大數據輔助技術在智能變電站一鍵順控系統中的應用研究

摘要：在升級改造“無人值守變電站”這一目標下，提出改造、建設智能變電站一鍵順控系統，以全面推動變電站運維數字化轉型、促進變電站高效可持續發展、提高變電站智能化管理水平。隨著相關技術、大量設備的引入，變電站數據量呈現突增。其數據體量大、價值密度低、噪聲冗余等造成數據層傳輸壓力大，且數據安全存在威脅。首先，對一鍵順控系統做出了相關介紹，指出順控系統應用目前存在的問題，引入解決相關問題的針對性技術；其次，詳細分析數據融合技術，對其在電力行業中的應用作了具體闡述；最后，簡單總結數據融合技術在一鍵順控系統中的應用與面臨的挑戰，并對智能變電站一鍵順控系統的未來發展做出展望。

關鍵詞：數據融合；一鍵順控；大數據輔助技術；智能變電站

ResearchontheApplicationofBigDataAssistedTechnology

intheOneKeySequentialControlSystemofIntelligentSubstation

WangCheng*ZhangZhengPeiQianwenWangZhenlongWeiZheng

StateGridGansuBaiyinPowerSupplyCompanyGansuBaiyin730900

Abstract：Underthegoalofupgradingandtransformingthe"unmannedvaluebasedtransformationstation"，proposethe"oneclicksmoothcontrol"systemoftransformationandconstructionofasmartsubstation，tocomprehensivelypromotethedigitaltransformationoftheoperationandmaintenanceofthesubstation，promotetheefficientandsustainabledevelopmentofpowerstations，improvetheintelligentizationofthesubstation，Managementlevel.Withtheintroductionofrelatedtechnologiesandalargeamountofequipment，theamountofdatafromthesubstationhasincreased.Itsdatavolume，lowvaluedensity，noiseredundancy，etc.Datalayertransmissionpressureislarge，anddatasecurityisthreatened.Firstofall，arelatedintroductiontotheoneclicksmoothcontrolsystempointedoutthatthecurrentproblemsintheapplicationofthesmoothcontrolsystemhaveintroducedthetargetedtechnologiestosolverelatedproblems.Specificexplanation;finally，simplysummarizetheapplicationandchallengesofdatafusiontechnologyintheoneclicksmoothcontrolsystem，andlookforwardtothefuturedevelopmentoftheoneclicksmoothcontrolsystemofthesmartsubstation.

Keywords：datafusion；onekeysequentialcontrol；bigdataassistedtechnology；intelligentsubstation

智能變電站采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，其視覺終端以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能。智能變電站支持對電網的實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動，并可監測變電站區域內的場景實況，利于信息的有效獲取，進而提升變電站運行的可靠性，構建更加安全的電網系統。

目前智能變電站呈現接入設備數量增多、變電站規模增大的趨勢，這使得人工現場倒閘操作的復雜性、危險性增加［13］。

對此，智能變電站提出一鍵順控系統（OneKeySequentialControlSystem，OKSCS），可以在確保操作人員人身安全的情況下，實現傳統人工逐項操作向計算機遠程自動操作轉變。該系統可有效減少人工倒閘誤操作、漏操作，避免因此引起的設備損壞、大規模停電，提升對變電站設備的智能控制水平，優化變電站設備的運行性能［45］。

隨著電網智能化、一鍵順控技術的深入發展，電力行業動態、氣象信息、工商用戶等跨行業數據（多源異構數據）激增。其數據體量巨大、價值密度低、數據類型繁多，往往存在大量噪聲、冗余，浪費存儲空間、減緩數據傳輸、顯著降低電網可靠性、數據準確性和安全性，存在一定的安全威脅。

因此，本文將從智能變電站一鍵順控系統出發，歸納一鍵順控的基本概念、順控系統的平臺構架、順控操作流程及順控操作中仍存在的一些技術問題，探討解決問題的方法，并對未來智能變電站一鍵順控的發展做出展望。

1智能變電站一鍵順控系統

1.1一鍵順控技術基本概述

電力系統迅速發展，自動化水平逐漸提高，電網檢修及運行方式的調整越來越頻繁，調度員每日需制定的操作票數量增多，這對變電站操作管理水平提出了更高的要求。

人工操作的重復性工作多，同一操作任務，每次操作需重復執行全部相同流程，所有操作需人員現場執行、確認。而變電站二次設備軟壓板數量多，不同軟壓板由不同廠家命名、描述，人工判別時易發生誤操作、漏操作。這將導致人力資源浪費，并且時間成本高、效率低下，尤其在惡劣天氣、復雜環境下操作，加大了人工的操作難度與操作風險。調度操作中原有的人工或微機擬票方式已無法滿足調度運行管理由經驗型向邏輯型、智能型提升的要求［1，4，67］。

