基于数据应用的智慧配电房建设方法

程智远，陈东俞，彭巧环

（广州市奔流电力科技有限公司，广州 510760）

0 引言

配电房作为电网中最末端配置，发挥着传输和分配电能的重要作用，也是新型配电系统发展的核心环节[1]。在城市中配电房是分布最为广泛也是最接近用户端的电力设施之一，传统的配电房管理都是通过人工巡查和定时检查来完成，这使得配电房存在的安全隐患不能及时得到排除，只有发生问题的时候才能够发现。所以对配电房进行智能化升级是当前配用电技术发展的必然趋势[2]。通过远程控制来完成对用电数据的监测，并且实现数据的预警、查询、监控、预警及综合展示功能，这种配电房的使用不仅提高了供电效率，还极大的保证电网安全。

当前关于智能配电房方面的研究主要都是围绕智能配电房总体设计建设方案展开描述[3-5]，其通过整体介绍的方式对智能配电房方案中的通信系统、安防监控系统与环境系统等进行综合的描述，其中刘冲等[4]描述通过部署轨道机器人实现了智能配电房的无人运维模式；喻金[6]和高小容[7]都是从物联网技术角度描述了智能配电房的建设要点，其中喻金[6]通过一个传统配电房智能化改造实例，详细阐述了配电房智能化技术及应用需要完成的步骤；高小容[7]从物联网传感技术应用的角度总体上描述了智能配电房的设计要点。宋光华[8]则是结合广州地区的环境特点，重点从配电房监控系统的总体要求和主要功能方面针对性的进行描述。

上述文献都是围绕着智能配电房的总体设计建设方案展开描述，只是个别文献描述时重点选取了设计方案中的一个点进行阐述，但是总体上文献中描述的内容更多局限于一种从硬件角度出发的配电房建设方案，缺少或是根本没有从软件和数据应用的角度来阐述如何最大化的发挥配电房的应用价值，在当前大数据应用的时代[9]，如何利用配电房运行过程中产生的海量数据，并且如何将海量的电力数据跳出电力的圈子，从而实现其更大的价值是本文重点要阐述的内容。

1 当前配电房数据应用特征分析

随着电力技术的不断发展，现阶段配电房已朝着数据智能应用的方向发展，配电房已从传统模式发展为智能模式[10]，很多电力企业都展开了对智能配电房的研究，研究重点集中在配电房环境监测与设备联动、配电房运行数据与设备状态的采集等方面。相对于配电房的传统运行方式，已开始的研究主要对配电房当前遇到的防盗安全问题和运行数据与设备状态监视的空缺点，但是在数据应用等方面仍有欠缺，无法将海量的电网运行数据进行有效的应用，且服务于用户，服务于电力运营商。

在当前提出的智能配电房方案中，普遍的方案中提供了不同应用程序的部署方式且提供了较为丰富的不同设备间的规约转换与互通功能，重点提供了以视频图像识别等方式实现对配电房环境与使用过程的实时告警与信息上送；更为高级的方案在上述方案的基础上结合当前较为先进的数字孪生技术，通过数据建模，构建了与真实场景无缝匹配的虚拟配电房，为运维人员提供了更为直观的方式来查看配电房的运行状态。上述两种方案还主要是围绕着配电房运行数据与状态的展示，通过建模等方式提供给运维人员更为直观的使用体验，相较于传统配电房的使用体验已有了很大的提高，但是在数据应用的角度仍存在较大的可提高空间。

2 智慧配电房方案说明

相对于智能配电房更多注重数据展示与提高交互体验的建设方案重点，本文提出提高数据应用程度的智慧配电房方案，即可将智慧配电房描述为：具有传输与分配电能，含有各式传感器与数据采集终端，完成电网运行数据状态采集功能，更具有自主计算、分析思考能力，可对电力调度和用户用电给出指导建议的载体与平台，可独立或受控完成区域内电量使用的优化决策。智慧配电房可对各类智能设备采集的数据进行汇总、分析，结合独特的逻辑处理方式给出合适的用电解决方案。使配网中各组成部分能高效、有机的联动，让用户、电力公司、电力设备制造商和地方政府4 个方面实现智慧交互。

2.1 智慧配电房要解决的问题

传统配电房在日常运维中普遍存在被动运维的情况，即一般当出现问题的时候运维人员根据客户投诉或是主站监控获知故障，从而被动的去完成运维。针对此，智能配电房的建设方案中重点对视频监控，设备状态监控和配电房实时运行数据的展示进行了详细的方案说明，这些改进还是基于传统配电房出现的问题进行了相对针对性的改善。对于当前在通信和传感器技术快速发展的时代，更多的数据应用方式在互联网行业得到了快速的发展，这些应用的基础在于产生于日常生活中的大数据。基于这样的思想，本文从数据应用的角度认为当前配电房方案中需要解决的问题如下。

（1）数据使用者的局限性

从进入互联网时代开始，种类繁多，应用广泛，提供五花八门服务的互联网应用如雨后春笋不断进入到普通百姓的生活中，通过这些应用，体会到了互联网给生活带来的巨大变化和便利性，由此因大量使用者的参与也进一步推动了互联网应用的发展。这样的发展模式的驱动力在于数据或是应用的使用者是数以亿计的用户，依靠海量的使用者形成了巨大的“流量”，从而实现应用的价值而后带来更为直观的经济价值。

