基于调控云平台的多维度负荷信息融合系统的开发和应用

石倩倩 杨军伟 王波 王有军

[摘    要]随着我国智能电网的建设和发展，负荷分析是智能电网安全运行的重要支撑。基于此，本文在智能化电网高效管理和可靠存储要求下，提出了基于调控云信息资源融合的智能电网负荷分析平台的构建方法，并对电网负荷分析特点、框架、面临问题及相关应用进行了研究。

[关键词]云平台;负荷分析;系统开发

[中图分类号]TP277 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–00–02

Development and Application of Multi-dimensional Load Information

Fusion System Based on the Control Cloud Platform

Shi Qian-qian， Yang Jun-wei， Wang Bo， Wang You-jun

[Abstract]With the construction and development of smart grids in my country， load analysis is an important support for the safe operation of smart grids. Based on this， under the requirements of efficient management and reliable storage of smart grids， this paper proposes a method for constructing a smart grid load analysis platform based on the integration of control cloud information resources， and analyzes the characteristics， framework， problems and related applications of grid load Research.

[Keywords]cloud platform; load analysis; system development

电网环境下电力负荷分析模型的研究对象是多方面的，主要包括母线、地区、新能源、分布式发电处理及智能终端用电预测等。利用现有的条件进行相关智能化分析平台的设计和建设是智能电网管理技术的具体体现。

调控云是面向电网调度业务的云服务平台，其架构设计既要满足电网调控业务连续性、实时性、协同性的要求，也要符合云计算的理念，体现硬件资源虚拟化（共享与动态调配）、数据标准化和应用服务化的特点。而调控云上的电力调度通用数据对象结构化设计，综合考虑電网一体化特征，满足电网实时监控、在线计算分析、调度管理等调控运行核心业务对电力信息标准化、建模范围完整性、模型共享时效性和管理规范性的需求。

本文主要为提出一种利用调控云平台搭建先进的基于信息资源融合的负荷分析系统的解决方法。

1 电网现状分析

对于电网管理而言，需要分电压等级统计容载比，分变电站、分线路统计最大负载率，对容载比偏低及设备重载、过载情况进行分析，从而进行因供电能力不足采取的需求侧管理。传统的电力负荷分析是根据电网开关元件的状态来归并用于分析计算的逻辑节点，然后进行深度优先搜索、关联矩阵、节点融合树，从而建立电网拓扑模型，然后在拓扑模型的基础上进行负荷数据分析。但传统的拓扑模型建立方式基于CIM/E模型进行，所以需要根据调控云平台的模型和数据特征进行新的建模方法设计。同时传统的分析方法往往需要人工对数据进行解释，凭借的是分析人员的经验，所以我们需要采用更智能的方式替代人工进行分析结果的输出。

2 基于调控云的负荷信息资源融合系统的开发

2.1 系统的组成

多维度负荷信息融合系统通过数据库接口，获取调控云平台中的数据据设备台账和电网拓扑关系数据进行建模，然后根据负荷模型中各节点的设备类型，获取对应的遥测、遥信、遥脉采样数据。把采样数据通过数据预处理，消除死数据、坏数据后进行电网数据分析，最后生成负荷分析结论，通过浏览器进行展示，并保存入数据库中。系统建立部署在调控云集群中的虚拟服务器上，虚拟服务器上部署MySql数据库，进行历史数据和用户数据的保存，并采用实时表的方式增加运算效率。虚拟服务器可以直接连接调控云数据库进行数据获取，并部署WEB服务器让用户使用网页访问。如图1所示。

2.2 功能结构设计

负荷信息资源融合系统主要由数据采集、数据预处理、数据分析等部分组成，如图2所示。数据采集模块通过采集调控云上设备数据后，由数据预处理模块通过采集到的电网拓扑模型数据，建立电网一次连接拓扑模型，然后结合电网拓扑模型进行数据有效线分析和数据一致性分析，过滤非正常运行的设备数据和突变、毛刺、不变化等不合理数据。数据分析策略模块主要由母线、线路、变压器3种设备的分析模块和人工策略配置模块组成，对不同类型数据进行数据分析后，保存入数据库中。

2.3 数据的采集

调控云上的数据结构与传统EMS系统有所不同，调控云以数据对象为中心的数据关联整合作为数据基础，并采用一套用于数据交互共享的编码规则作为电力数据对象的唯一标识。数据采集模块依照文献[1]中提出的方式进行数据的采集和整合。

与此同时，安徽地区调控云平台另行建立本地数据库表，并依照数据结构设计理念，保存遥脉数据和电网统计数据。数据采集模块根据本地数据特征，同时采集本地遥脉数据和电网运行统计数据。

（1）将调控云数据库中的设备基本信息表（如断路器基本信息表、母线基本信息表、变压器基本信息表等）、设备参数表表（如变压器绕组参数表、交流线路参数表、母线参数表等）、电网拓扑节点表、电网拓扑连接关系表数据从调控云数据库中读取到MYSQL内存表中。

（2）将设备1 min量测历史数据表（接地刀闸开关1 min量测历史表、断路器1 min量测历史表、母线1 min量测历史表等）和设备电量历史数据表（并联电抗器日电量历史数据表、交流线路日电量历史数据表、母线日电量历史数据表等）读取到MYSQL历史表中。

