基于供電服務(wù)指揮系統(tǒng)的配網(wǎng)可靠性問題分析模型研究

蒲 寅，陳華山，王朝龍，劉 軍，邢 震

（1.國網(wǎng)青海省電力公司海東供電公司，青海 海東 810600；2.國網(wǎng)青海省電力公司，青海 西寧 810000）

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展與電力體制改革的推進，電力用戶對供電服務(wù)質(zhì)量的要求持續(xù)提升[1-4]。在供用電管理領(lǐng)域，電網(wǎng)公司擁有海量的用戶用電數(shù)據(jù)，但都分散在調(diào)度、運檢與營銷等不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)[5-8]，這些數(shù)據(jù)蘊含電網(wǎng)安全運行邊界、用戶用電需求等豐富的高價值信息[9-12]。通過物聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實現(xiàn)多業(yè)務(wù)信息的互聯(lián)融合[13-15]，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析與人工智能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)調(diào)度、營銷、運檢等多業(yè)務(wù)智能協(xié)同，進一步提升配電網(wǎng)供電可靠性與服務(wù)水平[16]。

因此，文中開展供電服務(wù)指揮系統(tǒng)及其配網(wǎng)可靠性問題分析的研究，通過多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合提升配電網(wǎng)供電服務(wù)水平。

1 智能供電服務(wù)指揮系統(tǒng)

智能供電服務(wù)指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括智能感知、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)融合與業(yè)務(wù)應(yīng)用四層。

圖1 智能供電服務(wù)指揮系統(tǒng)架構(gòu)

智能感知層是智能供電服務(wù)指揮系統(tǒng)的神經(jīng)末梢，是數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)一接入的接口，通過多種通信方式從電網(wǎng)的生產(chǎn)運營控制系統(tǒng)中獲取海量蘊含電網(wǎng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，如配電自動化、調(diào)度自動化及用電信息采集系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)等，并上傳融合構(gòu)成全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心。

數(shù)據(jù)中心層，即營配調(diào)融合的全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，包含“站-線-變-戶”拓?fù)?、線路實時電壓電流數(shù)據(jù)、保護開關(guān)狀態(tài)、用戶有功無功、故障事件信息、電力設(shè)備資產(chǎn)信息等數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)融合層用于對數(shù)據(jù)中心層儲存的信息進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)分類等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分布式存儲。通過元數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)標(biāo)簽、數(shù)據(jù)挖掘與多維分析等數(shù)據(jù)分析技術(shù)，深度挖掘數(shù)據(jù)的潛在價值，為電網(wǎng)供電服務(wù)提供智能化管控手段。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是智能供電服務(wù)指揮系統(tǒng)實現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能，包括客戶應(yīng)急處理、業(yè)務(wù)全流程管控、停電到戶通知、故障搶修指揮等，以提升電網(wǎng)供電服務(wù)水平。

2 配網(wǎng)可靠性問題分析模型

2.1 可靠性問題分析模型架構(gòu)

配電網(wǎng)的可靠性問題直接影響著電網(wǎng)公司供電服務(wù)的質(zhì)量水平。文中在供電服務(wù)指揮系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，構(gòu)建配電網(wǎng)可靠性問題分析模型，提供智能化的可靠性問題解決策略，提升了配電網(wǎng)可靠性。

配電網(wǎng)可靠性問題分析模型架構(gòu)如圖2所示。包括即時問題現(xiàn)場處置分析模型、風(fēng)險預(yù)警事前預(yù)控分析模型與近遠期規(guī)劃目標(biāo)指導(dǎo)模型3個部分。

圖2 配電網(wǎng)可靠性分析模型架構(gòu)

即時問題的現(xiàn)場處置分析模型針對現(xiàn)場實時傳遞的各類配網(wǎng)狀態(tài)問題，構(gòu)建故障研判分析模型，實現(xiàn)故障問題的快速處置，主要包括故障研判、故障管理、停電信息管理與不規(guī)范停電作業(yè)分析。

風(fēng)險預(yù)警的事前預(yù)控分析模型針對現(xiàn)場傳遞的配網(wǎng)狀態(tài)問題，構(gòu)建研判規(guī)則，預(yù)測各類配網(wǎng)狀態(tài)問題反映的設(shè)備運行風(fēng)險，提供風(fēng)險預(yù)警防控策略，主要包括設(shè)備運行時間主動檢修、主動預(yù)警。

近遠期規(guī)劃的目標(biāo)指導(dǎo)模型針對存在配網(wǎng)常態(tài)問題的設(shè)備，構(gòu)建規(guī)劃改造指導(dǎo)模型，提供精準(zhǔn)投資指導(dǎo)策略，保障近遠期電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運行，同時減少電網(wǎng)運行狀態(tài)問題，并降低電網(wǎng)運行風(fēng)險，其主要包括供電能力評估、配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2.2 基于分層拓?fù)涞墓收涎信信c工單處理

在上述配電網(wǎng)可靠性問題分析模型中，故障研判與故障處理直接關(guān)系電網(wǎng)故障恢復(fù)時間，深度影響供電可靠性。文中以此為例展開分析說明，當(dāng)系統(tǒng)接收到故障信息，立即進行故障研判，并確定故障邊界節(jié)點。再進一步通過故障工單智能處理，檢索停電設(shè)備信息庫，生成相應(yīng)的搶修工單，輔助工作人員開展搶修與回單，提高故障恢復(fù)速度，并減小故障停電時間。

