发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种配电网运行状态管控与评价方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种配电网运行状态管控与评价方法,包括以下步骤:
1)对于电网运行状态的管控对象构建配电网运行状态管控的典型场景与管控业务体系;
2)考虑多维指标对比和重要事件管控的不同管控实现形态在典型管控场景下的适应性与实现模式;
3)考虑配电网运行健康状态和薄弱环节,构建适应不同典型供电区域的综合评价体系。
优选地,所述的步骤1)中,电网运行状态的管控对象包括电网运行状态、装备运行状态、配电自动化***运行应用水平。
优选地,所述的步骤1)中,电网运行状态下的典型场景与管控业务包括供电能力管控、供电质量管控、供电效率管控以及故障事件管控,装备运行状态下的典型场景与管控业务包括配电主设备状态管控以及配电终端状态管控,配电自动化***运行应用水平下的典型场景与管控业务包括***应用水平以及***运维水平。
优选地,所述的配电主设备状态管控以PMS***中的设备状态评价结果结合设备状态在线监测信息为依据,配电终端状态管控以配电自动化***中配电终端状态数据为依据。
优选地,所述的***应用水平以配电自动化***可用性和实用化程度为评价对象,包括终端在线率、遥控使用率、遥控成功率和遥信动作正确率,***运维水平管控以终端和***的运维消缺及时性和有效性为评价对象。
优选地,所述的步骤2)具体包括以下步骤:
21)根据对配电网络供电健康状态、设备网络健康状态评价的结果筛选薄弱个体和薄弱环节,具体为:
采用总体健康状态评价结果进行劣化性排序分析,获取薄弱个体;
对影响健康状态评价结果的环节因素进行劣化性排序,获取薄弱环节;
22)分别对薄弱个体和薄弱环节进行时空特性分布分析,获取其区域性分布规律,包括劣化发展规律与变化趋势。
优选地,所述的步骤3)具体为:
根据时空特性的分布结果,分别与建设改造环节和配网运维业务环节结合,其中,当与建设改造环节结合时,从薄弱环节获取通过建设改造手段进行改进的内容,用于评价建设改造投入方向与薄弱环节的匹配程度和协同水平,当与配网运维业务环节结合时,从薄弱环节获取通过运维手段进行改进的内容用于评价运维资源投入与薄弱环节的匹配程度和协同水平。
优选地,所述的建设改造投入方向与薄弱环节的匹配程度和协同水平包括建设改造计划是否与供电健康状态评价结果较差的线路、配变相匹配,所述的运维资源投入与薄弱环节的匹配程度和协同水平包括设备个体和配电终端健康状态长时间持续性劣化以及消缺运维手段应用的及时性。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1)在完善配电网运行状态监控能力方面,本发明的研究成果将扩展现有配电终端在配电网现场侧的监控内容,实现对配电网电气量、环境状态量、设备状态量等综合与统一,基于配电自动化***已经建立的通信通道与前置采集机制,实现对于配网现场侧运行数据的统一采集。
2)在提升配电自动化***建设应用水平方面,本发明的研究成果一方面将通过进一步加强配电终端运行状态与各类试验状态进行联动分析,进一步保障设备的稳定可靠运行,全面提升产品质量;另一方面通过对于配电网网架设备与配电网运行状态以及环境状态等信息的综合分析,进一步明确配主站、通信、终端在不同情况下的优化配置部署策略。
3)在提升公司配电网综合管理精益化水平方面,本发明研究成果将对配电网运行、设备属性、业务过程管理等相关数据进行全面整合与综合应用,不仅实现对于配电网运行重过载监测与预警等方面的状态管控能力,更将充分发挥配电网信息化***的作用,对配网科学规划、合理建设改造、提升对运行水平的预警、促进配网检修与抢修资源的优化部署等方面具有十分重要的价值。
4)在提升经济效益方面,本发明研究成果将通过对配网运行状态管理精益化水平提升的基础上,更好地提升配电网建设改造的精准投资水平,避免重复建设改造与投资浪费,同时在电力改革新形势下,也将进一步对巩固公司在配电环节的市场地位具有重要作用。
