基于大數據技術的配電網智能化供電服務指揮系統設計與應用

劉 蓓，范瑞祥，陳 霖，朱志杰，安 義

（1.國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096；2.國網江西省電力有限公司，江西 南昌 330077）

0 引言

配電網點多面廣，運行環境復雜，電力系統中80%以上的故障發生在配電網[1-2]。如何快速判別配電網故障類型、定位故障地點、合理安排搶修、縮短搶修時長對于提升電力系統供電可靠性具有重要意義[3-5]。

近年來，關于配電網的研究主要集中于配電自動化的建設、發展與應用[6-10]。配電自動化工程使得配電網規模大幅增長，一、二次設備數量急速增加，使得配電網中故障點大大增多，設備故障量上升，增加了系統日常運行與維護的工作量，當故障設備不能及時修復，就會造成系統運行可靠性得不到保證[11]。

實際上，電力行業中營銷、配網、調度都有各自的監控系統，若能合理利用這些系統數據，可以更好地為配電網運行與管控服務。文獻[12]在盡量集成已有配電網信息化、自動化基礎的原則上，提出了一種配電網運維管控平臺的總體功能實現架構，探討分析了配網運維檢修等相關重點模塊的功能；文獻[13]提出了一種公共信息模型，通過對海量數據的處理，實現異構數據源之間的信息交互共享和數據的高效快速處理，為配電網運行提供技術支撐；文獻[14]通過挖掘配電網海量數據來評估供電可靠性；文獻[15]基于配電網的大數據實現了對低壓配電網網格單元的橫向比較，將低壓配電網的無功運行管理工作推向科學化與精細化。

為了解決傳統供電服務存在專業交叉業務多、服務信息分散、服務流程環節多、服務事件處理過程難以管控等問題，本文將大數據技術應用于配電網，旨在提升供電服務水平。在分析當前配電網弊端的基礎上，提出了簡單配電網智能化供電服務指揮系統的設計思路與體系架構，并構建了全面提升供電服務水平的功能模塊，將配電自動化欠發達地區配電網的運維管控與搶修指揮推向高效化與精細化。

1 當前配電網存在的問題

1.1 信息系統之間存在壁壘

自SG186系統建成之后，電力行業還相繼出現了調度運行管理系統（OMS）、生產管理系統（PMS）、企業資源計劃系統（ERP）、用電信息采集系統、營銷管理系統、能量管理系統（EMS）等系統，這些系統有效地促進了各專業管理的水平提升。但同時由于建設廠商、部署模式、建設時間不同，還存在著如下問題：

1）基礎臺賬與實時數據缺乏緊密聯系，數據孤島依舊存在。由于營銷、配電、調度各自系統分別是在不同時期由不同單位和部門負責建設，各業務之間缺乏統一的模型標準，“信息孤島”現象依然存在，各種資源難以整合和共享。另外，用電信息采集系統僅建立了終端與臺區的關系，沒有建立與配電變壓器的直接關系；而變電站實時數據則僅實現了點表與全路徑命名關系，與PMS設備缺乏關聯，缺乏一套按站-線-變-戶等電網結構組織的基礎臺賬與實時數據相結合的營配調基礎數據庫，無法為“大檢修”的高效運轉提供統一支撐。

2）數據高度共享和業務融合程度不夠。各專業系統孤立運行，已無法滿足大規模的多業務、跨專業數據共享和業務融合需求，需進一步加強數據治理，加大業務融合，以實現數據資源更新和高度共享、跨業務流程順暢流轉，逐步消除管理壁壘。

1.2 生產管理問題

由于簡單配電網監控水平不高，主要依靠人工巡視查找缺陷和隱患，工作量大，導致大面積“以搶代維”現象出現。主要問題如下：

1）配電網缺乏精準運維支撐手段。配電網結構薄弱，供電能力不強，可靠性不高，一些地區“低電壓”、“卡脖子”問題突出。缺乏按電網結構組織的配電網運行分析手段，很難全盤掌控各級配電網的跳閘、停運、重過載、三相不平衡、低電壓等真實運行情況，無法做到對配電網薄弱問題的精確掌控，及時發現問題，實現管理精準發力；

2）缺乏提升立項精準性的支撐工具。目前配電網規劃建設、技改大修立項時，主要依靠粗略的負荷預測和一線管理主觀印象上報項目，對配電網亟需解決的“低電壓”、“重過載”、“重復跳閘”等問題缺乏足夠的基礎運行數據與科學分析做支撐，導致無法精準投資建設，造成部分薄弱環節長期得不到解決；

