智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控與綜合評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)研究

珠海許繼電氣有限公司 張麗晶 林華梁

配電網(wǎng)作為電網(wǎng)的重要組成部分直接面向終端用戶，配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、控制、管理等相關(guān)的信息資源不斷豐富與完善，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和管控穿透力。但仍存在如下問題：配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的全方位評(píng)價(jià)體系與管控模式尚未健全；配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)現(xiàn)場側(cè)監(jiān)控能力尚且有限；配電自動(dòng)化系統(tǒng)自身運(yùn)行水平及其對配網(wǎng)管理支撐作用尚顯不足。

為此本文以提升配電網(wǎng)精益化管理為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的管控與綜合評(píng)價(jià)為目標(biāo)，建立運(yùn)行狀態(tài)管控與綜合評(píng)價(jià)體系，重點(diǎn)突破運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測、閉環(huán)管控與輔助決策等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控輔助決策支持系統(tǒng)、綜合監(jiān)測終端等關(guān)鍵軟硬件，支撐配電網(wǎng)各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)閉環(huán)管控與協(xié)同發(fā)展，提升配電網(wǎng)精益化管理水平。

1 智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控與綜合評(píng)價(jià)整體框架

智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控與綜合評(píng)價(jià)主要研究：配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控模式與評(píng)價(jià)體系。理論層面是項(xiàng)目的統(tǒng)籌理論指導(dǎo)；配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測終端關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)場層面拓展DAS對于配網(wǎng)管理的整體監(jiān)控能力；配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控典型場景輔助決策關(guān)鍵技術(shù)。管理決策層面全面增強(qiáng)對于配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平的管控能力。

2 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控模式與評(píng)價(jià)體系關(guān)鍵技術(shù)

2.1 建立配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控的典型場景與業(yè)務(wù)體系

對于配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控對象的界定分析。配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)一般是指以配電網(wǎng)運(yùn)行潮流為基礎(chǔ)，反映到供電能力充裕程度、供電質(zhì)量水平以及運(yùn)行效率等方面；具體到運(yùn)行參數(shù)主要包括各級(jí)線路、變壓器（臺(tái)區(qū)）的電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)、頻率、線路損耗等；具體到運(yùn)行指標(biāo)可包括反映供電能力的各級(jí)負(fù)載率、網(wǎng)架轉(zhuǎn)供能力校驗(yàn)通過率等，反映供電質(zhì)量的各級(jí)各類電壓合格率、低電壓比例、過電壓比例、三相不平衡度等，反映運(yùn)行效率的各電壓等級(jí)各口徑線損率、線路負(fù)載均衡度等，以及反映負(fù)荷變化特性的年/月/日/峰谷差、峰谷占比、不均衡系數(shù)等。

對于配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與運(yùn)行狀態(tài)管控的界定分析。配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控一般是通過搭建配網(wǎng)現(xiàn)場采集裝置、控制設(shè)備、通信信道、前置與主站環(huán)境等，以配電自動(dòng)化系統(tǒng)等為支撐實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行信息采集監(jiān)測與控制，主要用于解決配網(wǎng)盲調(diào)、盲控問題，以及故障診斷、故障快速定位處理等問題，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用主體是配網(wǎng)調(diào)度以及配網(wǎng)故障搶修的具體專責(zé)和操作人員。

配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控典型場景與業(yè)務(wù)體系的建立。針對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、裝備運(yùn)行狀態(tài)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)用水平三類管控對象，可以建立起8類典型管控典型場景及對應(yīng)業(yè)務(wù)體系。電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的管控可建立供電能力管控、供電質(zhì)量管控、供電效率管控以及故障事件管控等4類典型場景與管控業(yè)務(wù)；裝備運(yùn)行狀態(tài)的管控可建立配電主設(shè)備狀態(tài)管控、配電終端狀態(tài)管控2類典型場景與管控業(yè)務(wù)；針對配電自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)管控可建立系統(tǒng)應(yīng)用水平、系統(tǒng)運(yùn)維水平2類典型場景與管控業(yè)務(wù)。

2.2 多維指標(biāo)對比、重要事件管控等不同管控實(shí)現(xiàn)形態(tài)在典型管控場景下的適應(yīng)性與實(shí)現(xiàn)模式研究