為此引入一鍵順控技術，一鍵順控是將大量煩瑣的現場人工倒閘操作轉移到遠方調度端或本地變電站內的監控主機上進行。當變電站監控主機接收到從集控主站或本地后臺發出的上級調度指令后，根據具體指令及當前一次設備、二次設備的運行狀態，智能生成相應的順控操作票。在滿足設備初始條件、“指紋+口令”雙重權限驗證、操作票模擬預演、五防邏輯校驗等要求后，通過計算機執行一鍵順控操作，讀取操作票中每一步的操作內容。由監控主機依次向站內保護/測控裝置發出遙控指令，同時進行操作票單步防誤校核，校核結果滿足，再進行下一步指令操作，直到操作票所有步驟執行完成。

一鍵順控使得擬票及倒閘操作快速便捷、有效降低運維作業風險及成本、加強了運維人員對設備的管控能力。

1.2一鍵順控系統的平臺構架

變電站內部署監控主機、獨立智能防誤主機、Ⅰ區運檢網關機，一鍵順控平臺總體架構如圖1所示。獨立智能防誤主機與監控系統內置防誤邏輯實現雙套防誤校核。Ⅰ區運檢網關機前端配置縱向加密裝置及路由器，實現遠方數據的安全接入，為遠程一鍵順控提供操作通道［12，5，8］。

1.2.1監控系統

監控主機通過雙網冗余接入Ⅰ區站控層網1jKugjpEfo2nBzzNkMWyTA==絡，從站控層網絡上采集、處理一次設備和二次設備運行狀態、實時電氣測量值、電網異常指示等信息，具備站內設備的一鍵順控、防誤閉鎖、運行監視、操作與控制等功能。

I區運檢網關機對變電站實時數據進行采集、處理、遠傳，與監控主機交互一鍵順控信息，轉發一鍵順控指令、上傳執行結果。

獨立智能防誤主機具備面向全站設備的操作閉鎖功能，與監控主機交互防誤安全信息，為一鍵順控操作提供模擬預演、全項/單項操作項目防誤校核等功能。

1.2.2一次設備

斷路器和隔離開關具備遙控操作功能，位置信號采集采用“位置遙信+數據遙測或視頻監控確認”判據［1，4，6］。

母線和各間隔裝設三相電壓互感器或具備遙信功能的三相帶電顯示裝置。

斷路器以位置遙信作為位置確認的主要判據，采用分/合雙位置輔助接點，其位置遙信判斷邏輯如圖2所示。

隔離開關主要利用視頻裝置實現現場確認。在隔離開關區域安裝攝像頭或無人機巡檢，采集隔離開關動作數據，分析隔離開關運行狀態，判斷其分合閘位置是否滿足順控操作的安全要求，如圖3所示［710］。

1.2.3監控主機與各裝置交互流程

監控主機發起變電站一鍵順控操作交互流程，與間隔層裝置交互信息。

監控主機通過站控層網絡采集變電站實時數據下發控制信息，與運檢網關機通信傳輸一鍵順控數據，與防誤主機通信傳輸防誤數據，如圖4所示［1113］。

監控主機在控制每一個操作項目執行前，與輔助設備監控系統通信，發出遙控操作聯動信號，進行攝像頭聯動，傳輸一次設備狀態、測量信息等數據［1213］。

1.3一鍵順控操作的執行

1.3.1變電站設備狀態的確定

變電站一次設備、二次設備所處的狀態分為運行狀態、熱備用狀態、冷備用狀態及檢修狀態（斷路器檢修狀態和線路檢修狀態）。設備狀態的確定是一鍵順控操作的必要條件，其根據設備位置、操作/儲能空氣開關位置、儲能狀態以及保護狀態等信息來定義。通過各位置傳感器、狀態采集器、高清網絡攝像機、紅外熱像儀、巡檢機器人等采集并傳輸變電站的實時設備狀態數據［8，14］。

1.3.2斷路器/隔離開關位置雙確認

以斷路器雙確認判據為例，位置遙信作為主要判據，采用分/合雙位置輔助接點。遙測量提供輔助判據，采用三相電流、三相電壓或三相帶電顯示裝置信號。其中，三相電流取自本間隔電流互感器，三相電壓取自本間隔電壓互感器或母線電壓互感器。

