基于大数据技术的配电网智能化供电服务指挥系统设计与应用

2018-08-29范瑞祥朱志杰

江西电力 2018年8期

刘蓓，范瑞祥，陈霖，朱志杰，安义

（1.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西南昌 330096；2.国网江西省电力有限公司，江西南昌 330077）

0 引言

配电网点多面广，运行环境复杂，电力系统中80%以上的故障发生在配电网[1-2]。如何快速判别配电网故障类型、定位故障地点、合理安排抢修、缩短抢修时长对于提升电力系统供电可靠性具有重要意义[3-5]。

近年来，关于配电网的研究主要集中于配电自动化的建设、发展与应用[6-10]。配电自动化工程使得配电网规模大幅增长，一、二次设备数量急速增加，使得配电网中故障点大大增多，设备故障量上升，增加了系统日常运行与维护的工作量，当故障设备不能及时修复，就会造成系统运行可靠性得不到保证[11]。

实际上，电力行业中营销、配网、调度都有各自的监控系统，若能合理利用这些系统数据，可以更好地为配电网运行与管控服务。文献[12]在尽量集成已有配电网信息化、自动化基础的原则上，提出了一种配电网运维管控平台的总体功能实现架构，探讨分析了配网运维检修等相关重点模块的功能；文献[13]提出了一种公共信息模型，通过对海量数据的处理，实现异构数据源之间的信息交互共享和数据的高效快速处理，为配电网运行提供技术支撑；文献[14]通过挖掘配电网海量数据来评估供电可靠性；文献[15]基于配电网的大数据实现了对低压配电网网格单元的横向比较，将低压配电网的无功运行管理工作推向科学化与精细化。

为了解决传统供电服务存在专业交叉业务多、服务信息分散、服务流程环节多、服务事件处理过程难以管控等问题，本文将大数据技术应用于配电网，旨在提升供电服务水平。在分析当前配电网弊端的基础上，提出了简单配电网智能化供电服务指挥系统的设计思路与体系架构，并构建了全面提升供电服务水平的功能模块，将配电自动化欠发达地区配电网的运维管控与抢修指挥推向高效化与精细化。

1 当前配电网存在的问题

1.1 信息系统之间存在壁垒

自SG186系统建成之后，电力行业还相继出现了调度运行管理系统（OMS）、生产管理系统（PMS）、企业资源计划系统（ERP）、用电信息采集系统、营销管理系统、能量管理系统（EMS）等系统，这些系统有效地促进了各专业管理的水平提升。但同时由于建设厂商、部署模式、建设时间不同，还存在着如下问题：

1）基础台账与实时数据缺乏紧密联系，数据孤岛依旧存在。由于营销、配电、调度各自系统分别是在不同时期由不同单位和部门负责建设，各业务之间缺乏统一的模型标准，“信息孤岛”现象依然存在，各种资源难以整合和共享。另外，用电信息采集系统仅建立了终端与台区的关系，没有建立与配电变压器的直接关系；而变电站实时数据则仅实现了点表与全路径命名关系，与PMS设备缺乏关联，缺乏一套按站-线-变-户等电网结构组织的基础台账与实时数据相结合的营配调基础数据库，无法为“大检修”的高效运转提供统一支撑。

2）数据高度共享和业务融合程度不够。各专业系统孤立运行，已无法满足大规模的多业务、跨专业数据共享和业务融合需求，需进一步加强数据治理，加大业务融合，以实现数据资源更新和高度共享、跨业务流程顺畅流转，逐步消除管理壁垒。

1.2 生产管理问题

由于简单配电网监控水平不高，主要依靠人工巡视查找缺陷和隐患，工作量大，导致大面积“以抢代维”现象出现。主要问题如下：

1）配电网缺乏精准运维支撑手段。配电网结构薄弱，供电能力不强，可靠性不高，一些地区“低电压”、“卡脖子”问题突出。缺乏按电网结构组织的配电网运行分析手段，很难全盘掌控各级配电网的跳闸、停运、重过载、三相不平衡、低电压等真实运行情况，无法做到对配电网薄弱问题的精确掌控，及时发现问题，实现管理精准发力；