3）生產運行情況難以掌控。配電網運行數據量大，其真實性難以辨識。要做到全盤掌控配電網運行真實情況，需要融合營銷、配網、調度基礎業務與實時數據，并基于這些運行數據開展生產業務管控分析。同時，隨著相關業務應用系統的不斷建設及完善，配電網運行水平的數據平均每天以百萬級乃至千萬級的增速增長，傳統技術已難以解決電網運檢管理中存在的問題。

2 設計思路

對配電網信息化、生產管理等問題進行了現場調研和深入剖析，提出了以營配調專業融合、建設一體化信息平臺、建立配網全過程閉環管控流程三大措施，破解客戶訴求傳遞環節多、時間長、數據分散難以共享整合、配電網建設改造精準度低三大難題的思路。

以實現供電服務“一個融合”（營配調融合，見圖1）和“兩個轉變”（專業管理向客戶導向轉變，被動服務向主動服務轉變）為目標，推進“三個建設”即建設實體化運作的組織機構，建設符合“五位一體”要求的制度流程，建設功能適用的技術支撐平臺，構建“四個統一”即統一對外服務、統一對內指揮、統一職責流程、統一支撐平臺的供電服務新體系。

圖1 營配調融合

3 體系架構

3.1 總體架構

智能化供電服務指揮系統主要包括系統硬件層、系統支撐軟件層、數據存儲層、數據處理層和數據展示層5個層面，如圖2所示。

圖2 系統總體架構圖

數據存儲層包括分布式數據庫和關系型數據庫。配電網生產數據，包括開關動作、保護信號、電流、電壓、有功、無功等海量實時數據存在分布式數據庫。通過對數據運算之后的故障信息、事件信息、重過載信息、電壓越限信息等數據轉存在關系型數據庫中。關系型數據庫中主要存儲設備臺賬、故障信息、事件信息、重過載信息、電壓越限信息、缺陷信息、檢修計劃信息等結構化信息。

數據處理層包括對配電網生產大數據的數據挖掘、數據加工、數據分析等功能，對運行事件信息進行加工處理、分析與統計。數據展示層基于報表組件、圖形組件、服務組件、數據組件實現多功能展示，為配電網運維檢修提供“看得見、摸得著、估得準”的輔助決策支持。

3.2 數據集成

采用大數據支撐系統工具的多元數據采集功能，將分散在營銷管理系統（SG186）、用電采集系統、生產管理系統（PMS2.0）、能量管理系統（EMS）、調度運行管理系統（OMS）、地理信息系統（GIS）、生產實時管控系統、故障指示器主站、智能開關主站九大系統的基礎業務數據和電網實時數據抽取到混合式存儲系統中，并根據配電網實際需求，按變電站-配電線路-配電變壓器-用戶電網拓撲架構進行融合組織，形成營配調融合的供電服務大數據庫，如圖3所示。

圖3 數據集成圖

3.3 數據質量治理

數據質量治理通過建立數據質量管理體系，以結構化數據辨識與治理為主，依據數據標準規范，建立設備對象統一編碼體系。將設備對象相關運行數據、運行事件數據等業務數據進行串接，為數據辨識提供基礎條件，采用大數據技術，以業務為導向，建立基于事件、電網拓撲、電氣連接等多種電力調控數據辨識算法，對數據進行全生命周期管控。

從源數據、生數據、熟數據轉變過程中，過濾發現臟數據，并提供數據溯源，及時查找臟數據源頭，并及時告警和處理，保證數據唯一性、完整性、關聯性、合法性等數據質量要求，從而有效支撐智能化供電服務大數據分析應用。

數據治理主要包括數據標準化管理、數據辨識校驗、數據修正補償、數據質量分析，治理架構如圖4所示。

圖4 數據質量治理架構圖

4 功能模塊

系統主要包括工單處置、主動搶修與預警、客戶雙向互動、停電信息發布、可視化自動統計分析五大功能。

4.1 工單處置

系統實現了工單流轉便捷化。系統自動接收營銷95598系統客戶報修工單，3min內自動接單，通過簡化派單、回單界面，固化填報模板，內部轉辦錯派工單，有效緩解了惡劣天氣高峰時段接派單工作壓力，減少人員故障研判用時，從而降低超時投訴風險。

另外，系統還實現了工單“三級”督辦自動化。系統自動監測工單用時，對接近告警值使用鈴聲、顏色、彈出消息等方式進行提醒，并通過手機短信及智能APP應用手段對工單執行情況進行分管領導、供電服務指揮中心管理人員、一線搶修人員“三級”督辦。