斷路器位置雙確認邏輯如圖5所示。當斷路器位置遙信由合變為分，且滿足“三相電流由有流變無流、母線三相電壓由有壓變無壓/母線三相帶電顯示裝置信號由有電變無電、間隔三相電壓由有壓變無壓/間隔三相帶電顯示裝置信號由有電變無電”中的任一條件，則確認斷路器已分開［46，1213］。

1.3.3一鍵順控操作票的生成

一鍵順控操作票包括操作對象、當前設備態、目標設備態、操作任務名稱、操作項目、操作條件、目標狀態等項目。由監控主機實時接收和執行本地及遠方下發的一鍵順控指令，根據典型操作票庫，完成一鍵順控操作票的生成、修改、刪除、存儲和管理任務［23，6，12，15］。然后完成操作票的模擬預演、指令執行、防誤校核及操作日志記錄，并上傳執行結果。

1.3.4操作票模擬預演與指令執行

一鍵順控操作票需經監控主機與獨立智能防誤主機內置模擬預演，以此確認操作邏輯的正確性、可行性與安全性。

操作票的指令執行全過程如圖6所示，全部環節成功完成后方可確認操作票指令執行完畢［3，1113，15］。

1.4一鍵順控系統的其他功能與特點

一鍵順控系統具備操作記錄功能，可記錄一鍵順控指令源、操作用戶身份、操作起始/結束時間、每步操作時長、每項操作的時間間隔、每步操作內容等信息，為預測故障、定位故障、診斷故障提供數據支持。同時，操作記錄可提供查詢功能，但無法修改、刪除記錄。一鍵順控技術使得變電站可以從容應對各類突發事件，未來發展前景十分廣闊。

2一鍵順控系統仍存在的問題

2.1數據傳輸效率低，系統響應時間長

由于變電站接入通信設備增多，隔離開關及斷路器“雙確認”裝置增加，圖像監控系統大量接入，獨立智能防誤主機與監控主機的雙套安全防誤校核系統的投入，使得變電站數據冗余增多、數據重復、數據噪聲增多。譬如現有的通信網絡帶寬可能無法承受監控系統高清攝像頭的視頻流，造成數據堵塞，進而導致通信網絡的癱瘓。在用戶請求數量較多時，系統響應時間長。若一次設備、二次設備實時狀態信息更新延遲，將導致操作票單步校核、執行時間增長，無法滿足順控系統的快速響應性能要求。

2.2數據質量與數據精確度低

目前變電站各傳感器測得的設備狀態數據量龐大、復雜，采用雙確認判據的隔離開關、斷路器等設備會出現數據重復、異常、錯誤、缺失、結構錯配等問題。其中采用高清攝像頭監控作為輔助判據時，由于攝像機固定，會產生一些監控死角，在惡劣天氣/環境下設備清晰度、可見度降低，影響設備位置狀態的判斷。且不同測量設備在信號的接收、傳輸、處理等工作上有不同的誤差問題，這會造成系統判斷、決策失誤，對后續操作產生影響，降低順控功能的可靠性、準確性。

2.3缺少對設備故障的預測、預警及診斷

基于變電站設備的歷史運行狀態數據、電氣參數數據、氣象數據、智能巡檢所測設備外部損耗數據等，對智能變電站設備進行狀態評價，對運行環境進行綜合模擬。分析變電站設備各狀態量的變化，評估設備退化的嚴重程度，進行及時準確的狀態評估、預測，對設備異常狀況進行預警、告警，記錄故障時空日志、診斷故障成因。實現變電站短期時空數據的預測，以及變電站整體運行環境的綜合感知。目前變電站仍需加強對設備故障問題的識別、定位、診斷，確保監測內容的完整性、準確性。

2.4測控裝置缺少冗余備用

當測控裝置因故障被切除后，需要一段時間才能投入工作，此時需冗余備用測控設備接入，保證變電站設備運行狀況的連續監控、安全運行［9］。

2.5設備狀態確認需更可靠、智能

在單次一鍵順控流程結束后，為保證下一次執行過程的安全穩定，變電站工作人員需到現場對電氣設備的位置、狀態再次進行核對和檢測。這影響了智能變電站一鍵順控操作系統問題的發現和阻礙了系統性能的穩固提升。

2.6數據交換協議不統一

信息通信技術不斷發展、更新迭代，不同設備產自不同企業和制造商。在工業領域中，大多系統采用2×2互聯協議轉換方法，實際應用中，每種產品或設備都采用獨立的數據交換協議。數據交換協議可以由各自的生產者起草，也可以通過修改公共協議形成。現有的變電站系統協議轉換器只能轉換兩個協議，或者配置過程相當煩瑣，給數據解析過程帶來不便。在構造組成復雜的變電站中，這種信息交換方式會帶來很多不便，同時花費極大維護成本。

