10kV配电网络中智能化技术的应用

国网拉萨市达孜区供电公司 张 宇

1 配电网络智能分析技术

1.1 数据获取

基于智能化技术在某10kV 配电网中的应用，配置统一的接口、设置统一且标准的数据格式，可以满足配电网运行过程中多源动态数据的获取和分析，其中包括配电网实时数据、地理信息数据、设备数据、电能质量数据等。多源数据采集系统可以实现各类数据间的融合，实现配电网络中多维度数据在系统中的交互。数据在系统中的传输主要使用XML 格式结构，利用Unicode 编码，使用Java 程序编辑，进行数据采集系统的构建[1]。

系统物理结构包括服务器、配电多元系统、配电数据文件、历史数据库、多源数据系统、采集装置、传输装置等。在前端通过安装传感器和监控设备，实时获取电网状态信息，如电流、电压、功率等参数，以便实时获取配电系统动态数据。例如，配电网利用前端传感器装置将多源数据传输到系统之中，进行电流、电压、功率、温度等相关指标的可视化展示，具体数据提取结果见表1。

表1 采集装置数据参数获取

由表1可知，安装在配电网络线路及变压器上的传感器装置可以实时获取配电网络系统之中的相关数据，实时观察配电网络的运行状态，从而判断配电网络运行是否处于标准的范围之内。由于配电网络运行处于动态状态中，每间隔2min 获取一次配电网络中相关设备的数据状态，实现了对配电网络系统运行的实时监控。

1.2 数据分析

本系统具备自动分析功能，可以根据采集的相关数据信息判断是否存在故障因素，是否超出预设阈值，判断配电网络运行电能质量、能源输送稳定性等。配电网络中的数据量较大，根据采集的数据判断配电网络是否正常运行需要强大数据处理能力，故使用大数据处理技术中心，使用统计、分类、聚变、规则算法建立标准化的配电网特征，可以分析配电网络中是否存在馈线、跳闸、功率变化等问题，进行实际特征数据与阈值数据之间的匹配，识别故障信息。如利用大数据技术进行某电力企业配电网络运行状态的研判，提取2022年年底1个月内的配电网络状态预测结果，具体状态研判结果见表2。

表2 配电网络运行状态研判结果（部分）

利用大数据分析技术进行配电网运行状态的研判，可以实时了解系统的实际运行状态，进行配电网特征的提取和分析。但由于按照预设规则数据分析，存在研判系统判断错误的情况。根据表2中的结果显示，配电网络运行状态研判结果准确率达到了90%以上，具有良好的应用性。

1.3 系统构建

可将智能配电网工程桌面、移动应用桌面、监控子系统应用到配电网的智能管理之中，进行配电网运行的综合管理和实时监控。配电网监控应用设置单独的子模块，数据使用多元交互方式，各个子系统采用“软总线挂载”的方式接入系统之中，实现系统数据库内数据链接的统一性、规范性。利用大数据技术进行数据分析和数据融合，实现了配电网监控、数据提取、数据监控等多项业务的融合[2]。智能软件系统应用微服务架构进行模块化的拆解，提高配电网网络管理系统各功能模块之间的耦合性，且监控、故障诊断、数据访问、数据分析、系统维护等业务模块处于独立运行的状态。客户端程序开发主要使用WPE 编程技术，结合专项SDK 技术实现功能对接。

2 配电网络系统优化技术

2.1 硬件配置

配电网络主要应用动态规则算法进行网络线路优化，实现网络重构系统，硬件配置系统其中包括馈线终端电源模块、控制模块、通信模块、系统调用模块等。系统调用模块设定了驱动器，具体参数见表3。

表3 硬件驱动器参数表

内置监测电路，工作频率为20ms，利用发光二极管显示智能配电网络中各个线路的电压、电流等相关参数的实际状态。如果调用电压显示为异常状态，会显示红色，如果配电网络线路正常，则不反应。具体监测电路参数见表4。

表4 检测电路参数表

馈线终端单元主要用于远程监测和远程控制，内置嵌入式操作系统，数据过滤使用ARM 芯片，并按照任务等级、任务情况等进行约束和分级管理。配电网络线路中的信息使用DSP 芯片进行采集，在反馈过程中处于保密状态。控制模块使用单片机完成任务指令的发送和反馈，在电压、电流全部通过零电路后，电容差产生，根据编程语言进行指令的发送。单片机使用金属膜电阻，可以延长零件在电流通过状态下的使用寿命。通信模块主要负责任务发送、确认、响应，系统链路层中的信息会从启动站发送到从动站之中，且数据语言中存在否定确认原语，负责信息的反馈。如无应答则再一次发送请求，如应答则翻译原语报文。

