率，P0为重复多发性停电基础概率，Q为气象条件因数，T为重复停电因数，Ui为每项指标得分，kwi为每项指标的权重。

重复多发性停电综合概率取值范围是0～100，如果计算值超过100按100计，如表3所示。

表3 重复多发性停电综合概率量化分级表Table 3 Repeated multiple power outages of comprehensive probability of hierarchical and quantification

3 配电网重复多发性停电分级预警模型

根据重复停电发生的影响后果不同，对风险进行量化分级，并根据风险分级结果发出相应级别的预警，进而采取相应的防治与管控措施。

3.1 重复多发性停电后果值

影响重复多发性停电发生后果的因素主要有停电负荷重要程度、重复停电投诉率、停电发生时间和停电影响范围4方面。因此，在重复多发性停电预警中应考虑其不同影响，做到分级别预警。对各影响因素指标进行量化评分，由德尔菲法分析计算，最终得到重复多发性停电的影响后果值。根据后果值的大小确定重复多发性停电事件的风险级别，并发出相应级别的预警。

3.1.1 重复多发性停电后果指标

负荷重要因数将依据Ⅰ、Ⅱ级负荷的比重确定，[0，30%)取30分，[30%，60%)取60分，[60%，80%)取70分，[80%，90%)取80分，[90%,100%]取90分。在无法获得负荷比重数据时，可以用地域特征来反映负荷的重要程度，市中心区取90分，市区取80分，城镇取70分，农村取60分。

3.1.1.2 重复停电投诉率

用该地区重复停电投诉率指标表征该地区对重复停电的耐受程度，投诉率[0,10%)取50分，[10%，20%)取60分，[20%，30%)取70分，[30%,40%)取80分，[40%，50%)取90分，[50%,100%)取100分。

(3)

式中:PR为重复多发性停电投诉率,C0为该地区重复停电投诉数,C为该地区用户投诉数。

3.1.1.3 停电发生时间

一般工作日取[50，60)分，节假日取[70，90)分，特殊保供电时期取[90，100]分。

3.1.1.4 停电影响范围

表明，植生混凝土护坡的模拟边坡对固体杂质的拦截率大幅提升，同时随粗集料粒径的增加，植生混凝土对固体的拦截能力不断减弱，主要是由于植生混凝土以多孔混凝土为框架，降雨过程中，固体颗粒随水流汇入到孔隙中，导致固体杂质扩散受阻。

对于配电网，停电发生范围的不同，如整线停运和分支线停运，对配电网重复停电的影响程度不同，分支线停取[20，50]分，整线停取[80，90]分。

3.1.2 重复多发性停电后果指标权重

同样采用德尔菲法确定指标权重，停电影响范围权重0.4，停电发生时间权重0.1，重复停电投诉率权重0.2，停电负荷重要程度权重0.3。

3.1.3 重复多发性停电后果量化评估

(4)

式中:PH为重复多发性停电后果得分,Uj为每项指标得分，kwj为每项指标的权重。

根据公式(4)得到重复多发性停电影响后果值得分。根据停电影响后果值的大小，后果严重程度分为5个等级，[70，100]为特大损失,[40，70)为重大损失,[20，40)为较大损失,[10，20)为一般损失,[0，10)为轻微损失。

3.2 故障风险分级预警

根据该量化的配电网故障后果值，对配电网重复多发性停电风险进行分级，并根据相应风险的分级制定预警等级，Ⅴ级取[0，10)，Ⅳ级取[10，20)，Ⅲ级取[20，40)，Ⅱ级取[40，70)，Ⅰ级取[70，100]，方便管理上采取风险应对措施。

4 实例分析

2016年7月，某县城某条配电网线路，在一个夏季中发生了2次避雷器击穿事故，造成停电，该线路为该县部分企业供电。

经过分析确定该事件为故障停电事件，从多源信息系统数据得知，该地区设备运行年限长，大部分设备老化严重，继电保护装置配置简单。综合装备水平、运维水平、外力防护水平和网架结构水平等4个方面给出评估重复多发性停电的基准概率指标的评分值，如表4所示。

本例中，该地区6～8月为夏季雷电易发期，气象因数选取1.2，上月停电2次，重复多发性停电因数取1.5。因此各个指标的评分值结果如表4所示。

表4 评价指标得分Table 4 Score of factors

利用公式(2)，计算得到基准概率指标值为52.8分。考虑气象因素和重复停电因数后，利用公式(1)计算综合概率值为95.04分，应发出重复多发性停电预警。利用公式(4)，由表5计算得到重复停电后果值为49分，因此，预警级别应为II级。

表5 后果指标得分Table 5 Score of consequence

评估的结果是：该事件演变为重复多发性停电的概率值超过70，该事件演变为重复停电的“可能性很大”，应该发出预警；根据后果指标值计算，确定其预警级别为II级预警。该事件将演变为重复多发性事件，应及时采取措施避免重复多发性事件的产生。

5 结论

(1)利用Web Service服务的SOA框架，设计基于SOA多源停电信息融合技术框架，为在线监测和预警、治理配电网重复多发性停电提供理论支撑。

(2)综合多源信息分析了两种模型的影响因素、评分标准和量化范围,基于德尔菲法评价体系建立了配电网重复多发性停电风险模型和停电分级预警模型，为治理配电网重复多发性停电提供新技术。