2）缺乏提升立项精准性的支撑工具。目前配电网规划建设、技改大修立项时，主要依靠粗略的负荷预测和一线管理主观印象上报项目，对配电网亟需解决的“低电压”、“重过载”、“重复跳闸”等问题缺乏足够的基础运行数据与科学分析做支撑，导致无法精准投资建设，造成部分薄弱环节长期得不到解决；

3）生产运行情况难以掌控。配电网运行数据量大，其真实性难以辨识。要做到全盘掌控配电网运行真实情况，需要融合营销、配网、调度基础业务与实时数据，并基于这些运行数据开展生产业务管控分析。同时，随着相关业务应用系统的不断建设及完善，配电网运行水平的数据平均每天以百万级乃至千万级的增速增长，传统技术已难以解决电网运检管理中存在的问题。

2 设计思路

对配电网信息化、生产管理等问题进行了现场调研和深入剖析，提出了以营配调专业融合、建设一体化信息平台、建立配网全过程闭环管控流程三大措施，破解客户诉求传递环节多、时间长、数据分散难以共享整合、配电网建设改造精准度低三大难题的思路。

以实现供电服务“一个融合”（营配调融合，见图1）和“两个转变”（专业管理向客户导向转变，被动服务向主动服务转变）为目标，推进“三个建设”即建设实体化运作的组织机构，建设符合“五位一体”要求的制度流程，建设功能适用的技术支撑平台，构建“四个统一”即统一对外服务、统一对内指挥、统一职责流程、统一支撑平台的供电服务新体系。

图1 营配调融合

3 体系架构

3.1 总体架构

智能化供电服务指挥系统主要包括系统硬件层、系统支撑软件层、数据存储层、数据处理层和数据展示层5个层面，如图2所示。

图2 系统总体架构图

数据存储层包括分布式数据库和关系型数据库。配电网生产数据，包括开关动作、保护信号、电流、电压、有功、无功等海量实时数据存在分布式数据库。通过对数据运算之后的故障信息、事件信息、重过载信息、电压越限信息等数据转存在关系型数据库中。关系型数据库中主要存储设备台账、故障信息、事件信息、重过载信息、电压越限信息、缺陷信息、检修计划信息等结构化信息。

数据处理层包括对配电网生产大数据的数据挖掘、数据加工、数据分析等功能，对运行事件信息进行加工处理、分析与统计。数据展示层基于报表组件、图形组件、服务组件、数据组件实现多功能展示，为配电网运维检修提供“看得见、摸得着、估得准”的辅助决策支持。

3.2 数据集成

采用大数据支撑系统工具的多元数据采集功能，将分散在营销管理系统（SG186）、用电采集系统、生产管理系统（PMS2.0）、能量管理系统（EMS）、调度运行管理系统（OMS）、地理信息系统（GIS）、生产实时管控系统、故障指示器主站、智能开关主站九大系统的基础业务数据和电网实时数据抽取到混合式存储系统中，并根据配电网实际需求，按变电站-配电线路-配电变压器-用户电网拓扑架构进行融合组织，形成营配调融合的供电服务大数据库，如图3所示。

图3 数据集成图

3.3 数据质量治理

数据质量治理通过建立数据质量管理体系，以结构化数据辨识与治理为主，依据数据标准规范，建立设备对象统一编码体系。将设备对象相关运行数据、运行事件数据等业务数据进行串接，为数据辨识提供基础条件，采用大数据技术，以业务为导向，建立基于事件、电网拓扑、电气连接等多种电力调控数据辨识算法，对数据进行全生命周期管控。