不同運(yùn)行狀態(tài)管控場景對管控形態(tài)的差異性需求分析與形態(tài)體系建立。對于擬建立的供電能力管控、供電質(zhì)量管控、供電效率管控、故障事件管控，配電主設(shè)備狀態(tài)管控、配電終端狀態(tài)管控，以及配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用水平、系統(tǒng)運(yùn)維水平等8類典型管控場景，既有共性需求也有差異化需求。

不同管控實(shí)現(xiàn)形態(tài)對不同場景的適應(yīng)性分析。對于以多維指標(biāo)對比為手段的結(jié)果性指標(biāo)管控實(shí)現(xiàn)形態(tài)，可用于供電能力管控、供電質(zhì)量管控、供電效率管控等電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控場景，配電主設(shè)備狀態(tài)管控、配電終端狀態(tài)管控等設(shè)備狀態(tài)管控場景，以及自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用管控。

運(yùn)行狀態(tài)管控的信息源分析與業(yè)務(wù)流程。電網(wǎng)運(yùn)行信息及故障信息，線路運(yùn)行信息優(yōu)先以配電自動(dòng)化系統(tǒng)并結(jié)合調(diào)度管理系統(tǒng)的線路出口相關(guān)電氣信息，配電臺(tái)區(qū)運(yùn)行信息以用電信息采集為主并結(jié)合配電自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)；對于配電網(wǎng)基礎(chǔ)信息以及設(shè)備評(píng)價(jià)、搶修過程等運(yùn)維業(yè)務(wù)信息來自于生產(chǎn)管理系統(tǒng)；對于配網(wǎng)故障處理過程性管控所需信息，將運(yùn)行信息與搶修業(yè)務(wù)信息進(jìn)行貫通結(jié)合的方式；對于配電自動(dòng)化系統(tǒng)及終端相關(guān)信息，來源于部署在中國電科院的公司配電自動(dòng)化應(yīng)用指標(biāo)評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)通過遠(yuǎn)程接入方式實(shí)現(xiàn)公司各單位配電自動(dòng)化系統(tǒng)各類應(yīng)用和事件數(shù)據(jù)的在線獲取[1-2]。

2.3 配電網(wǎng)運(yùn)行健康狀態(tài)、薄弱環(huán)節(jié)等評(píng)價(jià)方法以及適應(yīng)不同典型供電區(qū)域的綜合評(píng)價(jià)體系的建立

計(jì)及多因素的配電網(wǎng)運(yùn)行健康狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)方法。本文從網(wǎng)絡(luò)供電健康狀態(tài)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)兩個(gè)層面進(jìn)行配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的健康評(píng)價(jià)。對于配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用及運(yùn)維水平可從各個(gè)應(yīng)用指標(biāo)分別進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，不宜將簡單問題單純復(fù)雜化，對配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與應(yīng)用水平擬先不考慮通過健康狀態(tài)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。網(wǎng)絡(luò)供電健康狀態(tài)評(píng)價(jià)可以從運(yùn)行指標(biāo)水平、劣化指標(biāo)嚴(yán)重程度及影響范圍兩個(gè)方面綜合考慮。設(shè)備網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)可以從設(shè)備自身屬性及運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)性影響兩個(gè)層面綜合考慮。

基于配電網(wǎng)運(yùn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)的薄弱環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)分析方法。首先基于上述對配電網(wǎng)絡(luò)供電健康狀態(tài)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行薄弱個(gè)體或環(huán)節(jié)的篩查分析。在針對薄弱個(gè)體的分析方面可以基于總體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行劣化性排序分析，聚焦薄弱個(gè)體；也可針對影響健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果的某項(xiàng)環(huán)節(jié)因素進(jìn)行劣化性分析，聚焦薄弱環(huán)節(jié)。然后可以針對薄弱環(huán)節(jié)或個(gè)體開展時(shí)空特性分布分析?？臻g分布特性可根據(jù)薄弱個(gè)體、環(huán)節(jié)的區(qū)域性分布情況得出區(qū)域性分布規(guī)律，用于指導(dǎo)區(qū)域性建設(shè)改造投入力度；時(shí)間特性分析可以通過運(yùn)行狀態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果的歷史積累數(shù)據(jù)分析，得出的劣化發(fā)展規(guī)律與變化趨勢，可以用于針對個(gè)體對象的改造或運(yùn)維。也可以進(jìn)一步將時(shí)間空間特性分析結(jié)合起來，用于分析區(qū)域性薄弱環(huán)節(jié)變化趨勢。

