基于電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測技術研究及應用

季良丹 楊敏紅 陳蕾

摘 要：現如今，國網輸電網絡由于缺乏統一的規劃與標準，造成設備分散、數量多，特別容易形成數據孤島，讓各個功能分散，且相互之間協調困難。在日常運維中的工作量也十分巨大，由此造成了獨立系統之間數據無法共享。通過搭建基于主配網一體化的智能調度技術支持平臺，能夠實現統一主配網電網模型，消除信息孤島；以運行服務總線和數據中心的支撐平臺為基礎，搭建集合發電、輸電、變電、配電、用電全過程為一體的數據運行平臺；著重就主配網故障信息的綜合智能判斷、主配網轉供能力分析、主配網一體化的供電電源智能動態識別及供電范圍分析等主配網一體化故障檢測為一體的系統設計；實現業務橫向協同、縱向貫通；有效的解決現有系統的分散建設、功能分散、信息孤島、主配網相互之間協調困難等問題。

關鍵詞：電網大數據；標準化；主配網；一體化；故障檢測

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0183-02

1 立題意義、國內外技術現狀與發展趨勢

近年來，隨著配電網網規模的快速發展以及配電網設備質量要求的迅速提升，配電網設備的定期檢修制度已不適應電網及設備的管理要求。針對不同設備的具體情況，充分利用配電網設備在線監測系統、巡檢、各種試驗、檢修輔助決策系統等手段，開展科學的配電網網監測和故障檢測勢在必行。電網公司已建成了配電網設備運維基層平臺，運行單位逐步結合巡檢開展了狀態監測，分別覆蓋設備管理從建設、運維、檢修、監測與監控等各個環節的業務。雖然信息化建設開發的運維基層平臺對配電網設備監測和故障檢測起到了積極作用，但也暴露出以下方面問題：

（1）缺乏專門針對配電網設備健康狀態移動檢測與檢測技術相結合的數據平臺，設備健康狀態的總體檢測與評價不夠。

目前，運行單位逐步結合巡視開展了狀態監測，從設備管理、建設、運維、檢修、監測與監控等各個環節，已收集了大量的配電網設備相關數據。但針對配電網設備健康狀態監測的數據研究的專業化不強，缺乏大數據整合分析、健康檢測、狀態評價的平臺，數據分類還很薄弱，缺乏從狀態評價需要的高度進行專項開發，特別是對不同類別，不同單位設備共性、普遍性的東西考慮較少，缺乏整體研究和描述，更沒有專家檢測方法的研究與應用。

（2）配電網設備狀態數據信息模型有待建設。目前還沒有建立基于配電網設備狀態的數據信息模型，仍需要建立配電網運行狀態評估模型、風險評估模型以及經濟評估模型，提出配電網設備狀態、風險、經濟等多維度的科學評價方法。難以通過計算機系統實現各類設備數據的統計分析、狀態評估、故障預測等高級應用功能。

2 國內外研究水平的現狀和發展趨勢

2.1 國外研究機構對本課題的研究情況

國外不少研究機構對電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測技術開始了積極的研究。1970年開始，美國的杜邦公司（I.D.Ouinn）就首先提出了配電網設備狀態檢修概念。八十年代開始，日本和許多歐洲國家都開始了對檢修體制的改革，其發展趨勢均為狀態檢修。例如 Integrated Maintenance System軟件系統，就應用了Intranet、Internet和GIS（地理信息系統等新型計算機技術，較為明顯地改變和提高了配電網設備的監督管理水平。但是國外在局部放電在線監測和集成化管理、設備健康狀態監測集成化平臺化的研究較少。雖然美國和日本對“云計算”政府信息平臺建設進行了大規模的投資，但尚未有基于電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測技術研究見于報道。

2.2 國內研究機構對本課題的研究情況

在國內，河北、山東、浙江、江蘇、湖北等電力公司開展了配電網設備狀態檢修試點工作，支撐和推動了當地的配電網網設備狀態檢修工作。福建省內部分城市開展了一些配電網網設備狀態檢修的初步工作，但總體水平相對滯后，處于起步階段。目前還沒有建立基于配電網設備狀態的數據信息模型，需要建立一套關于配電網運行狀態評估模型、風險評估模型以及經濟評估模型體系，提出配電網設備安裝狀態、風險、經濟等多維度的科學評價方法。在局部放電在線監測和集成化管理、設備健康狀態監測集成化平臺化方面的研究較少。尚未有基于電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測技術研究見于報道。

3 主要技術（理論）難點

（1）與電網公司現有的相關設備數據通訊。項目在多種裝置通訊方式的解析上，面臨著多種檢測方式、檢測裝置、廠家、通訊協議，造成在多種檢測通訊方式解析過程中較大的工作量，同時，由于各廠家協議開發程度不同，又給各通訊方式解析帶來了一點困難。在項目實施過程中，本項目會與各檢測裝置廠家進行技術交流，保證各儀器檢測通訊方式的統一，減低通訊方式解析風險。

（2）各類檢測數據算法的解析。由于本身項目設計的算法的跨專業性與集成性，需要對各類檢測算法進行深入分析，因此本項目的具體實施過程，需要和有一定研發能力、有配電網設備檢測經驗的廠家合作完成，保證各類檢測算法的有效性，避免智能檢測終端，僅完成數據采集，而無法進行數據高級分析的處境。

（3）檢測技術模型的建立。診斷技術模型的建立包括研建立配電網設備健康狀態評估模型、風險評估模型以及經濟評估模型，提出配電網設備按照狀態、風險、經濟等多維度進行評估的科學評價方法。

