供电服务指挥平台配网运营自动监测方法

罗宇剑,林 海,罗宇勤,邢海秋,袁 鹰

（1.国网湖南供电服务中心（计量中心），湖南 长沙 410007；2.国网湖南省电力有限公司，湖南 长沙 410004；3.国网湘西供电公司，湖南 吉首 416000；4.北京恒泰实达科技股份有限公司，北京 100194）

1 引言

面对新形势，供电公司现有的服务模式逐渐暴露出运行、配电、调度专业协调不够、服务深度融合不足、创新机制滞后等问题。国家电网公司提出集中调度、集中调度的资源调度和业务运营综合供电服务指挥平台是支持面向客户、前端集成、专业支持、过程控制的新型现代供电服务体系。然而，由于当前供电服务指挥平台发展的不平衡，使得配电网经常出现大量的故障。国内外配电网检测的研究重心放在负荷电流、接触网、故障电流、电磁系统等检测方面，大多数情况下，是由于配电网的频繁使用、配电网的疲劳破坏和内摩擦缺陷的破坏，如果不及时检查和维护会造成严重的安全隐患。尤其是接触网和电磁系统是配电网中的两大系统。因此，接触网和电磁系统的检测主要集中在疲劳检测上，而数据检测主要用于其他负载电流、故障电流和灭弧。

谭卫斌等[1]的新型配电网在线监测装置，使用彩云零模暂态值的参数辨识方法，由三相探头通过自供电模块从线路电流中获取能量，利用罗氏线圈采集线路电流，采用非接触式电压传感器测量线路电压，根据短程无线通信的分布式同步录波方法记录故障波形。通信终端采集故障波形，综合零序矢量，自动识别和指示单相接地故障，为解决小电流单相接地故障定位问题，提高配电网自动化覆盖范围提供了一种新的解决方案；陈燿圣等[2]考虑微电网运行区域的配电网分布式能源规划，引入微电网运行区域模型对微电网运行边界进行定量描述，并用区间算法将其转化为规划模型约束条件，提出用户可中断负荷概率矩阵，建立考虑配网运营商和订单投资者利益的配网订货计划模型，并采用改进的粒子群优化算法对模型进行求解，保证了检测模型的合理性和有效性。上述几种方法出现负荷中断的次数较多，导致监测准确度较低，为此提出一种基于供电服务指挥平台配网运营自动监测方法。利用阈值法和模糊故障诊断法对配电网供配电网进行综合检查。采用负荷控制策略，通过计算目标函数和调用合适的可中断负荷，实现配电网运行的自动监控。

2 供电服务指挥平台构建

2.1 整体架构

供电服务指挥平台遵循配电总体信息规划的层次结构，充分利用大数据技术和移动互联网技术，构建综合系统，为客户提供一个控制平台供电业务分为三个层面，系统总体架构如图1所示。

图1 平台体系架构

通过智能传感层、数据融合层和智能感知层对配电网未来运行情况进行预测。

2.2 数据集成

供电公司将严格按照总供配电平台的要求，对供电系统进行综合布线，静态数据将从数据中心获取，动态数据将从坚实的历史平台获取，用于实时数据管理[3]。将海量平台的动态数据和数据中心的静态数据通过关键字组合起来，使配网在线监测系统数据完整、有效地运行。具体内容在图2中展现。

图2 系统集成技术设计图

根据国家电网海量实时数据管理平台中测点的命名标准，分析测量点的名称，为接收的终端提供清晰的代码[4]。通过接口程序将终端的唯一代码连接到营销应用系统和数据中心的数据采集系统，获得数据链为运营监控中心提供服务。

3 配电网运营自动监测

配电自动化系统为城市配电网的运行监控、故障定位、故障隔离和网络改造提供了强有力的数据保障，但必须建立在高质量的运行系统上。配电网自动化系统一般由主站、变电站以及终端网络组成，因为主站和副站大多由工业控制计算机系统的组成，运行条件良好，运行无故障[5]。因此，系统的不稳定因素大多出现在终端和通信网络系统中，系统的优化和缺陷消除主要在终端网络系统中进行。

在配电网运营过程中，容易发生故障现象，导致无法进行准确监测。配电线路故障可分为短路故障和断线故障。单相断线故障是断线故障中最常见的故障类型。传统的配电网单相断线故障处理方法，主要是以线路运行队巡线为主，辅以馈线分段试运行和部分杆上变压器(简称杆变)低压侧三相电压测量。但当线路较长或故障点相对隐蔽时，线路运行队的检查周期较长，实际测量极变三相电压也相对耗时[6]。此外，长时间断线还可能会对行人造成伤害。因此，当发生单相断线故障时，配电网调度部门迅速找到断线点的位置就显得尤为重要。

3.1 供电网硬件检测

采用阈值法实施硬件系统的检查，供电配网内的硬件系统主要是接触网和电磁系统[7]。假设不同类型的接触网和电磁系统的损耗程度为常数，那么供电配网中的接触阈值为，电磁系统的阈值为N2。可根据建立阈值条件不等式来检验，其表达式如下：

在公式(3)中，Sx代表供配电网电磁系统运行稳定性，AT代表供配电网电磁系统初始数据变化量，S-1代表供配电网电磁系统数据转换的终点值，电磁供电系统的分布参数Rm代表最大值。该矩阵用于限制硬件检测过程的条件，以保证检测的准确性。具体检查流程在图3中展现。

