可信度计算在智能电网综合停电管理平台上的应用

姚烨婷， 陈瑾

(1.南方电网数字电网研究院有限公司, 广东 广州 510000；2.广东电网有限责任公司 佛山供电局, 广东 广州 510000)

0 引言

智能电网作为人们日常生活当中不可缺少的一部分，其供电稳定性性能以及在停电时的维修管理情况，直接反映了智能电网的供电能力与服务质量，近几年容易出现智能电网大面积停电的情况，相关物资调度与平台管理成为研究热点，对此，相关学者进行了研究。

文献[1]以有效实现管理信息系统提出了统一电网信息模型，并详细阐述了统一电网信息模型构建过程，在分析电力企业信息化建设现状的基础上介绍了南方电网对统一电网信息模型的管理体系。文献[2]结合工程现场物资精细化管控需求，以移动App作为信息记录、传输、统计管理的平台，解决参建单位间工程现场物资管控信息获取不对称问题，提高建设相关物资管理的效率和实际效果。

但是原有管理平台故障处理效率低下，容易产生电网业务堆积过多的情况，因此本文在原有方法的基础上，利用可信度计算，建立智能电网的综合停电管理平台，提高企业管理能力，提升工作效率，从而缩短故障停电的时间、合理安排计划停电的范围。

1 智能电网综合停电管理平台

智能电网的停电分为计划停电与非计划停电两种，计划停电通常会提前通知该地区用户，由于定期的检修或施工等原因，在规定时间段内断电，并在施工结束后按照所通知时间准时恢复用电，而下述研究中暂不考虑这一情况，主要针对非计划停电展开分析，并根据其具体需求，利用可信度计算设计智能电网综合停电管理平台。

1.1 线路故障巡检

智能电网的运行需要达到数据源唯一，且随时保持数据共享，以满足电网功能实现对基础数据的需求。智能电网一旦出现故障时，则需要通过IEB向配电网地理信息系统发布实时的信息数据，为实现这一操作，则需要对智能电网线路定时巡检，并将巡检设备名称、巡检开始与结束时间、巡视结果、故障信息以及维修方案记录到平台当中，使相关工作人员能够在管理终端直观地看到该巡视工作完成的情况和成果，具体如表1所示。

表1 故障巡检功能需求

如表1中所给出的，结合实际情况，将智能电网线路、所需检修设备等，按照巡检对象、巡检目的以及巡检周期划分为定期巡检、故障巡检、特殊巡检等[3]。智能电网的巡检涉及到的电力设备众多，且电路规划复杂，对线路故障巡检的要求较高，以确保所发生的故障能够被及时发现并加以维修，将停电所带来的损失降到最低，并在此基础上统计停电指标。

1.2 停电时间指标统计

智能电网在停电时需要实时发布相关信息，并整合调度日志，记录停电时长、设备故障时间等，建立合理的匹配规则，获取有效的停电时间统计指标，关系图如图1所示。

图1 综合停电管理平台各功能间关系图

由图1可知，停电管理问题与营销管理及海量实时数据平台等其他子系统相互关联，停电时间的发布、异常计量停电记录与确认计量停电记录服务等相关业务的集成，需要依靠数据中心来实现。数据层与业务层、表现层之间相互连接，数据层由实时数据与关系型数据2个部分组成，实时数据主要为所采集到的数据信息以及所存储的历史数据；通过数据服务层使各个业务模块相交互，将停电业务数据发送给其他模块，实现数据交换[4-6]。针对上述需求，给出部分关键数据库表，其中包含了停电范围用户设备关系，停电范围及停电事件,如表2所示。

表2 部分关键数据库表

利用上述信息发布营销停电记录明细服务，按照客户停电时间指标统计，为营销管理提供数据服务，并在此基础上计算停电所导致的效益损失。

1.3 基于可信度计算的效益损失分析

可信度计算通常被划分为内在信度与外在信度两类，其中内在信度指调查表中的一组问题是否在测量同一个概念，即这些问题的内在一致性如何，能否稳定地衡量这一概念，如果内在信度系数在0.8以上，则可认为这一组问题有较高的内在一致性；而外在信度则是在不同时间进行测量时调查表结果的一致性程度。在智能电网的建设与日常运行的维护中，需要大量的资金投入，但与此同时也为电力企业带来巨大的收益，而故障停电将会导致经济效益产生损失[7-9]。分析智能电网的实际效益即电网可信度，将故障停电所导致的电能损耗设为M，则能够得到式(1)。

M=cgαkt

(1)

式中，c表示变压器的利用系数，单位为kW/kVA；g表示线路变压器总容量；α表示电网线路的故障发生率，单位为次/千米·年；k表示电网线路长度；t表示消除线路故障使用户停电的平均持续时长，单位为小时/次。