2.7擬票系統需要更智能化

目前順控系統操作票庫采用“源端維護、數據共享”策略，部署在變電站監控主機，可實現圖形開票、導入典型操作票成票、狀態成票、人工手工開票。同時可根據操作對象、當前設備態、目標設備態，生成、修改、檢驗、刪除、確定唯一的操作票。

實際運行中，設備停電檢修及同一設備的停、送電操作具有固定性、重復性。為便捷變電站操作票的制定，可結合歷史上級調度指令、歷史生成操作票、典型操作票庫，進行操作票生成行為的深度學習、機器學習，對每日需生成的操作票進行預測、預制。同時，當變電站設備出現即發故障，操作票庫需進行智能分析，及時、合理生成應急操作票方案，調整設備運行狀態。避免因工作人員專業素養、應變能力的差異，導致誤操作、漏操作、編寫錯誤且不合邏輯的操作票，避免造成良好設備損壞、浪費安全校核時間、大面積停電等事故［2，4，13，15］。

2.8注重變電站順控操作數據傳輸的安全

國家強調加大力度“保護電力數據安全”，防止外來信息攻擊、不良數據干擾、虛假數據注入攻擊，防止因數據安全漏洞導致的設備損壞、供電事故等。需分析傳感器、監控設備提供數據的時空特征，鑒別虛假、干擾、攻擊信息，進而記錄攻擊時間和攻擊地址，需要保留證據，提高變電站數據傳輸、指令交流安全級別，應對一切外來信息威脅。

2.9合理進行變電站一鍵順控系統的改造

一鍵順控系統的改造包括監控系統改造、一次設備改造、雙確認改造，實現變電站主設備狀態轉換。需切實考慮電力經濟、設備維護經濟等，合理進行智能變電站一鍵順控系統的升級、改造［1112，1416］。

3解決相關問題的針對性技術

3.1數據融合技術

多源數據融合技術指將多個傳感器或其他類型信息源的數據進行匯總、關聯、整合、分析、評估，對某一事件進行短時預測，提高對某一目標檢測及特征估計的精度，實現情境感知，獲得對受限空間的全方位描述。

數據融合通常有以下三步驟［1718］：

（1）不同類型數據關聯，確定多源數據反映同一目標；

（2）綜合各方數據對同一目標進行檢測、估計、預測；

（3）給定數據源的環境狀態，合理分配數據采集/處理源，降低操作、運維成本。

3.2安全通信技術

智能電網通信系統主要包含分布式發電單元、輸電單元、配網單元和用戶單元，涵蓋操作單元、電力市場、供應商等。高效數據融合通信技術可完成數據中心、通信子站與電網終端的高效互聯，滿足電網系統大量設備接入和數據高速分析需求。同時采用信息加密技術，保障智能電網數據安全傳輸、融合［1920］。

3.3機器、深度學習技術

機器學習是通過對經驗自動改進的計算機算法，在經驗學習中改善具體算法性能。深度學習是學習樣本數據的內在規律和表示層次，讓機器像人一樣模仿視聽、具有分析、學習能力，在學習過程中獲得相關信息，提升對文字、圖像、聲音等數據的識別能力，可以解決很多復雜的模式識別難題。

智能變電站接收調度中心下發的調度指令后，利用深度學習對典型操作票生成規則、指令與操作內容的對應關系、順控操作安全原則進行學習，依據設備狀態變化以及設備操作原則，建立一鍵順控操作票智能生成模型。

3.4圖像識別分析技術

在智能變電站一鍵順控操作中，通過圖像識別算法識別電氣設備狀態。以變電站隔離開關刀閘的開/合狀態為例，對隔離開關刀閘的實時監控圖像進行處理，得到反映刀閘位置的信息，再利用圖像分析算法判斷其位置信息的有效性、真實性。將圖像識別結果作為標準進行刀閘開/合操作，監視、跟蹤設備，避免誤操作。該方法能提高刀閘開/合狀態切換的效率、安全性，也能提高一鍵順控的可靠性。通過遠程巡檢，減少運維人員的工作量，提高調度、控制一體化水平，保障電網的穩定與安全［10，21］。

4數據融合

目前，跨行業數據量激增，如氣象、交通、電力、工商等，存在大量具有分散性、多樣性、隨機性、復雜性和關聯性的多源異構數據［22］。現階段跨類型數據分析技術薄弱，狀態量間的關聯分析挖掘能力不足，仍以知識邏輯為主導的單一狀態數據分析為主。跨領域、多維度、長時間的多維數據綜合分析與運維研判能力缺失，相關技術實用化、智慧化程度較低，前后端融合薄弱。因此需對多源異構數據進行融合，提高數據有效利用率與數據精度/質量，打破跨行業技術應用壁壘，實現時間與空間上的信息共享和信息互補，為目標對象的全面準確認知提供數據基礎［1718，2325］。