图3 供电配网硬件检查流程

3.2 异常数据模糊诊断

采用模糊故障诊断方法可以提高本文所涉及的配电网监测技术诊断的综合性。模糊故障诊断方法是利用矩阵之间的数据交换来发现异常数据的一种检测方法[9]。模糊故障诊断方法是许多系统的通用诊断方法，其应用特点是将标准数据与实际数据进行比较，能够进行快速检测，且精度高。条件交换矩阵如下：

其中，F(q)为模糊诊断方法参数，从以上公式可以看出，模糊故障诊断方法提取的异常数据与标准数据进行了比较，但供电配电网故障不仅用数据表示，而且在运行工况中反映出一些故障。是配电网的运行部件，通过不同的条件可以消除，不同条件下可以得到不同的结果，从而达到供配电网检查的目的。排除过程如下：

其中，Vj为切点网检查特征参数，wk为检查的准确性参数，，为反映配电网故障数据函数，通过引入模糊故障诊断方法可以对配电网进行全面的检查，模糊故障诊断方法是利用状态比较法，能够保证检查过程的准确性，利用两个条件的极限来保证检查的全面性。

3.3 配电网负荷监测与调用

在有源配电网系统中，负荷是系统暂态平衡的主动方，其负荷特性、可中断负荷分配和用户负荷需求都影响着系统的安全稳定运行。在现有有序用电的基础上，进一步考虑通过可控负荷的时间特性、频率特性和电压特性，与储能装置共同跟踪光伏和风电的输出变化，灵活得出存在的不正常负荷；可帮助移动储能设备参与主动配电网系统的紧急调峰，实现系统快速恢复频率稳定和电压稳定。

由于系统中存在无可避免的负载，日积月累负载必会影响系统正常运行，假设在t时段负载导致系统无法正常运行，(△L(t))由能量管理系统集成，可知容量平衡的约束条件如下：

其中，L(k)为系统容量函数，x(i，t)用来描述中断决策变量(0-1变量)。综合考虑IL(Identification Lists)的负荷特性和状态，如冷、热负荷的最大连续中断时间限制和最短功率恢复间隔时间限制，以及供电服务指挥平台储能设备寿命的最小电池容量限制，以判断此时是否负荷是否超出限定条件。

为此，可根据有源配电网系统中可中断负荷的特点，通过IL 建立合理的控制目标函数，明确调用适当的可中断负荷，可以实现电网实时经济运行状态的平衡。公式为：

其中，S用来描述补偿成本，G用来描述中断次数，T用来描述时段总数，N用来描述IL数目，L(i)用来描述可中断负荷能力，单位为kw，P(t)用来描述补偿单价，单位为元/(kw h)。

在供电过程中最长负荷中断时间限制的运算式为：

其中，m代表负荷中断起始时间，最长可中断时间为a 单位时间段。

最短复电间隔时长限制的运算式即：

在式(10)中，n为重新通电的开始时间，再通电的最短时间间隔为b单位时间。

针对供电服务指挥平台的储能设备，它的负荷判定条件：

其中，Qitmin代表供电服务指挥平台可用容量的上限，△Qitmin代表供电服务指挥平台可用容量的下限。

则，负荷中断的总时间约束条件如下所示：

其中。Ttotal(i)为负荷中断的成本参数，通过上述方法，确定故障点并对负荷进行计算，实现配网运营自动监测，使平台安全稳定运行，可以提高供电质量和可靠性，减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故发生时间，为恢复供电、快速分析、诊断和报告事故原因提供有效依据。配电自动监测可通过各种现场终端实时监测供电电压的变化，及时调整运行方式，调整变压器分接位置或切换无功补偿电容器组，确保用户电压在合格范围内；同时，它还能够使配电网的无功功率在可接受的范围内，从而降低网损。

4 实验结果分析

该系统以SQL Server 2008 R2 作为数据库开发平台，通过LabVIEW指令实现对系统原始数据的存储、处理、查询和管理等功能。

为了验证所配电网自动监测方法的有效性，进行相关的实验分析。本实验以某地区配电网设备为研究对象，利用研究系统对其进行了现场检测。将试验结果与实际结果进行比较，试验结果见表1。

表1 测试结果

通过表1可以看出，实验检测结果和实际结果比较而言，全电压全电流的误差较小，阻性电流有效值波动没有超过0.005mA。能够验证本文方法的监测结果一致性较好。故障现象检测结果在图4中展现。配网运营效率评估指标如下：

图4 监测结果

输电线路的负荷率即：

输电线路实际利用率表达式为：

主变最大负载占主变容量比例公式即：

主变平均负载率公式为：

从图4中可以看出，当监测幅频大于[-50，50]时，表明监测区域出现了故障现象，共6处与实际的6处故障值一致，可以看到受故障影响的停电区域、停电时间等有关故障和停电的信息，从而实现对负荷的在线管理和控制。

为了衡量监测方法的准确性，根据上述评估指标，将本文方法与文献[1]和文献[2]方法进行对比分析，具体内容如图5所示。可以看出，本文方法相对其他监测结果更加精准，这是因为本文能够通过中断负载手段提高检测结果稳定性，增加结果精准度。

图5 对比试验结果

5 结束语

本文提出的供电服务指挥平台下配网运营自动监测方法，根据配电网故障检测技术对配电网硬件系统进行系统检测，同时，采用模糊故障诊断方法进行数据综合检测和诊断，并对负荷实施合理运算，从而更好地完成自动监测。试验结果表明：本文方法全面提高了配电管理水平，更方便地获取配电网故障数据，为合理利用配电网信息分析电网现状提供了方便，对配电网的研究开发具有重要意义和价值。