大数据平台配电网智能化运维管控平台的设计和应用分析

大数据平台配电网智能化运维管控平台的设计和应用分析

赵彬

江苏方天电力技术有限公司 江苏南京 211102

摘要：电力大数据平台具备强大的信息感知、收集和实时监控能力，在电网系统的智能化运维中可借助大数据平台提高电力生产、输送和用电负荷之前的匹配性，优化电力设备和电网系统的管控力度和效果。基于此，以下研究了大数据平台在电网智慧化运维中的作用以及平台的主要功能和结构特点。

关键词：大数据；配电网；智能化运维管控平台；设计；应用

引言：

电力系统正在朝着智慧化的方向发展，配电网管理是一项复杂的业务，在传统管理模式下各种基础数据的收集、整理和汇总是一个难题。在人工智能时代，各种先进的电力传感器可实时采集电力设备恩、配电网以及用电负荷方面的数据，并且将其存储并展示在管理平台上，解决了传统模式下的不足。积极研究基于大数据技术的智慧化运维管理平台意义重大。

1. 大数据对配电网智能化运维的作用

1. 提高电力生产和电力需求的匹配性

电力能源难以存储，电力系统生产的电能处于相对稳定的状态，但电力负荷是一个动态变化的数值，例如，在一天之内存在用电高峰期和用电低谷期，每年夏季高温条件下的用电负荷较之一年内的其他时期也要高出不少。国内当前的电力供应主要为火电，占比达到70%左右，风力发电、光伏发电潜力巨大，在未来的“碳中和”管理中具有重要的作用，因而这些清洁发电方式的占比在不断提升。但是清洁发电受到环境条件的制约，在稳定性上价差。电力负荷的不稳定以及清洁发电方式的引入要求电力生产具备灵活调整的能力，最典型的是根据实际需求开展电力调峰。电力大数据通过采集电力系统在较长时期内的用电数据、电力负荷数据，对其用电情况实现有效的预测，进而为电力调峰、电力生产等提供科学的依据，提高电力生产和电力需求之间的匹配性。

2. 优化电力设备、设施管控效果

第一，提高设备状态感知能力。电力系统中涵盖了电力生产设备、输送线路以及用电终端等，在智能电网中利用部署在终端的传感器采集各种电力设备和设施的运行数据，然后再将这些数据传输到大数据管理平台，数据存储在数据库之后直接展示在电脑屏幕上，电力系统的管理人员通过这种方式实时监控各种设备的运行状态、评估电力系统的运行现状。例如，大数据可平台可监控变压器损耗、各种电气设备的运行温度、电流值和电压值等，系统一旦出现故障，监控数据会动态化显示异常信息^[1]。

第二，创建信息化、数字化监控平台。电力系统正在积极建设智能化、信息化的管理模式，在运维管理方面引入各种传感器，减少对人工模式的依赖性，传感器采集到数据通过电力通信接口存储在数据库，并经由专门的软件系统展示出来。大数据在信息化、智能化管理平台的建设中起到了基础性的作用，没有大数据平台，就无法实现数据的存储、展示、分析以及处理。

第三，打通电力生产、供应以及使用的各个环节。当前的电力系统较之以前更加复杂，在电力生产方面存在火电、水电、风电等多种类型，不能使用的电力能源还可通过储能技术暂时先存储起来，在电力输送方面要降低线损失和提高调峰能力，终端用户要借助传感器精确采集其用电负荷。大数据平台显著加强了以上各个环节之间的融合性，为各个环节之间的精确配合创造了有利的条件^[2]。

2. 大数据运维管控平台的功能及结构设计

1. 功能设计

1.实现设备状态的实时管控

正常情况下电力系统中的设备、输电线路、电力负荷等都会处在合理的范围之内，即使在一段时期内发生了一定程度的变化，也不会超过安全阈值。大数据运维管理平台要具备实时监控设备状态信息的能力，具体如下：1）监控设备故障信息。电力设备的工作电压、工作电流、绝缘性能、甚至运行温度等都是表征其当前运行状态的有效指标，大数据平台可实时监控和展示这些数据的变化趋势和最新情况，异常时发出故障报警信息；2）电力输电网络是一种拓扑结构，每一部分输电线路负责管理特定区域内的电力供应，当输配电网络跳闸或者线路受损失，输电中断。电力大数据平台可采集到这些电力供应的数据，根据电力供应中断快速判断出跳闸或者线路受损具体发生在哪些部位；3）负载管理。电力输电网络的核心作用是将电力能源输送到终端用户，满足负载需求。正常情况下电力负载应该处于合理的范围之内，但是在实际运行时会因为设备、用户需求等因素而产生空载、重载等情况，电力部门在这种情况下要对供电结构实施调整，以达到最佳的利用效率^[3]。