本文從5個方面詳細介紹數據融合技術。

4.1多源數據融合的框架、流程及層級

數據融合包括數據級融合、特征級融合、決策級融合。新型電力系統數據融合層級的選擇需綜合考慮數據結構形式、融合精度要求、數據層通信能力、數據實時性要求、融合成本及后臺計算機數據處理能力等。

數據級融合：最低層次的融合，如圖7所示，對不同種類傳感器中的原始數據進行數據預處理，建立融合模型，提取數據的時間特征和空間特征，判斷融合后數據的屬性是否滿足融合需求。數據級融合對原始信息保留度最大、數據損失最小、數據計算量巨大、傳輸時間/處理時間冗長，且要求數據為多源同構，僅適用于特定場景。

特征級融合：屬于中間層次的融合，如圖8所示，提取表征數據基本屬性的主要特征，對不同特征進行融合，獲得對目標的統一解釋。數據庫中豐富的數據同步、信息共享可支持特征級融合，有效對數據進行壓縮，可處理異構數據，但也損失一定有效信息。

決策級融合：融合層次最高，如圖9所示。以具體決策問題作為出發點，按照可信度評價指標對多源數據重排，獨立感知、分析、集成處理數據，在數據關聯后，融合最有價值的信息得到最終決策結果。可以進行異構數據融合，數據損失量大，但計算量小、速度快，對不同系統具有較高抗干擾能力。

4.2常用數據融合算法概述

電力多源數據融合涉及的關鍵技術大致分為概率與統計、估計理論、信息論及人工智能算法四大類，數據融合關鍵技術如圖10所示［17，22，2529］。

實現數據融合的關鍵是使用數據處理算法協調所有傳感器/各數據源產生的數據，將有效數據進行整合，進而獲得目標所需、高質量、更有利用價值的信息。無論哪種算法，必須滿足一個基本要求，即具有魯棒性和并行處理的能力，以適應數據信息的多樣性和復雜性。

4.3數據融合技術在電力行業中的應用

4.3.1電網電力防災

電網電壓暫降現象易造成用戶設備異常運行，產生巨大經濟損失。傳統電能質量監測平臺、電壓暫降分析平臺僅依靠電壓暫降監測數據，平臺功能受限。

為解決傳統系統重監測、少應用、無互動等問題，目前已構建基于多源數據融合的省級電網電壓暫降互動平臺。通過建立母線關聯映射表和全網暫降特征庫實現多源數據的關聯和特征提取，融合電壓暫降仿真數據與監測數據，實現全網電壓暫降嚴重程度評估與風險預警。以歷史暫降事件的暫降幅值為訓練樣本，以已安裝監測終端的數量為樣本維度，使用神經網絡訓練暫降源定位模型，實現暫降現象即時感知與暫降源快速定位［30］。

可構建以供電公司為樞紐、敏感用戶與治理產商協同的信息共享平臺，完善平臺輔助治理決策、暫降信息交互等功能，提供“事前預警防控、事時感知安撫、事后治理引導”。

4.3.2電動汽車

電動汽車由于其低碳、環保，近年來得到快速發展。但由于土地資源有限，大部分城市面臨巨大的公共快速充電設施需求，電動汽車可能會面臨有樁無車、有車無樁的供需失衡問題。

目前有學者采用數據融合，分析與挖掘電動汽車用戶的出行充電行為和城市充電樁未來建設規劃［31］。對車輛用戶充電需求產生與充電站選擇過程進行建模，建立城市能源交通融合網絡仿真架構，重構、仿真海量用戶行為，評估城市目前充電樁建設情況，構建了高效、多重目標的未來充電設施擴展規劃體系，有效服務電動汽車的快速發展。

4.3.3新能源電源出力預測與配置

石油能源逐漸枯竭，新型綠色環保、可再生能源得到廣泛研究、運用。風能、太陽能、潮汐能的顯著特點是受自然環境影響呈現時段性、波動性、間歇性、不確定性，以集中電站形式或大規模分散形式接入電網均會對電力調度規劃、電網安全運行帶來不利影響。

對新能源電源出力進行有效準確預測，有利于提高風能、太陽能、潮汐能的使用率，降低限電率。影響風電、潮汐、光伏出力的主要因素是天氣因素，如風力發電中的風速、溫度，潮汐發電中的漲潮/退潮時間、海水沖力，光伏發電中的太陽輻射強度、組件溫度、環境溫度等。在各項數據歸一化后，將影響因素與歷史出力數據、氣象數據進行融合，對新能源電源出力進行準確短時預測。