最常用的可信度指标是重测指标即重测信度，也就是说，用同一问卷在不同时间对同一对象进行重复测量，然后计算一致性程度，在本文中，可体现电网用户与电网公司之间的信任关系。智能电网线路故障所导致的停电不仅会使其用户产生经济上的损失，与此同时也将使电力部门因发电量的减少，而承受巨大的经济损失，假设负荷为平均分布，则每年的停电损失计算如式(2)。

Sc=A1M=A1βhαkt

(2)

式中，Sc表示停电导致用户所产生的经济损失；A1表示平均每损失1 kW·h电量时，所损失的经济值；h表示负荷功率，单位为kW。

则全年的电费损失如式(3)。

DF-A2M=A2βgαkt

(3)

式中，A2为1 kW·h电的平均电价;DF为平均发电资金。

由上述计算能够得知，智能电网在停电后，其电力企业将会承受一定的经济损失，而将其管理平台优化后，则会减少线路故障的发生，从而增加其经济效益。

1.4 电网故障定位

综合停电管理平台必须在智能电网发生故障的第一时间，获取到准确的故障位置信息，便于故障区域的隔离，以及非故障区域的供电恢复。智能电网的故障线路的隔离与抢修是否能够在短时间内完成，都是由电网故障定位所决定的，若不能在第一时间准确定位故障区域，则无法及时通知维修人员到达现场，对用户的日常生活造成影响，使抢修效率与客户满意度直线下降[10-12]。为此优化故障定位功能模块，利用地理信息系统与综合停电管理平台的信息交互，实时掌握维修人员动态，选择最佳抢修路线，提高维修效率，缩短停电时间。

首先，将智能电网的故障按照产生原因的差异，分为配电本体故障、低压用户故障、配网馈线故障以及低压线路故障4种，利用配电开关监控终端的故障信息，定位其具体故障区域。若馈线出现故障，其临近开关无法及时操作，则会直接通知线路保护模块，断开设备开关，利用其线路开关监测终端所获取到的信息[13-15]。以该开关为起点，将智能电网线路按区域划分，仅处理故障区域，恢复周边区域的供电，将用户所受到的影响降到最低，通过智能电网拓扑结构，在数据采集与监视控制系统中获取该区间的配电开关监控终端故障信息，依据配电网拓扑结构生成网络描述矩阵Q，再利用配电开关监控终端检测到的开关故障电流的有无及方向，得出矩阵Q所包含的对角元素具体数值，将已经融入故障数据的判定矩阵Q′加以修正，通过判定条件，判断矩阵Q′的故障区域，具体判断过程如图2所示。

图2 馈线网络案例图

图2当中A、B、C为电源点，1、2、3、4、7、8、9为配电开关监控终端检测点，5、6为常闭型联络开关，箭头方向为假定正方向。将故障区域馈线上的分段开关作为节点，与常闭型联络开关共同编号，在确定正方向后，确定各开关节点之间的有向连接关系，得到网络描述矩阵Q。若供电网络为单电源供电，则线路功率的流出方向即为馈线的正方向；若供电网络为多电源供电，则向全网供电功率的流出方向为馈线的正方向。假设节点a与节点b之间存在一条由节点a指向节点b的连接馈线，则得到Qab=1，否则Qab=0，由此可知矩阵Q为不可对称的N×N矩阵，将节点标号的顺序打乱。得到矩阵如式(4)。

(4)

故障发生时，将配电开关监控终端所检测到的各个开关的电流与其限定值相对照，当检测到的数值超过限定值时，则记录该故障信息。当节点a发生故障时，若其电流方向与假定方向不相符，则Qaa=0，至此形成经过修正的故障判定矩阵Q′，若图3当中的5,8,9之间出现故障，则故障判定矩阵如式(5)。

(5)

2 仿真实验

为验证所设计管理平台在实际应用当中的效果，设计仿真对照实验，将应用可信度计算后的智能电网综合停电管理平台的故障处理能力与原有平台相对照，利用计算机程序，模拟智能电网故障并将处理效率与原有处理平台相比较，对照结果如图3、图4所示。

图3 原有管理平台故障处理效率分析图

图4 所设计管理平台故障处理效率分析图

由图3、图4实验结果对比当中能够得知，在智能电网大面积停电的情况下，由于所需要处理的故障部分较多，原有的综合停电管理平台无法在规定时间内完成，不得不堆积到下一时间段内，导致所需处理的业务量越来越多，工作人员的故障修复速度远低于事件发生频率，造成调度无法及时发布故障事件及分配人力指挥抢修复电工作。而利用可信度计算将管理平台优化后，其故障处理能力明显提高，最高处理数据量可为118，且其故障修复能力能够满足事件发生频率，满足智能电网故障修复的业务需求。

3 总结

智能电网的综合停电管理平台能够有效提高供电的可靠性，将故障信息快速传递，实现电网线路故障的快速诊断。利用可信度计算优化管理平台，提升整个智能电网的管理水平，从而满足用户需求，提高用户满意度。