4.2 主動搶修與預警

系統實現10類主動工單實時推送。基于實時獲取10kV線路電壓電流、開關位置、保護動作事件和配變電壓電流、停電事件等運行數據，并依托營配調貫通站-線-變-戶電網拓撲關系，通過“自上而下、自下而上”數據校驗，快速推送10kV主線跳閘、分段（分支）線路跳閘（含電流突變）、配變停電、線路接地等4類主動搶修工單和配變低電壓、配變過載、三相不平衡、母線電壓不合格、線路重載、線路過載過載等6類預警工單。

此外，系統還能夠實現中低壓故障精準研判，輔助合單。依托站-線-變-戶拓撲關系，結合計劃停電、營銷用戶欠費、線路故障、配變停電事件、電氣量召測等信息對故障停電范圍、停電類型、停電現象、停電影響范圍（線路、配變、小區、用戶）進行綜合研判，輔助完成同源故障工單合單。

4.3 客戶雙向互動

系統通過完善客戶經理與線路、配變等設備的對應關系，搭建了指揮中心-客戶經理-客戶之間的信息溝通渠道。在計劃停電、故障停電、客戶報修時通過短信平臺將停電信息、搶修安排與進度自動發送給客戶經理與敏感客戶，并由客戶經理聯系敏感用戶、大客戶、小區客戶，實現主動服務。

同時，系統還提供供電服務APP應用。供電服務APP具有向客戶及搶修、運維班組推送停送電計劃、故障停電信息、預計送電信息等功能，從而實現雙向互動。

4.4 停送電信息發布

從調度OMS系統接入停送電計劃信息，并融合主動搶修故障信息，按計劃停電、電網故障停限電、有序用電停電、臨時停電、超電網供電能力停限電5種類型預置模板收集，導入并自動生成標準停送電信息，同步推送至國網95598業務系統，實現停送電信息定制化發布。

4.5 可視化自動統計分析

系統基于GIS實現故障定位、影響分析、車輛定位、設備異常、停電計劃、保電任務的可視化展示。另外，還能夠對搶修指揮績效指標進行統計分析，主要包括95598工單統計分析，主動搶修工單分析、搶修班組工作量分析、停電信息報送及時率、派單及時率、到達現場及時率、搶修平均恢復時長、自動合單比例、工單錯派率、投訴發生指數等搶修業務績效指標分析等功能。

5 應用成效

本系統已在國網江西省電力有限公司全面推廣應用，自運行一年以來，取得的主要成果包括：1）故障搶修平均處理時長降幅54%；2）故障報修工單業務處理時長降幅67%；3）運檢類客戶投訴率降幅39.5%；4）95598工單及時接單派單率達到100%；5）研判派發了69373張主動搶修工單，19589張主動預警工單，244949條主動服務短信（2個月的運行數據）。具體運行統計結果如表1所示。

表1 運行統計

5.1 典型場景一

基于配電變壓器低壓側電壓特定變化判別饋線斷線故障。通過用電采集系統監測的配電變壓器低壓側電壓值、線路供電網絡拓撲圖等有效信息，構建故障研判模型，研判規則見表2。運行一年以來，系統已發現饋線斷線故障1460次，主動推送搶修工單1460件，經現場核實，準確率為100%。

表2 斷線研判規則

5.2 典型場景二

基于GIS系統地理圖和單線圖定位配電線路雷擊故障，系統界面如圖5所示。運行一年以來，為配電線路定位雷擊故障數達7250次，雷擊故障平均查找時間縮短2.2h。有效減少雷擊故障查找時間，提高了配網線路安全運行水平。

圖5 雷擊故障定位界面圖

6 結語

隨著社會經濟發展進入新常態，客戶用電需求不斷提高，實現更安全可靠的供電、更優質的服務變得尤為迫切。本系統在利用大數據技術的基礎上，提出了面向簡單配電網的智能化供電服務指揮系統設計方案，主要工作包括：

1）實現信息融合：打破專業壁壘，接通各大專業系統接口，全面實現營配調信息融合，并將海量數據存儲于混合數據庫；

2）建立基于大數據系統架構：應用大數據技術對融合的海量數據進行數據挖掘、數據處理和數據展示，并對數據質量進行全壽命周期治理；

3）構建配網重點模塊功能：建立了全方位面向客戶的供電服務功能，包括異常預警與故障研判、工單下派與流轉、客戶雙向互動等。