為促進新能源電力的消納，提升新型電力系統的運行效益，需要綜合考慮各方經濟效益、運行要求、碳排放要求。對新能源電力公司的發電能力、發電時段、發電效率等基礎數據進行采集、分析、融合。進行新能源發電的宏觀調控，將新能源電源的間歇性對電網的沖擊降至最低，實現新能源發電與傳統發電方式的高效互補［1718］。

4.3.4電力產出與交易

為提升電力企業的服務質量，服務系統需及時與電力生產系統進行電力資源的信息交互。融合電力系統海量數據資源，對客戶短期用電量進行預測，提高電力數據實時利用率，根據用戶需求精準、快速地進行響應、服務，節省電力企業的運維成本，提高電力企業客服服務水平。

在新能源電力交易輔助決策過程中，一方面要考慮電價、成本、安全、環境等方面因素，另一方面要考慮發電側的實際情況。當前新能源電力交易決策方案輸出時間長，所選交易方案并非最佳方案。首先，引入多源數據融合，通過安全、應用、數據、技術、物理架構的設計，完成對輔助決策系統框架結構的構建，提取電力交易數據及相關影響因素，完成購電方案的輔助編制。其次，對電力交易實時信息進行跟蹤、展示，可輸出最佳交易輔助決策方案，促進新能源電力交易服務質量的提升［17，32］。

推動綠色電力、“雙碳”發展，電網企業與國家開展電碳指數、電碳生態地圖等研究。電碳指數為每耗電1kW·h對應的碳排放量，其數值的核算需要融合電網及各行業企業的多方數據。準確核算電碳指數是引導用戶節約用電、電力低碳生產、消費清潔能源、降低碳排放的基礎。為了推動電力系統低碳化改革，電力系統碳計量需進一步擴展至線路側和負荷側，實現電力系統全環節碳排放責任分攤，分析碳排放分布規律，實現碳流準確追蹤和定位，完善電碳交易市場建設，促進電力低碳發展。

4.3.5負荷預測

新型電力系統與天然氣系統、熱力系統等耦合緊密，綜合能源系統的發展為新型電力系統的管理運行提供豐富數據。實時、準確、可靠的多元負荷預測已成為新型電力系統能源交易、優化調度前的關鍵，是能量管理系統的重要組成部分。

冷、熱、電、氣等多元負荷具有時空特性，空間上受天氣、市場等因素影響，時間上與節氣、節假日、歷史數據密切相關。綜合考慮各負荷間的耦合關系以及外界條件對多元負荷的影響，把握各類負荷的波動規律，建立智能、準確的負荷預測模型。

負荷預測分為傳統時間序列法/回歸分析法和機器學習法。傳統法需建立精確數學模型，在復雜負荷預測上應用難度大；機器學習法無需精確數學模型，可通過多層映射，學習數據中的抽象特征，預測子任務，再根據多任務學習對多元負荷間的耦合信息進行學習得出綜合預測，預測精度高、實時性好［17，33］。

4.3.6電網故障監測、預測與定位

隨著特高壓交直流互聯大電網的推進，電網間的電氣耦合性加強，自然災害對電力設備造成的危害更加強烈，顯著增加電網安全穩定運行的難度。

電網現有故障告警功能存在數據源單一、告警準確率低等問題。將電網歷史運行數據融合外部氣象數據，將預警目標從單故障風險延拓到群發性故障風險，將變電主站與智能告警系統進行信息交互和數據共享，建立“告警可信度、數據有效性”雙重組合判斷機制。對多個告警數據進行壓縮、融合、過濾、綜合分析，可提升電網故障正確報出率和告警準確率，實現對電網的在線監視、控制、分析、智能預警。使電網的安全防御理念由“事后防御、被動防御”轉變為“提前預防、主動預防”。

電網輸電線路分布范圍廣、線路多且長，對于野外站點，一直由運維人員定期到現場檢查設備運行狀態，浪費大量資源且無法精確監測故障。在輸電線路上部署大量傳感器，實時采集輸電線路信息，傳感器節點密度大時，容易造成數據傳輸堵塞、數據冗余增多、異常數據增多等問題，采用數據融合，對各節點數據去除冗余、提取關鍵信息，進行數據壓縮，保證線路監測數據的準確性，提高線路數據的傳輸速度。

對于分布式電源較多的配電網絡，其故障定位尤其困難。可結合數據融合與智能分析算法，考慮配電網拓撲約束、潮流約束、負荷損失限制約束等，以負荷損失最小、搶修用時最少、故障定位準確為目標，建立電網故障搶修模型。提升電網故障搶修效率、供配電的可靠性及穩定性，減少因故障引發的巨大經濟損失［3238］。

