配電自動化終端運行狀態(tài)大數(shù)據(jù)在線評價研究

鐘成偉 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司徐州供電分公司

隨著電力市場建設加速推進，市場化用戶對數(shù)據(jù)采集的及時性與穩(wěn)定性提出了較高的要求，尤其現(xiàn)貨市場建立以后，市場對裝置的采集性能要求越來越高，市場交易時刻的數(shù)據(jù)準確性是市場交易的關(guān)鍵因素，不準確、不及時均會引起投訴與糾紛，嚴重的時候會引起售電用戶出現(xiàn)虧損或倒閉。傳統(tǒng)的計量自動化終端已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在電力現(xiàn)貨市場電量結(jié)算要求，在實時性和穩(wěn)定性等方面都存在諸多不足之處。為了提高電力企業(yè)配電自動化終端運行水平，需要對傳統(tǒng)配電自動化終端技術(shù)進行改進。研制一種高穩(wěn)定型大數(shù)據(jù)在線評價系統(tǒng)，才能夠及時、準確、全面地反映電量使用。

一、大數(shù)據(jù)的相關(guān)概述

（一）大數(shù)據(jù)應用內(nèi)涵

大數(shù)據(jù)應用是大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造價值的一種關(guān)鍵體現(xiàn)，在具體實施的時候主要是借助大數(shù)據(jù)技術(shù)來對來源分散、數(shù)量規(guī)模龐雜、格式多樣的數(shù)據(jù)信息進行收集整理、存儲管理、處理應用，從而將這些信息加工改造成企業(yè)的信息資產(chǎn)，為企業(yè)各部門的經(jīng)營管理決策提供重要支持。

（二）大數(shù)據(jù)應用基本類型

第一，服務化管理平臺。大數(shù)據(jù)應用的基本服務平臺以Hadoop 作為基本分析套件。常見的大數(shù)據(jù)應用服務平臺包含阿里巴巴、亞馬遜等。第二，統(tǒng)計分析。依托BIM來完成對各類信息的統(tǒng)計分析。第三，數(shù)據(jù)交易。用來數(shù)據(jù)交易的多為API 接口公司，比如聚合數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)堂等。第四，數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘會通過數(shù)據(jù)分析來識別系統(tǒng)運作，從而借助信息有針對性地解決企業(yè)發(fā)展問題。

二、配電自動化終端

配電自動化終端系統(tǒng)在智能配電終端作用下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的科學采集、通信以及智能控制的優(yōu)化，時刻掌握設備運行狀態(tài)，滿足信息監(jiān)測分析和電能質(zhì)量控制的要求。信息模型與主站終端的標準化建設，為運檢系統(tǒng)增加拓展遙控功能，并實現(xiàn)分布式電源布置。進一步落實精細化管理方案，運行監(jiān)測低壓設備的同時，將本地控制信息上傳，便于整合低壓配電網(wǎng)的運檢信息。尤其是新需求的增加，使低壓配電網(wǎng)傳統(tǒng)形式調(diào)整為監(jiān)測終端，涉及功能擴展、接口等功能，并將這些功能整合到硬件中，打破了業(yè)務拓展的限制。在虛擬化容器技術(shù)的協(xié)助下，及時為用戶提供更專業(yè)、更貼合的服務，以此實現(xiàn)配變終端到智能化升級的轉(zhuǎn)變。

三、自動化終端設備在電力網(wǎng)中有效應用分析

（1）做好故障自動隔離技術(shù)的應用?？刂萍夹g(shù)以及自動隔離技術(shù)，是電力網(wǎng)自動化終端設備中非常重要的核心技術(shù)，這兩種技術(shù)在系統(tǒng)的操作可靠性和穩(wěn)定性方面，還有著巨大的優(yōu)化和創(chuàng)新空間?？梢詷?gòu)建開閉所，然后提升電力網(wǎng)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸以及通信的時效性，增強可靠度，而且這種措施在很大程度上，還可以有效地緩解不同網(wǎng)絡中，電源之間連接不協(xié)調(diào)的情況。（2）做好自愈控制技術(shù)的應用。自愈功能是電力網(wǎng)中智能配電系統(tǒng)一個非常明顯的特點，其主要的目的就是解決電力網(wǎng)設備利用率低，供電不夠可靠以及線損率非常高的問題。通過使用上文所說的構(gòu)建，電力網(wǎng)自動化終端設備可以有效完成控制與檢測的基本目標，在發(fā)現(xiàn)故障的時候，能夠迅速及時地完成上報工作，故障的類型，發(fā)生故障的具體位置等信息，都能夠清晰的記錄下來，然后上報給上級。面對開閉所的故障，現(xiàn)階段一般采用DUT 和PUL 這兩種功能來完成，及時開閉遠方檢測控制，實現(xiàn)遠距離的配電輸送，加大了管理力度，提高電力網(wǎng)配電效率。在針對電源進線完成故障處理的時候，能依據(jù)故障的節(jié)點，自動完成保護動作，然后跳開斷路器，在斷路器檢測設備出現(xiàn)控制失衡問題之前就斷開內(nèi)部設備的電源，保障設備的安全。在故障處理完成之后，逐漸恢復到正常運行的狀態(tài)中。