当前对于配电网运行过程中产生的各类数据，不断优化的展示方式和提供的常规的应用，面向的对象仍是电力运维人员，如何扩展数据的使用者但是又不影响电力系统的稳定性是智慧配电房数据应用方案中要解决的问题。

（2）控制对象的局限性

当前基于配电房在电力系统中承担的角色特点，其可控制的对象较为局限，甚至没有需要控制的对象，配电房更多的是作为配电设备和数据采集的物理载体。当前随着建设以新能源为主体的新型电力系统的快速发展，配电房的用途不再是输出分配电能，还要承担接收电能的任务，智慧配电房方案中期望配电房是具有区域内自主思考能力的可实施控制能力的载体，在满足一定硬件基础的原则下，这样的能力通过灵活部署不同的应用完成，从而解决当前配电房控制的局限性。

2.2 智慧配电房数据应用说明

针对当前普遍的对于配电房智能化研究的特点，并进一步解决上述2.1节中提出的两个局限性，本文从提高数据应用程度的方向提出了一种智慧配电房数据应用的建设方案。智慧配电房充分发挥其终端的作用，可以更加感知用户的用电习惯，成为为用户提供高级服务的一个载体与平台，这些高级的服务可以让用户发现自身用电的问题，指导用电习惯，节约用电成本，并提高配电房的控制能力[11]。智慧配电房服务的对象不再局限于电力线两端的电网公司和电力用户，可扩展到电力设备制造商及更为高级的电力大数据服务商。

随着互联网通信技术和存储技术的发展，大规模数据的传输与存储，物物之间的互联已经不是遏制高级应用发展的瓶颈，泛在物联在电力行业已开始落地[12-13]，思考如何更为有效地发挥配电房的终端效应，赋予配电房成为具有高级服务功能的载体和平台是提高数据应用的目标。

从数据应用的角度，系统总体结构如图1 所示。图中，总体结构由下而上分为3 层，最下层定义为“数据采集/状态采集/控制”，主要完成配电房内各运行数据采集（交流采样，直流采样等）、设备状态数据（室内各柜体内的设备等运行状态采集）、环境运行数据（温湿度，电磁环境等）、配电房内其他状态（门禁状态、水浸状态等）。进一步该层根据需要可以延伸出配电房，将采集终端部署到配电柜和关键监控点。该层采集完成的数据通过4G、5G 等无线或有线网络上送到“数据应用”层，同时该层设备接收来自“数据应用”层的控制信号，完成就地的协同控制；中间层为“数据应用”层，是系统的大脑也是提高数据应用的主要体现，对最下层采集等装置上送的数据进行数据存储与转发，数据转发过程可根据电网安全运行需要对转发数据进行安全过滤，一来可以为大数据应用提供支持，二来也保证了电网运行的安全性与数据保密性，同时该层以较为独立的模块化方式部署各种服务应用程序，可根据数据应用深度的不同，将应用分为基础应用和高级应用两类，两类应用的部署可根据安全需要从硬件和软件层面隔离，进步保证数据应用的安全性与独立性。其中基础应用和高级应用示例如表1～2所示。

图1 系统总体结构Fig.1 Structure diagram of the system

表1 基础应用说明Tab.1 Basic application description

以表2 中描述的“设备运行状态评估”和“区域协调应用”两个模块为例，其中“设备运行状态评估”模块是典型的将电网运行数据衍生应用的方式，该应用将电网运行数据的面向对象扩展到电力设备的生产厂家，有利于设备生产厂家发现设备可能存在的隐性问题，并可为电力系统内部设备招标提供较为客观的产品可靠性评估依据。“区域协调应用”模块灵活解决当前电力应用环境逐步从单向用电模式到双向用电模式带来的不确定性，不同区域内的电力设施可就近完成互助逻辑的检测与运行，在正常电力调度或是故障恢复中发挥“边缘”效应，快速地完成相应的控制操作。

表2 高级应用说明Tab.2 Advanced application description

该层在高级应用中可根据不同的需要部署相应的应用，从而服务于不同的客户。将海量的配网运行数据不再局限于电力系统的内部，期望衍生出更多的使用价值和经济价值。

系统中最上层为“人机交互”层，提供基于App 与网页端的人机交互界面，并提供有各类实时的消息通知功能，同时对不同等级的告警等信息进行管理。系统可根据不同的使用对象，推送不同的数据信息，从而将细分后的使用对象场景真正落地。

3 结束语

配电房作为终端电力设备，其作用被忽视，随着当前通信技术、网络技术、传感器技术的发展，数据的采集效率和传输效率大大提高，吸取当前互联网应用快速发展的经验，通过提供不同数据应用，进一步挖掘不同数据的使用者，并针对当前新型电力系统建设的特点，通过灵活部署的应用提高了配电房参与控制的能力。通过软件的思路拓展配网数据的应用方向，并提高配电房参与电力运行控制的能力。希望借助本文提出的想法，一来提升配网运行数据的应用价值，二来充分发挥配电房的终端效应，使其成为连接供电公司与用户的纽带，成为为各类用户提供高级应用与服务的载体与平台。