4.3.7電網運行狀態感知

通過數據融合，對線損率過高、低電壓、重過載等情況預警，建立智能電網運行狀態評估指標體系，對電網發展態勢進行預判，可提高配電網運行管理水平。

有源配電網運行狀態異常，會導致狀態感知范圍與實際范圍存在差異。對此，結合蟻群算法與數據融合規則，獲取線損率和輕載率運行態勢指標；采用多源數據融合信息熵計算樣本間的距離，確定有源配電網異常運行狀態范圍；融合多源電壓數據，獲取配電網運行狀態感知結果；運用層次分析法修正感知數據，使感知結果與實際結果相容一致［24，26，3940］。

4.3.8設備狀態監測與設備故障診斷

電網中暴露在室外的配變電設備會因設備材料老化、惡劣天氣影響、人為破壞而發生故障，影響電網的安全穩定運行。利用傳感器、攝像頭實時監測電力設備的運行參數、狀態參數，融合設備歷史運行數據、設備歷史故障數據、氣象數據及多維度電網機組數據等，構建多源數據決策融合模型。對設備異常狀態、破損情況、性能下降程度進行監測與預測，及時提供設備故障預警、故障診斷與發生故障的應急方案，及時進行故障搶修、設備更換，防止故障范圍進一步擴大［21，23，4145］。

為精準檢測帶電導體的運行電壓與運行電流，結合決策樹組織、神經網絡，聯合帶電導體運行信息，計算運行數據評價指標的具體數值。融合多源數據，確定接收端設備連接方式，求解電氣互感系數，以此確定導體設備的電子實時損耗量，可實現電氣設備的在線監測［28，33，36］。

變壓器作為輸電與配電的重要媒介，監測其設備運行狀態尤為重要，絕緣老化、超負荷運行、環境變化對其可靠穩定運行帶來的影響。融合變壓器油氣數據、紅外熱像溫度數據及氣象數據等，解決數據樣本量不足、質量低的問題。同時采取改進支持向量機法、改進故障樹模型對油氣數據、溫度數據進行診斷，將兩種診斷結果進行決策級融合，得出最終變壓器故障診斷結果。保證了變壓器在放電類故障和低、中、高溫故障中具有較高的故障診斷準確率。

4.3.9電力資源合理配置

目前，電能儲存技術成本高昂、相關技術尚未突破。為避免已產出電能的浪費、降低產電資源的無效消耗，為滿足部分區域、用戶的用電需求。技術工作者可對電力生產數據、電力需求數據、電力經濟數據進行融合。從電網規劃的角度，最大程度保障電力資源、產電資源、輸配電資源的合理、科學配置［40］。

4.3.10電力數據高效傳輸

信息通信技術與智能電網結合，將新能源電源整合到現有電網中，實現雙向信息傳輸、快速隔離、恢復停電、優化終端用戶能耗，保證供電高效性、用戶操作可行性。

遇到電網供電不穩或擾動時，保護裝置需快速進行故障定位并對故障區域進行隔離，這對電網的數據傳輸速度、處理速度和處理精度要求極高。目前系統的網絡通信方式多樣、邏輯復雜，會導致系統通信效率下降、信息滯后、兼容性差，影響正常供電。可采集異構網絡通信數據，對數據進行預處理、規約化、標準化，在保證通信數據質量的同時進行數據的有效壓縮，再融合具有主要特征的數據，傳輸融合后的數據，有效減少網絡通信量、節省載波帶寬，提高通信效率和通信網絡性能［29，4650］。

4.4數據融合技術在解決順控問題的體現

將數據融合技術應用于智能變電站一鍵順控操作中，可以對上級調度指令、監控主機下發的操作票模擬/執行指令進行加密、壓縮，保證指令下發的安全性、準確性，同時提高指令傳輸的速率。

指令下達后，各傳感器、監控裝置、測控裝置傳輸設備位置信息、設備運行狀態信息，提取數據主要屬性、除冗余、去噪聲、進行融合。檢測并處理異常數據，將融合后得到的最準確的結果傳輸給防誤主機與監控主機，減少數據傳輸層壓力，提高設備狀態結果的更新率與精度，使得設備狀態確認更可靠、穩定。

與此同時也可與氣象數據、其他數據源進行信息共享，對變電站故障、設備故障進行實時監測、提前預警、定位、短時預測與診斷，前文對此已作詳細描述。

一鍵順控系統對各操作響應時間有一定要求，采用多源數據融合，可在保證數據質量與精度的條件下壓縮數據，提高數據傳輸速率。變電站各設備、傳感器動作響應結果的傳輸時間縮短，可滿足一鍵順控系統的響應時間要求。