基于薄弱環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)分析的跨環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)水平評(píng)價(jià)分析方法?；跁r(shí)空特性的薄弱環(huán)節(jié)薄弱分析結(jié)果，可以一方面與建設(shè)改造環(huán)節(jié)相銜接，從薄弱環(huán)節(jié)中提煉出通過建設(shè)改造手段可以改進(jìn)的內(nèi)容，用于評(píng)價(jià)建設(shè)改造投入方向與薄弱環(huán)節(jié)的匹配程度和協(xié)同水平，例如建設(shè)改造計(jì)劃是否與供電健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果較差的線路、配變等相匹配；可以另一方面與配網(wǎng)運(yùn)維業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)相銜接，從薄弱環(huán)節(jié)中提煉出通過運(yùn)維手段可以改進(jìn)的內(nèi)容，用于評(píng)價(jià)運(yùn)維資源投入與薄弱環(huán)節(jié)的匹配程度和協(xié)同水平，例如設(shè)備個(gè)體、配電終端健康狀態(tài)長時(shí)間持續(xù)性劣化等，評(píng)價(jià)消缺等運(yùn)維手段應(yīng)用的及時(shí)性，也可以對所開展消缺等運(yùn)維工作對薄弱環(huán)節(jié)的針對性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

適應(yīng)不同典型供電區(qū)域的差異化綜合評(píng)價(jià)體系。如何建立適應(yīng)不同典型供電區(qū)域的差異化評(píng)價(jià)體系是難點(diǎn)之一。從區(qū)域差異化、時(shí)段差異化兩個(gè)角度出發(fā)，分析不同類型供電區(qū)域、不同時(shí)段在配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管控方面關(guān)注點(diǎn)的差異性。區(qū)域差異化主要從區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、配網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施水平、運(yùn)維管理基礎(chǔ)水平、自動(dòng)化水平等方面出發(fā)，不同類型地區(qū)在配電網(wǎng)發(fā)展中關(guān)注點(diǎn)和短板具有各自規(guī)律，如對于發(fā)展程度較好的地區(qū)對影響供電可靠性的因素（供電能力、設(shè)備狀態(tài)等）關(guān)注度較高，而發(fā)展較慢地區(qū)由于基礎(chǔ)設(shè)施條件問題對供電質(zhì)量（尤其是低電壓）相關(guān)因素較為關(guān)注。但是當(dāng)處于春節(jié)保供電等特殊場景時(shí)期，則各類型地區(qū)普遍對供電可靠性相關(guān)因素關(guān)注較高[3-4]。

3 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測終端關(guān)鍵技術(shù)研究

研究分析配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵信息獲取的技術(shù)實(shí)現(xiàn)模式。依據(jù)當(dāng)前配網(wǎng)精益化管理的需求，分析、梳理反映配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵信息量，研究當(dāng)前配網(wǎng)中電流、功率、零序電壓、接地暫態(tài)特征信號(hào)等運(yùn)行狀態(tài)信息獲取的主要方式，分析直接采集和通過配電終端、故障指示器等現(xiàn)場終端設(shè)備獲取運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵信息的技術(shù)特點(diǎn)，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度、經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備改造、安裝運(yùn)維等方面對兩種模式進(jìn)行對比分析，形成配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵信息獲取的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案[5]。

研究融合配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)的綜合監(jiān)測終端技術(shù)。調(diào)研分析國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀，分析開關(guān)柜、電纜等配電設(shè)備所涉及的相關(guān)狀態(tài)量，篩選出對其健康狀態(tài)有較大直接影響的關(guān)鍵特征量，如設(shè)備溫度、濕度、局部放電等，以及設(shè)備所處環(huán)境的溫濕度、空氣中SF6氣體等，突破無源無線測量及電場監(jiān)測等關(guān)鍵在線監(jiān)測技術(shù)，提出涵蓋配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)的綜合監(jiān)測技術(shù)方案，根據(jù)終端功能配置、技術(shù)指標(biāo)及傳感器接口要求研發(fā)適用于不應(yīng)應(yīng)用場合的綜合監(jiān)測終端樣機(jī)，形成綜合監(jiān)測終端功能規(guī)范。

研究配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)綜合監(jiān)測的功能優(yōu)化配置模式。依據(jù)配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)時(shí)性、精度、靈敏度等要求進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測傳感器選型和監(jiān)測終端功能配置；以投資、系統(tǒng)可靠性、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、停電損失等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊評(píng)價(jià)等方法對綜合監(jiān)測終端選型配置方案進(jìn)行綜合評(píng)估，形成綜合監(jiān)測終端功能優(yōu)化配置模式。