大數(shù)據(jù)技術(shù)在杏北油田電力系統(tǒng)中的應用

李啟達

大慶油田有限責任公司第四采油廠規(guī)劃設計研究所

隨著杏北油田電網(wǎng)信息化建設的不斷深入，信息化數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)特征日益明顯[1]。推動大數(shù)據(jù)在油田電力系統(tǒng)中深化應用，可有效支撐油田電網(wǎng)信息化及智能化建設，提高油田電網(wǎng)資源利用率和業(yè)務處理能力[2-3]。杏北油田使用了電力大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化系統(tǒng)，并分析總結(jié)了該系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢。

1 建設現(xiàn)狀及存在的問題

近年來，杏北油田電力系統(tǒng)陸續(xù)完成變電所無人值守系統(tǒng)、線路故障指示器系統(tǒng)、外轉(zhuǎn)供電用戶監(jiān)測系統(tǒng)的信息化建設，分別實現(xiàn)了對變電所、配電線路、外轉(zhuǎn)供電信息化數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和采集。目前，各系統(tǒng)相互獨立，數(shù)據(jù)信息多樣卻無法互相調(diào)用。在電力生產(chǎn)指揮工作中，無法了解線路當前的負荷狀態(tài)及負荷變化原因，易出現(xiàn)因倒閘操作導致線路負荷過高甚至跳閘現(xiàn)象，存在線路調(diào)度工作量大，生產(chǎn)管理困難等問題。同時，隨著產(chǎn)能建設任務加大，站庫、機采井數(shù)量猛增，在設計時由于已建變電所無法新增出線，電源往往就近搭接在已建線路上，造成線路負荷增大、線路供電半徑過長、停電影響井數(shù)多、機采系統(tǒng)電量統(tǒng)計不準確、線損計算困難等問題，無法對各條線路的負荷進行合理分配[4]。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及應用

為了使各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息得到更加合理的利用，促進電力生產(chǎn)指揮智能化水平的提升，建立了杏北油田電力大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要對數(shù)據(jù)采集技術(shù)、基于地理信息的電力GIS線路負荷實時監(jiān)測系統(tǒng)及變電所出線異常用電監(jiān)測進行研究應用。

2.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

通過研究變電所無人值守系統(tǒng)出線實時電參數(shù)據(jù)的同步接入、線路故障指示器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型、外轉(zhuǎn)供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將多數(shù)據(jù)源進行匯總，建立統(tǒng)一的儲存格式及各數(shù)據(jù)源主鍵對應關(guān)系，最終實現(xiàn)對多數(shù)據(jù)源的提取、清洗、融合、分析，為后續(xù)生產(chǎn)應用提供數(shù)據(jù)基礎。

2.2 基于地理信息的電力GIS線路負荷實時監(jiān)測系統(tǒng)

通過研發(fā)系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)維護模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)所需靜態(tài)數(shù)據(jù)的維護，包括杏北油田462 條電力線路，8 697 臺變壓器的靜態(tài)數(shù)據(jù)；研發(fā)動、靜態(tài)數(shù)據(jù)疊加顯示模塊，實現(xiàn)不同系統(tǒng)來源的動態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)疊加顯示，實時顯示各條線路所帶負荷容量、線路最大承受負荷容量等數(shù)據(jù)；通過對A4 系統(tǒng)、A5 系統(tǒng)及電力小圖中靜態(tài)數(shù)據(jù)的完善、動靜態(tài)數(shù)據(jù)的疊加融合、電力系統(tǒng)優(yōu)化模型的建立，為電力線路投切、負荷合理化分配、新建油田設備接入提供理論依據(jù)。

2.3 變電所出線異常用電監(jiān)測

針對變電所出線電流、電壓、有功功率等電力參數(shù)每5 min 上報一次造成數(shù)據(jù)量龐大的問題，研究變電所出線電力參數(shù)的預處理服務，即提前統(tǒng)計小時平均電流表、日平均電流表，并插入到數(shù)據(jù)庫中，以供后期小時數(shù)據(jù)及日數(shù)據(jù)分析使用；研究變電所出線負荷門限值綜合分析方法，判斷各線路是否存在大功率異常波動、小功率緩慢增長等異常用電行為；采集各變電所出線的運行情況、生成動態(tài)監(jiān)測統(tǒng)計圖形、曲線和報表。以曲線圖及預處理得到的平均小時電流、平均日電流數(shù)據(jù)為基礎，設定電流幅增（減）值，構(gòu)建用電報警模塊。杏北油田電力大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化系統(tǒng)的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 杏北油田電力大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)路線Fig.1 Technical route of power big data analysis and optimization system in Xingbei Oilfield

3 效果對比

3.1 異常用電情況分析及預警應用前后對比

應用前：線路異常用電情況沒有提前判斷和提示的方法，需要巡檢排查或故障檢修時才能發(fā)現(xiàn)異常用電情況。若要判斷線路是否存在異常用電，需查詢歷史抄表記錄或在其他系統(tǒng)查詢電流采集記錄，再人工進行電流值變化比對，查詢操作繁瑣且耗時長。