2.实现运维指标的实施管理

这方面的大体可分为两种类型，其一是电力系统运维管理指标，具体包括了电网检修、带电作业分析以及停电抢修的影响分析等。以带电作业分析为例，电压等级、作业区域等是检修过程中关注的问题，这些均可通过电力大数据运维管控平台来提供。其二是运检指标。配电网的实际规模、运行状态参数、检修时所涉及的所有指标都涵盖在其中。以配电网检修指标为例，其中包括了过载率、故障跳闸、抵押率等数据重要的监控参数。

（二）系统设计

1.硬件设计

电力大数据运维管理平台中的硬件设备主要包括各种部署在设备、输电网以及终端用户的信息采集传感器或者设备，例如，终端的智能点表用于采集各类用户的用电负荷，VHF钳型传感器用于监测绝缘电缆的局部放电情况。这些终端设备的主要作用是采集设备及线路的运维管理信息，为大数据平台提供原始数据。数据采集到之后要借助网络通信系统传输并存在数据库中，通信系统中涉及到交换机、通信线路（如光纤）等，交换机能够为特定区域内的各种网络通信设备提供网络接入点。在电力系统的运维和管理中还可利用GPS技术、遥感技术等，例如，线路巡检中可使用无人飞行器或者卫星技术。大数据系统的数据存储量巨大，电力部门处于数据安全的考量，可自行组建专业的技术团队开发可靠的电力大数据存储系统，重点要支持SQL查询和NoSQL查询等，数据库方面主要采用关系型数据库，或者使用其他更加成熟、稳定和安全的数据存储系统^[4]。在数据查询、展示、分析和处理中还要使用到高性能的服务器集群，因为电力大数据的运算量非常大，服务器的性能对运维管理的效率具有突出的因影响，系统的整体架构可参考图1。

图1.电力大数据系统运维管理平台软硬件系统架构

2.软件设计

电力大数据软件系统主要是根据具体的业务场景、管理流程等编制高度模拟性的可视化软件，电力系统的管理人员要和电力设备之间实现有效的信息交互，那么传感器采集到的各种电力数据就要直观地展示在软件系统中，如电力负荷的实时数据监控曲线，按照不同的统计维度，如以月为单位统计展示数据，观察电力功能供应系统在每个月的用电负荷情况。以小时为单位统计电力负荷数据时可观察到每天不同时段的负荷分布情况，这是数据对系统运维和管理具有重要的意义。软件系统上具备数据查询、数据展示等基本功能，甚至可通过软件前端向后端服务器发起请求，进而操纵部署在终端的设备。

3. 大数据平台配电网智能化运维管控应用策略

电力大数据运维管理平台在实际工作中的作用非常广泛，最基本是实时监控电力系统的各种运行数据，总体上的功能可分为以下几种类型：首先，故障报警功能。这是一种事中处理或者事后处理的方式，重点针对线路跳闸、超负荷运行、线路中断、绝缘失效等问题。其次，电力预测功能。电力生产、供应和使用三个环节容易出现不匹配的问题，电力使用情况存在一定的随机性，控制难度较大，这就要求电力生产和输送环节根据电力负荷的实际情况作出准确的调整。电力大数据平台日常运行时积累下来的大数据对这些预测性的工作提供了可靠的依据，电力部门的管理人员根据负荷曲线基本就可判断未来某一时期的用电负荷高峰期，这一功能对电力产能的调整作用显著。再次，用电规范性监控。电力大数据具备监控用电规范性的作用，无论是民用电还是企业用电，当其用电量明显低于市场平均水平时，说明存在盗用电力能源的可能性，电力大数据通过海量数据的统计、分析和挖掘，可提高对此类情况的监控效果，及时发现存在此类问题的用户。最后，运维抢修辅助功能。电力设备和线路在运维和抢修的过程中存在一定的安全风险和社会影响，在大数据平台的支持下可快速的获取受影响的范围信息，掌握潜在的安全风险，为运维和抢修人员提供可靠的依据，降低作业过程中的安全风险。

四、结束语

综上，基于大数据的电力智慧化运维管理平台在设计时重点关注其设备监控功能、运维检修功能、负荷监控功能，系统平台分为两个部分，硬件方面主要是传感器、通信网络、数据存储以及服务器等。软件方面决定于电力运维管理的流程、业务需求以及数据结构等因素。

参考文献：

[1]孙保华,陈蕾,夏栋,等.基于大数据平台的配电网智能化运维管控平台设计及应用[J].电气自动化,2018,040(006):81-84.

[2]徐玮,何安宏,于海平,等.配电网智能化运维管控平台应用功能架构探讨[J].现代制造,2017(33):58-61.

[3]杨飞勇,王彦垒,巴根那,等.基于智能化、大数据的配电网运维管控平台[J].电工技术,2018(6):3.

[4]刘博,钱勇,沈阿美.大数据技术视域下电力配电网智能运维管控系统研究[J].工业加热,2021,50(1):3.