基于供电服务指挥系统的配网可靠性问题分析模型研究

蒲 寅，陈华山，王朝龙，刘 军，邢 震

（1.国网青海省电力公司海东供电公司，青海 海东 810600；2.国网青海省电力公司，青海 西宁 810000）

随着社会经济的高速发展与电力体制改革的推进，电力用户对供电服务质量的要求持续提升[1-4]。在供用电管理领域，电网公司拥有海量的用户用电数据，但都分散在调度、运检与营销等不同的业务系统[5-8]，这些数据蕴含电网安全运行边界、用户用电需求等丰富的高价值信息[9-12]。通过物联网、移动网络等技术实现多业务信息的互联融合[13-15]，结合大数据分析与人工智能技术，能够实现配电网调度、营销、运检等多业务智能协同，进一步提升配电网供电可靠性与服务水平[16]。

因此，文中开展供电服务指挥系统及其配网可靠性问题分析的研究，通过多业务数据的融合提升配电网供电服务水平。

1 智能供电服务指挥系统

智能供电服务指挥系统结构如图1所示，包括智能感知、数据中心、数据融合与业务应用四层。

图1 智能供电服务指挥系统架构

智能感知层是智能供电服务指挥系统的神经末梢，是数据采集与统一接入的接口，通过多种通信方式从电网的生产运营控制系统中获取海量蕴含电网状态的数据，如配电自动化、调度自动化及用电信息采集系统、营销管理系统等，并上传融合构成全业务统一数据中心。

数据中心层，即营配调融合的全业务统一数据中心，包含“站-线-变-户”拓扑、线路实时电压电流数据、保护开关状态、用户有功无功、故障事件信息、电力设备资产信息等数据。

数据融合层用于对数据中心层储存的信息进行数据清洗、数据标准化、数据分类等，实现数据分布式存储。通过元数据建模、数据标签、数据挖掘与多维分析等数据分析技术，深度挖掘数据的潜在价值，为电网供电服务提供智能化管控手段。

业务应用层是智能供电服务指挥系统实现的业务功能，包括客户应急处理、业务全流程管控、停电到户通知、故障抢修指挥等，以提升电网供电服务水平。

2 配网可靠性问题分析模型

2.1 可靠性问题分析模型架构

配电网的可靠性问题直接影响着电网公司供电服务的质量水平。文中在供电服务指挥系统架构基础上，构建配电网可靠性问题分析模型，提供智能化的可靠性问题解决策略，提升了配电网可靠性。

配电网可靠性问题分析模型架构如图2所示。包括即时问题现场处置分析模型、风险预警事前预控分析模型与近远期规划目标指导模型3个部分。

图2 配电网可靠性分析模型架构

即时问题的现场处置分析模型针对现场实时传递的各类配网状态问题，构建故障研判分析模型，实现故障问题的快速处置，主要包括故障研判、故障管理、停电信息管理与不规范停电作业分析。

风险预警的事前预控分析模型针对现场传递的配网状态问题，构建研判规则，预测各类配网状态问题反映的设备运行风险，提供风险预警防控策略，主要包括设备运行时间主动检修、主动预警。

近远期规划的目标指导模型针对存在配网常态问题的设备，构建规划改造指导模型，提供精准投资指导策略，保障近远期电网设备安全稳定运行，同时减少电网运行状态问题，并降低电网运行风险，其主要包括供电能力评估、配电物联网技术。

2.2 基于分层拓扑的故障研判与工单处理

在上述配电网可靠性问题分析模型中，故障研判与故障处理直接关系电网故障恢复时间，深度影响供电可靠性。文中以此为例展开分析说明，当系统接收到故障信息，立即进行故障研判，并确定故障边界节点。再进一步通过故障工单智能处理，检索停电设备信息库，生成相应的抢修工单，辅助工作人员开展抢修与回单，提高故障恢复速度，并减小故障停电时间。