2.2 软件配置

利用动态规则算法进行配电网络的智能化设计，智能系统可利用目标函数约束配电网络的运行条件，起到降低损耗、均衡电容的作用。同时，动态规则算法会根据配电网络类型进行分割、重构，选择最佳组合，确定最终方案，从而降低配电网络智能服务中的功率损耗。配电网络智能处理期间，会根据软件算法过滤和重构网络链路，初始化系统开关，进行网络链路分组，根据分组计算网络链路的实际状态，配电损耗是影响链路状态的主要因素，计算配电损耗的公式如下所示：

θ=V1（X0,A）+P1o

上述公式中θ 表示配电网络链路的实际状态，P1o表示局部区域的损耗情况，V1（X0,A）表示最优函数。基于上述公式建立目标函数，检索最佳的配电网络重构方案，实现配电网络服务的最优化。最终配电网络决策方案计算公式如下：

Y=max[Fn（X）×F（a）]

公式中Y 表示优化后的目标函数，Fn（X）表示第n 阶段的开关量。配电网在网络线路优化过程中，会根据阶段性状态确定最佳的组合方式，实现配电网络线路的标记、增益、优化，最终输出最佳的配电网络[3]。

3 配电网络智能控制技术

3.1 配电网络监控

利用传感器和监测设备，通过远程遥感技术收集电网的实时状态数据，包括电流、电压、功率、温度等参数。这些数据可以提供对电网运行情况的实时了解，并用于后续分析和决策。通过远程遥感技术，运行人员可以远程控制配电网络中的设备，如开关、变压器、容量器等。可以远程打开或关闭设备，调整电源输出或分配，以满足实际需求并优化能源使用。

此外，远程遥感技术可以收集大量的实时和历史数据，这些数据可以进行深入分析，并应用智能算法进行优化，在此过程中通过对数据的分析和处理，可以优化电力供需平衡，提高能源利用效率并降低成本。

配电网络远程遥感监控主要利用物联网和远程通信技术，实现对配电设备的遥控与监控，可以远程开关、调整电气设备状态，优化电网运行。远程遥感监控除使用智能管理系统之外，也需要在配电网络前端配置智能设备及智能元件。

在配电网络前端配置相应的智能元件后，建立综合监控系统和控制系统。监控系统主要负责数据采集，其中包括监控主站、代理服务器、数据传输终端、监控终端。控制系统内主站主要负责人机交互，代理服务器主要负责数据中转，数据传输终端主要负责数据传输，终端设备主要负责配电网络前端设备数字量和模拟量的采集。

3.2 配电网络远程控制

在远程控制方面，远程控制系统以云平台为基础，运行在一个中央服务器或数据中心上。配电网络中的监测设备与云平台建立远程通信连接，通过网络将实时数据传输给云平台。云平台接收并处理来自配电网络的实时数据。通过应用数据分析和智能算法，对数据进行处理和分析，识别异常情况、预测负荷需求，并生成相应的控制策略。基于数据分析结果，云平台生成相应的远程控制指令。这些指令可以通过云平台与配电网络中的远程设备下发给目标设备。受到远程控制指令的影响，配电网络中的目标设备执行相应的操作。

3.3 配电网络智能运维

配电网络智能化运行主要基于无线网络实现数据从单机向服务器的传输，该类数据会输送到专家诊断系统之中，借助专家诊断系统的算法，完成配电网络的故障诊断和故障处理。配电网络智能专家诊断系统核心是诊断数据库，数据库之中包含很多与配电网络领域相关的专家知识，为配电网络非专家提供相应的帮助，并借助算法自动解决非硬件问题。专家诊断系统利用以往人员诊断经验、设备动作逻辑、保护动作开关等，将预警信息作为主要根据，进行知识推理，最终完成故障诊断过程和自动维护过程[4]。

故障诊断会就配电网络的保护动作逻辑等，选择使用直观的模块规则，同时支持相关人员利用算法进行规则修正，实现配电网络故障诊断过程与电网实际运行状态之间的兼容性。

配电网络智能运维借助智能专家系统，构建了四个维度的专家知识库。

一是结构功能知识，该部分主要根据网络连接设备之间的结构关系，实现分块化诊断，即建立故障树进行故障诊断。

二是专家知识，专家知识负责配电网络设备状态的判断，依据配电网络运行规则，进行规则库构建，该模块功能的实现主要借助故障树分析。

三是过程性指数库，该库主要以函数和子程序完成配电网络过程推理。

四是基本诊断单元，包括采样数据、历史数据等，根据数据完成具体的故障诊断。

在故障维护方面，系统使用数据分析和机器学习算法来检测和识别异常情况。当系统检测到电网中的异常行为或潜在故障时，会发出预警信号或报警信息，并通知相关人员进行相应处理。

同时，智能系统会利用历史数据、故障统计和先进的预测算法，预测设备故障的可能性和时间窗口。这使维护人员可以提前采取预防措施，减少计划外停电和维修时间。在远程维护上，通过使用自动化技术和远程遥控功能，例如远程开关、设备状态监测等，减少人工干预，实现对配电设备的自动化运维和远程控制，从而提高运维效率。