1）故障研判

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般為輻射型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)此特性可以實現(xiàn)配電網(wǎng)故障自動研判。配網(wǎng)分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。由上至下各層依次為配電母線、饋線線路、支線線路、配比變壓、低壓線路、用戶。對于每層節(jié)點采用集合X={x1,x2,…,xi}，節(jié)點運行狀態(tài)采用向量PX={px1,px2,…,pxi}描述，pxi=1表征節(jié)點xi正常運行，pxi=0表征節(jié)點xi失電。

圖3 配電網(wǎng)分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

當(dāng)系統(tǒng)接收到某節(jié)點gf的失電信息時，首先進行失電信息的準(zhǔn)確性校核；獲取其子節(jié)點運行狀態(tài)信息，根據(jù)式（1）研判失電信息的準(zhǔn)確性。

式中，Z={z1,z2,…,zj}為節(jié)點gf的子節(jié)點集合，pzj為子節(jié)點zj的運行狀態(tài)。若pgf=0，則說明上傳的失電信息準(zhǔn)確，否則失電信息有誤。

由下至上通過父節(jié)點運行狀態(tài)信息根據(jù)式（2）搜索故障邊界節(jié)點。

式中，G={g1,g2,…,gf,…,gk}為節(jié)點gf同層節(jié)點集合，yn為節(jié)點gf的父節(jié)點，pyn為其運行狀態(tài)。若pyn=1則說明故障邊界節(jié)點為gf，若pyn=0，則繼續(xù)根據(jù)式（2）向上搜索，直至確定故障邊界節(jié)點。

2）停電設(shè)備信息庫

通過配電自動化、營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)與用電信息采集系統(tǒng)等獲取停電設(shè)備信息，構(gòu)建停電設(shè)備信息庫，便于對停電信息進行管理。同時為生成工單提供必要的檢索信息，實現(xiàn)故障報修工單的快速生成。停電設(shè)備信息庫典型示例如表1所示。

表1 停電設(shè)備信息庫典型示例

3）故障工單處理流程

經(jīng)過故障研判，在確定了故障邊界節(jié)點的基礎(chǔ)上，一方面檢索停電設(shè)備信息庫，若存在對應(yīng)設(shè)備信息，則提取相關(guān)信息生成停電回單信息；若不存在，則根據(jù)停電工單生成停電回單信息數(shù)據(jù)，并添加進停電設(shè)備信息庫。另一方面，根據(jù)故障邊界節(jié)點信息從下至上檢索各層節(jié)點狀態(tài)，實現(xiàn)故障工單的自動分類處理，其流程如圖4所示。

圖4 基于分層結(jié)構(gòu)的故障研判與工單處理流程

3 算例分析

為驗證文中模型的正確性，采用某供電線路進行故障研判與工單處理示例分析。供電線路結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 某供電線路結(jié)構(gòu)

3.1 故障研判與工單處理分析

以具體的某實際故障為例，接收到時代商城報修工單，確定其屬于時代商城專變所屬用戶。時代商城專變下共6個用戶，運行信息如表2所示。由表2及式（1）確定時代商城專變失電，運行狀態(tài)為0。然后分析水西支線102環(huán)網(wǎng)柜是否失電，其3條出線運行狀態(tài)均為0。根據(jù)式（2）分析可知，水西支線102環(huán)網(wǎng)柜失電，該節(jié)點為故障邊界節(jié)點。

表2 時代商城專變低壓用戶數(shù)據(jù)

根據(jù)水西支線102環(huán)網(wǎng)柜節(jié)點信息，對停電設(shè)備信息庫進行由下至上檢索，得到：1）水西街專變運行狀態(tài)Pt1=0、華夏小區(qū)配變運行狀態(tài)Pt2=0、時代商城專變運行狀態(tài)Pt3=0；2）水西支線102環(huán)網(wǎng)柜運行狀態(tài)Pt=0；3）銀華線運行狀態(tài)PL=0。由此確定，該報修工單為水西支線102環(huán)網(wǎng)柜停電影響，屬于臺區(qū)停電，然后檢索該設(shè)備的停電信息，自動提取數(shù)據(jù)回單。

3.2 配網(wǎng)可靠性問題分析模型

統(tǒng)計該地區(qū)近兩年采用文中所提故障研判與工單處理方法前后的故障數(shù)據(jù)來進行對比分析，結(jié)果如圖6所示?？梢姴捎梦闹兴岱椒ê螅骄收享憫?yīng)時長由10.3 min下降至3.5 min；平均故障點確定時長由19.3 min下降至4.4 min；平均搶修回單時長由36.2 min下降至28.7 min；10 kV故障平均停電持續(xù)時長由3.15 h下降至2.67 h。

圖6 文中方法與傳統(tǒng)方法效果分析

4 結(jié)束語

文中首先分析了智能供電服務(wù)指揮系統(tǒng)的架構(gòu)，構(gòu)建了基于供電服務(wù)指揮系統(tǒng)的配網(wǎng)可靠性分析模型，并提出了基于分層拓?fù)涞墓收涎信信c工單處理方法。算例仿真結(jié)果表明，文中所提方法能夠自動進行故障研判，快速確定故障節(jié)點。通過進一步對故障報修工單進行分析處理，實現(xiàn)停電回單信息的自動生成。采用文中所提方法后，故障響應(yīng)時長、故障點確定時長、搶修回單時長與故障停電持續(xù)時長均大幅下降，能夠加快故障處理速度，保障電網(wǎng)供電服務(wù)的安全與可靠。