1）故障研判

配电网结构一般为辐射型拓扑结构，根据此特性可以实现配电网故障自动研判。配网分层拓扑结构如图3所示。由上至下各层依次为配电母线、馈线线路、支线线路、配比变压、低压线路、用户。对于每层节点采用集合X={x1,x2,…,xi}，节点运行状态采用向量PX={px1,px2,…,pxi}描述，pxi=1表征节点xi正常运行，pxi=0表征节点xi失电。

图3 配电网分层拓扑结构

当系统接收到某节点gf的失电信息时，首先进行失电信息的准确性校核；获取其子节点运行状态信息，根据式（1）研判失电信息的准确性。

式中，Z={z1,z2,…,zj}为节点gf的子节点集合，pzj为子节点zj的运行状态。若pgf=0，则说明上传的失电信息准确，否则失电信息有误。

由下至上通过父节点运行状态信息根据式（2）搜索故障边界节点。

式中，G={g1,g2,…,gf,…,gk}为节点gf同层节点集合，yn为节点gf的父节点，pyn为其运行状态。若pyn=1则说明故障边界节点为gf，若pyn=0，则继续根据式（2）向上搜索，直至确定故障边界节点。

2）停电设备信息库

通过配电自动化、营销业务系统与用电信息采集系统等获取停电设备信息，构建停电设备信息库，便于对停电信息进行管理。同时为生成工单提供必要的检索信息，实现故障报修工单的快速生成。停电设备信息库典型示例如表1所示。

表1 停电设备信息库典型示例

3）故障工单处理流程

经过故障研判，在确定了故障边界节点的基础上，一方面检索停电设备信息库，若存在对应设备信息，则提取相关信息生成停电回单信息；若不存在，则根据停电工单生成停电回单信息数据，并添加进停电设备信息库。另一方面，根据故障边界节点信息从下至上检索各层节点状态，实现故障工单的自动分类处理，其流程如图4所示。

图4 基于分层结构的故障研判与工单处理流程

3 算例分析

为验证文中模型的正确性，采用某供电线路进行故障研判与工单处理示例分析。供电线路结构如图5所示。

图5 某供电线路结构

3.1 故障研判与工单处理分析

以具体的某实际故障为例，接收到时代商城报修工单，确定其属于时代商城专变所属用户。时代商城专变下共6个用户，运行信息如表2所示。由表2及式（1）确定时代商城专变失电，运行状态为0。然后分析水西支线102环网柜是否失电，其3条出线运行状态均为0。根据式（2）分析可知，水西支线102环网柜失电，该节点为故障边界节点。

表2 时代商城专变低压用户数据

根据水西支线102环网柜节点信息，对停电设备信息库进行由下至上检索，得到：1）水西街专变运行状态Pt1=0、华夏小区配变运行状态Pt2=0、时代商城专变运行状态Pt3=0；2）水西支线102环网柜运行状态Pt=0；3）银华线运行状态PL=0。由此确定，该报修工单为水西支线102环网柜停电影响，属于台区停电，然后检索该设备的停电信息，自动提取数据回单。

3.2 配网可靠性问题分析模型

统计该地区近两年采用文中所提故障研判与工单处理方法前后的故障数据来进行对比分析，结果如图6所示。可见采用文中所提方法后，平均故障响应时长由10.3 min下降至3.5 min；平均故障点确定时长由19.3 min下降至4.4 min；平均抢修回单时长由36.2 min下降至28.7 min；10 kV故障平均停电持续时长由3.15 h下降至2.67 h。

图6 文中方法与传统方法效果分析

4 结束语

文中首先分析了智能供电服务指挥系统的架构，构建了基于供电服务指挥系统的配网可靠性分析模型，并提出了基于分层拓扑的故障研判与工单处理方法。算例仿真结果表明，文中所提方法能够自动进行故障研判，快速确定故障节点。通过进一步对故障报修工单进行分析处理，实现停电回单信息的自动生成。采用文中所提方法后，故障响应时长、故障点确定时长、抢修回单时长与故障停电持续时长均大幅下降，能够加快故障处理速度，保障电网供电服务的安全与可靠。