基于大数据的智能配电网状态监测技术

高 原，张卫东，高 盛，刘 冰，王 毅

（淄博供电公司配电运检室，山东 淄博 255000）

1 智能配电网状态监测现状评价

配电网是智能电网的核心环节。与传统配电网相比，智能配电网融合了自动化技术、现代通信技术、计算机技术、微电子技术以及传感测量等技术[1-3]。通过这些技术，配电网的运行方式更加灵活可调，支持各种能源形式和电力用户的储能装置，且在供电安全性和可靠性方面也有显著提升，具有良好的经济效益和社会效益。我国传统的配电网主要采用辐射型结构，电能在网络中单向流动，对配电网设备进行监测较为容易。但是，智能电网中分布式发电装置（Distributed Generation，DG）的接入，极大地增加了配电网结构的复杂程度，导致配电网在正常运行过程中会产生局部双向不定潮流问题[2]，一旦配电网发生故障，需要立即采取准确可靠的方式进行故障录波，以分析故障原因和故障发生地点。同时，可对故障波形进行存储比对、分析故障性质，最大限度避免同类事故发生，提高类似事故处理效率。

由于各种故障录波器因录波原理不同、厂家不同、适用的配电网不同而存在多种录波格式，导致后续批量分析和查看不便。传统配电网状态监测技术缺乏故障的预警和事后分析手段，故障波形库建立后，缺乏相关的大数据分析系统与之对接，致使电气数据信息得不到更深入的挖掘和分析。当配电网有电能波动时不能及时预警，无法及时、全面、准确地对配电网进行状态监测。

2 智能配电网状态监测系统的设计

在长期运行过程中，配电网由于电力作用产生热效应和化学变化而极易导致绝缘劣化，降低设备的电气绝缘强度，严重时还会引起设备故障。近年来，随着配电网发展规模的不断扩大，电网突发性事故越来越多。因此，配电网设备状态监测成为确保电网安全性和可靠性的关键因素。下文将详细分析智能配电网状态监测系统的设计。

2.1 硬件设计

智能配电网设备状态监测系统硬件包括基础架构、通信网络、计算节点、存储系统、以太网核心交换机以及软件[3]。高性能光纤交换机满足8G FC数据计算交换需求，八核处理器，配置128 GB内存，采用企业级中端存储，双控制器，8G FC接口互联，配置虚拟机集中管理系统，虚拟桌面50个，企业版授权CPU 6个[4]。通过互联网技术对智能配电设备运行状态进行在线监测，建立故障诊断知识库，运用各类算法进行数据分析。智能配电网设备状态监测系统硬件架构，如图1所示。

2.2 软件设计

智能配电网设备状态监测系统采用模块化设计，包括设备数据中心、数据采集模块、故障预警模块、专家诊断模块以及决策模块[5]。设备数据中心主要基于4G无线网络对各类数据采集装置的数据信息进行收集和汇总，主要包括收集振荡波局放检测数据、超声波局方检测数据、雷电波局放检测数据和红外测温数据[6]。同时，可以将这些数据通过USB接入移动终端。移动终端与采集服务器通过互联网对接，将数据导入配电网设备健康状态移动监测与诊断技术平台。故障预警是对监测数据和知识库中的数据信息进行分析得出诊断结论，能够在故障未发生时做出预警故障发生时间、地点以及故障类型，以便在故障发生后工作人员作出迅速反应，找出故障点，及时采取维护措施。决策模块通过专家级决策知识库进行诊断分析。专家级决策知识库是对配电网设备健康状态领域方面的知识集合，包括基本事实、规则和其他相关信息[6]。知识的表示形式以框架、规则、语义网络为主。知识库中的知识源于领域专家以及其他各方面获得的具有重要价值的知识、推理和决策规则信息，是进行配电网设备故障诊断的关键因素。专家诊断主要是在故障识别和状态预判的基础上，通过设备运行状态的实时数据分析，集合专家级运维决策库，通过神经网络、支持向量机、模糊数据模型等专家诊断算法[3]进行故障诊断。智能配电网设备状态监测系统架构，如图2所示。

图1 系统硬件架构设计

图2 系统功能模块及架构示意图

3 智能配电网状态监测技术应用前景

根据电网公司的管理现状，以配电网设备振荡局方检测、超声波、雷电波局放以及红外测温为基础进行研究，实现一个终端对多种状态监测装置的数据采集和控制，配合专家级决策知识库进行数据采集、存储、分析、诊断以及管理[7]。智能配电网设备状态监测系统制定统一的接口标准，与信息采集设备互联，获取在线监测数据。通过行波定位法、双端定位法、支持向量机分类识别、红外图像识别等算法，能够实现通过多维度数据监测信息的综合诊断功能，有效管理智能配电网设备的状态监测和停电检修，进而进行专业化数据分析和诊断。通过对配电网设备状态的监测，达到对设备健康状态的提前预判，以便工作人员及时进行检查并指导进行设备维修和更换，从而有效避免因设备故障导致的重大事故，提升供电质量的同时，最大限度降低电力企业的设备维护成本。

4 结 论

综上所述，智能电网是未来电网研究和发展的主要方向。对配电网设备进行状态监测，是确保设备安全可靠的运行关键所在。基于大数据的智能配电网状态监测技术，可以有效将各个设备通过互联网进行数据共享，便于实时监测电网设备，实现电网和电力设备的无缝对接，尤其是对存在安全隐患的设备，可以进行预测并进行预防控制，建立故障诊断数据库，有效避免传感器故障引起的保护误动作，最大限度确保配电网设备的安全运行。