4 基于物聯網應用技術

物聯網技術是在互聯網技術上延伸而成的新型網絡技術，可以通過互聯網將網絡延伸到任何物品之間，實現物品之間的即時數據交換和通訊。所以，所謂物聯網技術是指運用射頻識別技術（RFID）、紅外感應器等硬件設備，搜集信息并將信息傳遞給設備，然后按照網絡傳輸協議，實現任何物品之間的數據項鏈，進行數據交換和通信。最終，通過物聯網技術，實現智能化定位、識別、跟蹤、監控和管理，這一新型技術統稱為物聯網技術。

5 基于國網設備大數據存儲

大數據（big data），或稱巨量資料，指的是所涉及的資料量規模巨大到無法通過目前主流軟件工具，在合理時間內達到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業經營決策更積極目的的資訊。大數據分析相比于傳統的數據倉庫應用，具有數據量大、查詢分析復雜等特點。國網設備大數據有以下特點：

（1）數據體量巨大。從TB級別，躍升到PB級別。

（2）數據類型繁多。網絡日志、視頻、圖片、地理位置信息等等。

（3）處理速度快。可從各種類型的數據中快速獲得高價值的信息，這一點也是和傳統的數據挖掘技術有著本質的不同。

（4）只要合理利用數據并對其進行正確、準確的分析，將會帶來很高的價值回報。

6 平臺設計思路

基于電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測系統基于Web的業務平臺提供了一整套全面而且緊密集成的功能，融合當前主流的企業級應用集成平臺理念，是新一代面向服務的開放的企業系統集成和應用綜合平臺，能針對電力企業復雜多變的需求一致地創建和維護業務模型，并為個性化應用開發提供完備的基礎設施，自動或輔助應用系統的生成，最大程度提高應用系統的開發和實施效率。構建其上的電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測系統將高度統一并具有很好的持續擴展能力，能在符合標準規范的前提下最大限度滿足各試點網省的個性化需要。

6.1 集成性

通過在現有的IT系統中嵌入SOA應用，平臺可以就相關信息進行分析，從而制定涵蓋參與價值鏈的人員的商業流程，有助于流程上每個人員的知識交流與協作，可以快速制定滿足業務需求的解決方案，從而實現商務需求的需要，提升系統的集成性要求。

6.2 開放性

平臺按面向服務架構SOA構建，流程的主要處理機能封裝在業務流程管理引擎中，與具體的業務邏輯完全分離，加上完整的圖形化GUI設置工具，業務人員能方便地調整現有項目管理流程和創建新的項目管理流程。

6.3 安全性

系統為每個用戶設定一定的權限，各個用戶在選線內展開各項工作的開展。另外，為了確保系統安全運轉，在平臺上提供完善的授權機制，部分權限只能在授權范圍內實現。

平臺建立完善的應用系統日志，在系統的每一步操作都記錄在日志上，以便隨時跟蹤操作人的操作過程，如果系統發現非法登錄或者非法操作，可以立即關閉并報警，啟動應急機制，避免遭受損失。

平臺支持多層安全模型，在每個訪問頁面都有相對應的授權對象來控制訪問和操作。每個訪問對象都包含若干個字段，字段里有各種單元信息，通過對這些單元信息賦值，就可以實現訪問頁面的授權。用戶通過訪問這些參數文件，實現系統的授權。通過這種多層的授權模型，可以靈活地控制用戶的權限。

7 解決方案

系統的總體技術架構遵循IEC61970/61968的標準架構和接口方式技術，實現從各個異構系統EMS（電能量）、DMS（配電）、OMS（停電）、GIS、PMS等系統的業務邏輯處理后的數據采集工作，并通過以IEB總線的方式傳遞相關數據，同時利用EJB技術實現應用系統的重組和整合，形成多信息系統的集成和綜合展示。

根據本次設計的理念，將電網大數據質量檢測標準化的主配網一體化故障檢測系統劃分為三個主要層次，每個層次的基本功能及框架如下：

系統展現層采是以Weblogic為中間件，采用B/S結構，用JSP的方式，實現人機交互及信息共享。在客戶端瀏覽器實現流程任務的顯示和操作，文檔數據的獲取與傳遞、業務流程和看板的展現、以及圖表的輸出等。由于Weblogic 中間件具有良好的安全性和高性能性，能夠確保系統高效、安全的運轉。通過該系統的有效協作，能夠確保系統展示層所需的功能全部實現。另外，為了讓整個界面更加美觀，可以增加Flash等其他插件讓系統更加人性化。

業務邏輯層主要實現業務規則的制定、業務流程的實現，以及業務需求有關的系統設計與實現，扮演的是中介角色，也是本系統的核心部件。通過業務邏輯層，能夠實現數據的交換，起著承上啟下的作用。對于數據模型來說，業務邏輯層既是調用者，也是被調用者，主要依賴于業務邏輯層能否順利實現。在本系統中，采用Spring框架處理業務邏輯層，不僅僅可以避免各種耦合關系的發生，減少組件之間的以來關系，實現系統開發的進度，提升系統的運行效率。

數據訪問層通過DAL對數據庫進行的SQL語句等操作。基于電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測系統數據存儲主要通過關系型數據庫為存儲基礎，采用數據倉庫的架構技術，對EMS、DMS、OMS、GIS、CIS、PMS等系統中的各類數據進行抽取，并根據業務過程及系統展示的要求進行必要的存儲。基于電網大數據質量標準化的主配網一體化故障檢測系統使用ORM框架實現數據訪問。

參考文獻

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