4.5仍存在的問題與面臨的挑戰

4.5.1保障數據安全融合，抵御信息攻擊

電網中存在大量異構日志數據，按來源分為防火墻日志、入侵檢測系統日志、業務系統產生的日志；按類型分為流量類日志、配置管理類日志、安全攻擊類日志。日志記錄了不同的網絡信息、用戶行為和系統操作［23］。

當前智能變電站數據安全防護措施仍不完善，多源電力數據融合過程中，會遭到信息潛伏、持續攻擊。在攻擊方掌握全部通信通道并實時監聽的條件下，可能會進行的攻擊有：（1）虛假數據注入攻擊，即攻擊方傳送、注入虛假信息，影響電力網絡運轉；（2）重放攻擊，即攻擊方重復輸入已經傳輸過的有效數據，對通信網絡施加壓力，造成通信堵塞，以致信息輸送系統崩壞；（3）信息篡改攻擊，指攻擊方在實施監聽時，會截取關鍵的有效信息，對其進行數據篡改，造成系統故障誤判等；（4）拒絕服務攻擊，即攻擊方會批量傳輸大量無用數據，擠占帶寬、系統運算資源和儲存空間。

要保障電力數據的安全融合，需實現以下安全特性：（1）保密性與隱私保護，對電力數據進行加密處理；（2）信息源認證與數據完整性保護；（3）前向安全與密鑰更新；（4）抵御DOS攻擊，電力數據融合時盡量占用較少運算資源與儲存空間，平衡運算與儲存負載［29，47，50，52］。

攻擊者的所有攻擊痕跡記錄在各種各樣的日志中，對異構日志信息進行融合、分析，可盡早發現攻擊來源，及時采取相應措施。目前仍需對數據安全需求、防護形式及方案、防護現狀和未來的發展趨勢進行深入研究。

4.5.2設備接入協議自適應轉換

智能變電站的大量物聯設備采用的通信標準與傳輸協議不相同，導致多方位信息采集不完整、數據傳輸不順暢，造成物聯設備間的操作性、連通性大幅下降。

為實現智能變電站物聯設備的統一管控、信息精準交換，可融合物聯設備接入協議的相關數據包，上傳至設備接入層，利用統一數據幀格式完成接入協議數據包自適應轉換。同時，此轉換能實現系統的集中操作、智能控制、數據歸檔等，降低設備管控成本，提升系統運行效率［26，28，37，51］。

5智能變電站一鍵順控系統發展展望

智能變電站一鍵順控系統設計的初衷是減輕倒閘操作人員現場設備操作/狀態確認的繁雜工作量與壓力、最大限度保護現場工作人員的人身安全、方便實現倒閘操作的遠程控制、提高變電設備運檢質效。

隨著機器智能化的快速發展，無人（機器）值守變電站的建設已成為電網未來發展藍圖的中心論題。通過視頻監控、測控裝置反饋，結合氣象、變電站歷史數據及其他數據源，可對變電站全局狀態進行準確感知。

通過機器學習、深度學習，對操作票生成行為進行學習、預測，結合電力經濟最優原則，滿足上級調度指令，智能生成一鍵順控操作票。自動進行操作票的模擬、驗核、執行，同時對操作行為、操作結果進行記錄。

通過數據融合對設備運行狀態進行監測，對設備故障進行預測、告警、定位、診斷，在電力損失、經濟損失最小的條件下，自動進行故障切除、隔離，保障供電可靠性、穩定性。

以上展望仍要以實際智能技術發展為根基，逐步穩固實現、逐步替換老舊方法/技術/設備，逐步向無人（機器）值守智能變電站建設靠近。

結語

本文圍繞大數據輔助技術在智能變電站一鍵順控系統中的應用，為解決系統中存在的數據質量低、系統響應時間長、設備狀態確認不可靠、數據傳輸安全威脅、擬票難度大等問題，詳細介紹了一鍵順控系統的功能、架構等，主要闡述了數據融合技術在電力應用中的體現，總結數據融合技術在一鍵順控系統的應用方向與面臨挑戰，對智能變電站一鍵順控系統的未來發展做出展望。

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*通訊作者：王程（1980—），男，漢族，甘肅白銀人，本科，高級工程師，研究方向：輸變電運檢管理、繼電保護、智能運檢數字化研究等。

作者簡介：張政（1988—），男，漢族，甘肅白銀人，本科，高級工程師，研究方向：電氣自動化。