2.4 数据预处理

数据预处理模块的重中之重是电网拓扑连接模型的建立，后续的数据预处理和数据分析都以此为基础。拓扑模型的建立主要方法为：将场站内的单端点设备（如母线、地刀、电容、电抗等）组合成的电网拓扑节点，再根据拓扑中的开关设备（如隔离开关、断路器等）根据遥信状态（开、合）组成拓扑边，并把节点和变归拢为一个拓扑岛。由于安徽地区的拓扑特征，为拓扑岛供电的电源点设置为220 kV的母线，将电源点和其他设备组成的拓扑岛称为供电区域，下同，该供电区域名称以电源点所属的220 kV电压等级场站的名称进行命名。

同一个场站内的母线往往具有母联断路器，如果母联断路器状态为分，则相当于母线分为不同的电源点，为不同的区域供电。调控云断路器数据对象模型中缺少断路器类型，所以需要设计一套研判断路器类型的算法，主要内容：①设置场站内同一电压等级所有的开关设备都为合位，并找到找到同一电压等级所有的母线。②针对电压等级相同的每两个母线，遍历拓扑网络，取得最短拓扑路径。③如果拓扑路径存在，且路径中包含断路器，则该研判断路器为母联断路器。供电区域拓扑建立的整体算法如下。

（1）从MYSQL内存表中读取调控云设备数据和拓扑模型数据，建立拓扑节点和拓扑边，并根据节点和边构造出供电区域拓扑模型并基于该拓扑模型，同时利用设备映射关系表，从量测历史数据表中取出开关设备的遥信值叠加到拓扑模型中。

（2）基于拓扑模型得到所有节点的分组向量，计算出该网络所有的联通下级拓扑，每个拓扑中均包括互相连接的拓扑节点和拓扑边。

（3）对联通下级拓扑进行分析。针对每个下级拓扑判断节点属性，如果下级节点中包含母线设备，则取母线设备的电压等级作为该下级拓扑模型的电压等级。根据节点的边，获得对应节点的所属场站。如果判断场站的电压等级为220 kV，表示此场站为该拓扑模型的电源点，将其加入拓扑模型分析的电源列表中。

（4）返回电源列表和供电区域拓扑连接关系表。数据有效线分析和一致性分析的整体算法如下：①根据供电区域拓扑连接关系模型，依次校验每个拓扑节点量测数据。②以日为周期，连续获取30个点的数据，计算30个点的平均数与每个的比值，继而剔除限定范围外的数据，过滤数据的噪声、数据抖动以及突变数据。

2.5 数据分析策略

数据分析策略主要由母线数据分析、变压器数据分析、线路数据分析3个部分组成。由于本系统线路分析为常规的线路负载率分析和线损分析组成，故不细说。

母线数据分析主要对母线的电压和功率平衡进行分析，当出现某一点电压采样越限时，则加载与该母线相连的拓扑节点功率采样进行分析，查看是否为负载波动造成，然后对与该母线相连的变压器绕组无功曲线进行分析，验证是否由于无功原因造成该结果。当电压越限点附近时刻的变压器拓扑节点无功功率未达到容量的10 %时，则验证与该母线拓扑节点相连的电容起拓扑节点之间的拓扑边上的开关设备是否为合位。最后将上述结果保存入库。母线功率平衡分析主要由功率平衡验证和电量平衡验证两部分构成，对于每条母线均采用两种方式进行校验。当出现母线有功不平衡的问题时，系统将记录与该母线和其下级拓扑节点的连接關系，作为分析依据，并获取其所有下级拓扑节点的有功功率，验证是否存在采样错误问题。当不存在采样错误问题时，分析该母线所有下级拓扑节点是否存在线路节点或变压器节点重载的情况，如果存在则把该节点作为造成功率不平衡的主要原因进行记录。同时，母线分析模块还会根据选中的母线拓扑连接关系分析本场站是否存在通过拓扑边与其直接相连的另一母线拓扑节点，如果不存在，则记录其为单母线运行风险。

变压器负荷分析策略主要对主变负荷进行统计分析，根据用户所选择的时间段，对于该地区不同电压等级的主变容量、主变运行容量、变压器最大总负荷、容载比进行统计、并选取每台主变的最大负载日，对主变最大负载率、最大有功负荷、最大无功负荷进行统计。也可以由用户指定为最大负荷日，对该日数据和去年该数据进行统计。当主变绕组出现重载或过载现象时，对该主变绕组拓扑节点的下级拓扑节点是否存在线路节点或变压器节点重载或过载的情况进行统计，并把重载或过载的下级节点，作为造成主变绕组重载或过载的主要原因，并把上述统计存入数据库中。

3 结束语

随着电网负荷规模不断扩大，负荷屡创新高，电网运行人员也承受着压力，需引入新的技术手段来保证智能电网的可靠运行。

调控云负荷信息资源融合系统在滁州地区的实际应用中表明，系统通过上述的方法提高了运行人员的工作效率，方便监控人员掌握电网运行中的关键信息，相比传统的通过EMS系统中的采样曲线分析手段，调控云负荷信息资源融合系统在速度和易用性上均有较大的突破。

参考文献

[1] 文燕，基于云计算的智能电网负荷预测平台构建研究[J].计算机光盘软件与应用，2014（13）：34-35.