應用后：系統(tǒng)整合了采集到的電流歷史數(shù)據(jù)，通過預處理規(guī)范數(shù)據(jù)，生成電流變化曲線圖、電力幅增曲線圖（圖2），可更快捷、直觀地判斷出各條線路是否存在大功率異常波動、小功率緩慢增長等異常用電行為。同時，異常月報、旬報統(tǒng)計提供報警服務，可對異常用電行為進行報警，做到早發(fā)現(xiàn)早處理，減少了電量損失。

圖2 日平均電流波的變化數(shù)據(jù)分析Fig.2 Data analysis of daily average current wave changes

3.2 動態(tài)電網(wǎng)應用前后的對比

應用前：判斷線路的帶電狀態(tài)和負荷狀況必須結(jié)合多系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息（變電所出線實時電參數(shù)據(jù)、線路故障指示器電流數(shù)據(jù)、電網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)等多種動態(tài)數(shù)據(jù)與電網(wǎng)拓撲圖靜態(tài)數(shù)據(jù)），經(jīng)人工查詢后對線路帶電狀態(tài)和負荷狀況做出判斷，統(tǒng)計分析工作量大、耗時長。

應用后：將各系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)提取、清洗、融合、分析后生成一張動態(tài)電網(wǎng)（圖3），使調(diào)度人員可以及時掌握電網(wǎng)當前的運行狀態(tài)，便于合理的進行生產(chǎn)指揮工作。其中，負荷專題圖層實現(xiàn)了對線路負載率的快速預警，可以快速準確地判斷出高負荷線路，方便開展后續(xù)的負荷調(diào)度工作。帶電狀態(tài)圖層實現(xiàn)了在圖中顯示線路的運行狀態(tài)，提高了對線路運行狀態(tài)判斷的工作效率。線路線損計算以及模擬改造模塊包含改造方案的評估比較、運行數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)、線路走向模擬等功能，方便了規(guī)劃設計人員對線路進行優(yōu)化[5-7]。

圖3 線路模擬示意圖帶電狀態(tài)圖層查詢Fig.3 Charged state layer query of line simulation schematic diagram

3.3 三圖聯(lián)動的應用前后對比

應用前：電力小圖是展示油田各條配電線路走向、桿型、桿數(shù)、所帶井號的圖集，調(diào)度人員在舊線路模擬圖上操作時，往往需要結(jié)合電力小圖了解詳細的線路信息。由于配電網(wǎng)線路較多，電力小圖更新也較為頻繁，每年都會累積大量的電力小圖資料，不便于調(diào)度人員查找所需版本，查找耗時長且工作效率低。

應用后：新線路模擬圖（圖4）具備聯(lián)動切換查看GIS圖功能，調(diào)度人員可隨時查看線路全部信息情況，節(jié)省了查閱資料的時間，方便調(diào)度指揮。電力小圖維護服務可保存線路不同時期的線路小圖版本，便于操作人員查詢線路改造的歷史情況。三圖聯(lián)動功能的實現(xiàn)，簡化了調(diào)度人員查看線路信息的工作步驟，極大地提高了工作效率。

圖4 三圖聯(lián)動線路信息查詢窗口電力小圖展示Fig.4 Display of power sketch in the line information query window of three-figure linkage

4 技術(shù)優(yōu)勢

油田電力大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化系統(tǒng)具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

（1）實現(xiàn)了多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合。對多系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行提取、分析、清洗、融合，并在統(tǒng)一平臺中動態(tài)展示，隨著電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息不斷擴充完善，也為后續(xù)向智慧電網(wǎng)發(fā)展提供了數(shù)據(jù)保障。

（2）提供了電網(wǎng)優(yōu)化運行輔助決策[8-9]。通過對電網(wǎng)中靜態(tài)數(shù)據(jù)的完善、動靜態(tài)數(shù)據(jù)的疊加融合、電力系統(tǒng)優(yōu)化模型的建立，為線損精益化管理、電力線路投切、負荷合理化分配、線路模擬改造提供理論依據(jù)，也是對電力運維及電網(wǎng)規(guī)劃工作的有效支撐，具有很高的管理效益和經(jīng)濟效益。

（3）完成了線路異常監(jiān)測報警[10]。通過對變電所和配電線路綜合監(jiān)測研究，采集變電所出線的運行情況，生成動態(tài)監(jiān)測統(tǒng)計圖形、曲線和報表，建立變電所出線與用電負荷的配輸關(guān)系，對波動變化進行綜合分析，識別出異常用電行為，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 結(jié)束語

基于電力大數(shù)據(jù)平臺的電網(wǎng)優(yōu)化管理模式是必要且有效的，屬于未來電網(wǎng)管理的發(fā)展趨勢[11]，滿足油田智慧化的發(fā)展要求。在信息技術(shù)日益發(fā)展的過程中，更多的智能化系統(tǒng)數(shù)據(jù)應運而生，基于大數(shù)據(jù)平臺的電網(wǎng)管理模式應該得到大力推廣，使其為油田日常的生產(chǎn)管理、運行決策、規(guī)劃設計提供技術(shù)支持，為油田電網(wǎng)的發(fā)展做出更多的貢獻。