从源数据、生数据、熟数据转变过程中，过滤发现脏数据，并提供数据溯源，及时查找脏数据源头，并及时告警和处理，保证数据唯一性、完整性、关联性、合法性等数据质量要求，从而有效支撑智能化供电服务大数据分析应用。

数据治理主要包括数据标准化管理、数据辨识校验、数据修正补偿、数据质量分析，治理架构如图4所示。

图4 数据质量治理架构图

4 功能模块

系统主要包括工单处置、主动抢修与预警、客户双向互动、停电信息发布、可视化自动统计分析五大功能。

4.1 工单处置

系统实现了工单流转便捷化。系统自动接收营销95598系统客户报修工单，3min内自动接单，通过简化派单、回单界面，固化填报模板，内部转办错派工单，有效缓解了恶劣天气高峰时段接派单工作压力，减少人员故障研判用时，从而降低超时投诉风险。

另外，系统还实现了工单“三级”督办自动化。系统自动监测工单用时，对接近告警值使用铃声、颜色、弹出消息等方式进行提醒，并通过手机短信及智能APP应用手段对工单执行情况进行分管领导、供电服务指挥中心管理人员、一线抢修人员“三级”督办。

4.2 主动抢修与预警

系统实现10类主动工单实时推送。基于实时获取10kV线路电压电流、开关位置、保护动作事件和配变电压电流、停电事件等运行数据，并依托营配调贯通站-线-变-户电网拓扑关系，通过“自上而下、自下而上”数据校验，快速推送10kV主线跳闸、分段（分支）线路跳闸（含电流突变）、配变停电、线路接地等4类主动抢修工单和配变低电压、配变过载、三相不平衡、母线电压不合格、线路重载、线路过载过载等6类预警工单。

此外，系统还能够实现中低压故障精准研判，辅助合单。依托站-线-变-户拓扑关系，结合计划停电、营销用户欠费、线路故障、配变停电事件、电气量召测等信息对故障停电范围、停电类型、停电现象、停电影响范围（线路、配变、小区、用户）进行综合研判，辅助完成同源故障工单合单。

4.3 客户双向互动

系统通过完善客户经理与线路、配变等设备的对应关系，搭建了指挥中心-客户经理-客户之间的信息沟通渠道。在计划停电、故障停电、客户报修时通过短信平台将停电信息、抢修安排与进度自动发送给客户经理与敏感客户，并由客户经理联系敏感用户、大客户、小区客户，实现主动服务。

同时，系统还提供供电服务APP应用。供电服务APP具有向客户及抢修、运维班组推送停送电计划、故障停电信息、预计送电信息等功能，从而实现双向互动。

4.4 停送电信息发布

从调度OMS系统接入停送电计划信息，并融合主动抢修故障信息，按计划停电、电网故障停限电、有序用电停电、临时停电、超电网供电能力停限电5种类型预置模板收集，导入并自动生成标准停送电信息，同步推送至国网95598业务系统，实现停送电信息定制化发布。

4.5 可视化自动统计分析

系统基于GIS实现故障定位、影响分析、车辆定位、设备异常、停电计划、保电任务的可视化展示。另外，还能够对抢修指挥绩效指标进行统计分析，主要包括95598工单统计分析，主动抢修工单分析、抢修班组工作量分析、停电信息报送及时率、派单及时率、到达现场及时率、抢修平均恢复时长、自动合单比例、工单错派率、投诉发生指数等抢修业务绩效指标分析等功能。

5 应用成效

本系统已在国网江西省电力有限公司全面推广应用，自运行一年以来，取得的主要成果包括：1）故障抢修平均处理时长降幅54%；2）故障报修工单业务处理时长降幅67%；3）运检类客户投诉率降幅39.5%；4）95598工单及时接单派单率达到100%；5）研判派发了69373张主动抢修工单，19589张主动预警工单，244949条主动服务短信（2个月的运行数据）。具体运行统计结果如表1所示。