系統(tǒng)建立的意義：配電自動化終端運行狀態(tài)大數(shù)據(jù)在線評價系統(tǒng)的建立，是信息化、大數(shù)據(jù)電力信息網(wǎng)背景下配電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。能更好地解決配網(wǎng)運維檢修工作，為供電企業(yè)提質(zhì)增效。建立該系統(tǒng)的意義如下。a.完善配電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將配電專業(yè)工作系統(tǒng)化、標準化，為大數(shù)據(jù)時代的到來做好準備。b.改變安全管理模式以及運維檢修模式，提升人的認識，提升專業(yè)技能，促進企業(yè)發(fā)展。c.提質(zhì)增效，提升公司效益，從節(jié)約運維成本和增加多計電量收入的角度，保證利益最大化。d.整合現(xiàn)有的各類系統(tǒng)和平臺抓取對配電班組實際工作有用的數(shù)據(jù)，使各系統(tǒng)發(fā)揮最大優(yōu)勢。

四、技術(shù)難點

面向市場化交易的、針對售電用戶的高密度采集、高穩(wěn)定性計量自動化終端，涉及面廣，需要具有現(xiàn)場安裝調(diào)試、電能計量、電力電子、信號處理、軟件分析等方面知識的專業(yè)人才共同完成，現(xiàn)有技術(shù)難點包括：（1）自診斷評估模型。實現(xiàn)對終端影響因素進行權(quán)重賦值，根據(jù)自身運行狀態(tài)進行采集、監(jiān)測，并根據(jù)評價標準對設備運行狀態(tài)進行狀態(tài)分級。該評估模型的設計需要綜合考慮設備穩(wěn)定性狀態(tài)、正常運行標準、故障發(fā)生次數(shù)等綜合因素。（2）網(wǎng)絡多通道切換和同時在線模式。目前，計量自動化采集終端基本都使用單通道方式，當該通道出現(xiàn)異常，極易導致設備長時間離線。需要設計多信道備份在線模式，同時兼容目前采集系統(tǒng)的采集方式，提高設備信道可靠性，進而保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。目前行業(yè)內(nèi)無相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)可參考，需要重新設計規(guī)劃。（3）測試元器件及整機穩(wěn)定性。針對關(guān)鍵元器件的各項核心指標制定相應的測試手段，從根源處驗證設備硬件性能和使用壽命。測試自動化采集終端的性能指標，需要基于設備實際應用環(huán)境、使用壽命要求、造價成本等綜合因素考慮。（4）系統(tǒng)主站的開發(fā)和建設。系統(tǒng)主站開發(fā)和建設包括數(shù)據(jù)召測、參數(shù)設置與讀取、報文解析、數(shù)據(jù)儲存和分析，WE B瀏覽服務、終端性能評估結(jié)果圖形化顯示等。

五、配電自動化終端運行狀態(tài)大數(shù)據(jù)在線評價研究

（一）配電自動化終端大數(shù)據(jù)在線評價數(shù)據(jù)流

根據(jù)本文提出的大數(shù)據(jù)平臺方案，某電網(wǎng)公司組織搭建了面向該地區(qū)的配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析應用平臺，并進行了部署，以監(jiān)測該地區(qū)配電網(wǎng)的運行情況。該平臺首先通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡安全智能系統(tǒng)（CIS）、用電信息采集系統(tǒng)等主要業(yè)務系統(tǒng)，形成地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、海量數(shù)據(jù)平臺三大數(shù)據(jù)平臺，從而構(gòu)建起準實時數(shù)據(jù)中心，為大數(shù)據(jù)平臺提供數(shù)據(jù)來源。準實時數(shù)據(jù)中心以WebService 方式提供3 種類型的數(shù)據(jù)訪問接口：設備模型訪問接口、準實時運行數(shù)據(jù)訪問接口、歷史數(shù)據(jù)訪問接口。接口及協(xié)議均遵循源系統(tǒng)要求：1）與地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互的接口主要包括地理信息系統(tǒng)地圖沿布圖、配電網(wǎng)模型等，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)當前運行狀態(tài)圖形化展示，并顯示故障位置及停電區(qū)域。2）與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互的接口主要包括低壓模型、設備臺賬信息、設備缺陷信息等，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)設備模型層次展現(xiàn)及運行狀態(tài)評估等功能。3）與能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的接口主要包括出線開關(guān)運行信息、開關(guān)狀態(tài)變位信息、故障跳閘信息等，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)線損計算、全網(wǎng)可靠性分析等功能。各數(shù)據(jù)平臺及智能采集裝置完成歷史數(shù)據(jù)、準實時數(shù)據(jù)集成，為配電自動化終端運行狀態(tài)大數(shù)據(jù)在線評價打通數(shù)據(jù)通道。

（二）配電自動化終端狀態(tài)管控模塊

評價狀態(tài)可視化展示：數(shù)據(jù)可視化是配電自動化終端運行狀態(tài)大數(shù)據(jù)在線評價的重要方法及最終目的。整體平臺采用HTML+FLEX+BlazerDS+Spring+Hibernate 框架組合方式進行開發(fā)。HTML 負責總體界面渲染；FLEX 負責圖形操作相關(guān)的視圖渲染、圖標展示、地理信息系統(tǒng)渲染；BlazerDS 負責FLEX 與后臺通過AMF 協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信；Spring 作為Bean 工廠負責所有業(yè)務Bean 的管理和事物管理；Hibernate 負責數(shù)據(jù)庫訪問和持久化對象管理。

配電自動化終端在線平臺狀態(tài)的展現(xiàn)采用HTML 和FLEX 結(jié)合技術(shù)，服務端框架采用Spring+Hibernate。準實時數(shù)據(jù)中心以WebService 方式發(fā)布接口服務。視圖與支撐平臺之間采用AMF 或者RESTful 方式進行數(shù)據(jù)交互，支撐平臺與計算服務之間采用JSON-RPC 方式進行數(shù)據(jù)交互。

該系統(tǒng)主要運行和測試環(huán)境包括：操作系統(tǒng)為Unix/Linux/Windows7；Java 運行環(huán)境為JRE1.7；Web 應用服務軟件為Tomcat7；數(shù)據(jù)庫為Oracle11g；瀏覽器為IE9、Chrome10。

（三）系統(tǒng)運行機制

在確定系統(tǒng)的共識機制后，本節(jié)對分布式終端系統(tǒng)的運行機制進行詳細說明，系統(tǒng)運行機制。假設臺區(qū) a 的數(shù)據(jù)被終端收集到，該終端會首先將數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，同時該終端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰終端，相鄰終端也將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)緩存區(qū)，同時進一步轉(zhuǎn)發(fā)，直到數(shù)據(jù)存儲到全網(wǎng)所有終端的數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。在臺區(qū)數(shù)據(jù)進行全網(wǎng)廣播后，終端的可信芯片會運行可驗證隨機數(shù)生成程序，由隨機數(shù)決定擔任記賬節(jié)點的終端，記賬節(jié)點終端將臺區(qū)數(shù)據(jù)打包成新區(qū)塊，寫入主鏈中，同時將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中刪除；記賬節(jié)點隨后將新區(qū)塊進行全網(wǎng)廣播，其他終端在接收到新區(qū)塊后，對隨機數(shù)進行驗證，驗證通過后將新區(qū)塊連接到配電網(wǎng)主鏈上，并將數(shù)據(jù)池緩存區(qū)的臺區(qū)數(shù)據(jù)刪除，至此所有終端的配電網(wǎng)主鏈均已被加入了新的區(qū)塊，臺區(qū)數(shù)據(jù)實現(xiàn)了分布式存儲。通過對示例系統(tǒng)運行機制的說明，可以看到分布式終端系統(tǒng)中的臺區(qū)數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到存儲到全網(wǎng)所有終端中的整個過程，在臺區(qū)數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，首先會進入終端內(nèi)未進入?yún)^(qū)塊的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，在系統(tǒng)選取記賬節(jié)點后，被選為記賬節(jié)點的終端將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中所有數(shù)據(jù)進行打包形成新的區(qū)塊，并全網(wǎng)廣播，隨后全網(wǎng)所有終端將這個新的區(qū)塊連接到各自存儲的配電網(wǎng)主鏈上，新區(qū)塊內(nèi)的臺區(qū)數(shù)據(jù)將會分布存儲在臺區(qū)的所有終端內(nèi)，實現(xiàn)了臺區(qū)數(shù)據(jù)的分布式存儲。

六、結(jié)束語

綜上所述，本文介紹已設計的配電自動化終端運行狀態(tài)大數(shù)據(jù)在線評價系統(tǒng)，最大的特點就是配電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和線路設備的全過程管理，同時該系統(tǒng)完全針對于配電運維檢修一線工作，使該系統(tǒng)的開發(fā)和使用具有極強的針對性和實用性，切實提高配電各項工作的效率，保證人身、電網(wǎng)、設備的安全，提供運維管理新模式，降低運行成本提質(zhì)增效。