5)在履行社会责任方面,本发明研究成果将通过配电网的精益化管理将有效促进供电可靠率与供电质量的提升,并且进一步促进配电网建设改造实施力度、覆盖范围与工作效率,是国家配电网建设改造行动计划落地实施的重要举措,同时也是提升电力客户服务满意度的重要保障,具有十分重要的社会效益。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示,本发明提供一种配电网运行状态管控与评价方法,具体包括以下内容:
(1)研究配电网运行状态管控的典型场景与业务体系
研究分析反映配电网整体运行状态的典型管控对象;研究建立供电能力、供电质量、供电效率及故障事件等电网运行状态的典型管控场景与业务体系;研究建立包括配电一次主设备健康状态、二次配电终端可用性等方面的配电装备运行状态典型管控场景与业务体系;研究建立以配电自动化为核心的专项***应用维护水平管控典型场景与业务体系。
(2)研究多维指标对比、重要事件管控等不同管控实现形态在典型管控场景下的适应性与实现模式
研究建立含多维指标对比、重要事件管控、纵向点播调阅等多种方式在内的管控实现形态体系;研究不同管控场景对结果性管控、过程性管控、对象性管控方面的需求差异,分析不同管控形态在差异化需求中的适应性;研究分析实现各类管控所需的信息源以及获取模式;研究各类管控形态在对应管控场景下的实现流程模式。
(3)研究配电网运行健康状态、薄弱环节等方面的评价方法,以及适应不同典型供电区域的综合评价体系
研究计及网络供电健康水平、设备网络健康状态、劣化指标分布等因素在内的配电网运行健康状态评价方法;研究运行状态薄弱环节的时空分布特性评价方法,分析相关劣化因素关联性,建立薄弱环节评价方法;研究基于运行状态薄弱环节分析的配网建设改造环节协同水平评价方法;研究基于运行状态薄弱环节分析的配网运维业务闭环管控水平评价方法;研究不同典型区域以及保供电等典型时期对运行状态关注点的差异性,形成差异化评价体系。
二、本发明主要技术及基本原理
从理论层面,对配网运行状态管控的对象以及管控形态进行更为全面的研究,形成综合评价体系与评价方法,是本发明的统筹理论指导全面增强对于配电网运行管理水平的管控能力。
本发明的具体技术路线为:
1、研究配电网运行状态管控的典型场景与业务体系
针对电网运行状态、装备运行状态、配电自动化***运行应用水平三类管控对象,可以建立起8类典型管控典型场景及对应业务体系。
电网运行状态的管控可建立供电能力管控、供电质量管控、供电效率管控以及故障事件管控等4类典型场景与管控业务,主要是基于电网运行监测信息和运行指标信息的获取,借助于健康状态的评价和薄弱环节的分析方法,便于配网业务管理人员了解配网运行健康水平、把握重要事件信息,掌握运行中的薄弱环节,为运维资源优化调度、建设改造资源优化投入、重要运行事件过程管控等方面提供管控手段支撑。
装备运行状态的管控可以建立配电主设备状态管控、配电终端状态管控2类典型场景与管控业务。配电主设备状态管控主要是以PMS***中的设备状态评价结果并结合设备状态在线监测信息为依据,配电终端状态管控主要以配电自动化***中配电终端状态数据(公司各单位的配电自动化***中各类动态信息已经远程接入部署于中国电科院的公司配电自动化评价分析***)为依据,进而经过设备、终端的健康评价方法的再处理过程,便于业务管理人员及时掌控不同等级、不同持续时长缺陷设备终端的数量、占比、分布以及缺陷热点、发生概率等,便于管理人员督促及时消缺、针对性改造等业务开展。
针对配电自动化***的运行状态管控可以建立***应用水平、***运维水平2类典型场景与管控业务,其中配电自动化***应用水平管控主要以反映配电自动化***可用性和实用化程度的应用指标为抓手,例如终端在线率、遥控使用率、遥控成功率、遥信动作正确率等;配电自动化***运维水平管控主要基于多类遥信、遥测信号的在线监测技术以及终端、主站运行状态失效/缺陷规律分析,以终端、***的运维消缺及时性、有效性为评价对象,通过信息提示告警、督导管控等方式提升***运维管理水平。上述数据信息可以来源于部署于中国电科院的公司配电自动化评价分析***。
2、研究多维指标对比、重要事件管控等不同管控实现形态在典型管控场景下的适应性与实现模式
基于上述对配电网络供电健康状态、设备网络健康状态评价的结果进行薄弱个体或环节的筛查分析。在针对薄弱个体的分析方面可以基于总体健康状态评价结果进行劣化性排序分析,聚焦薄弱个体;也可针对影响健康状态评价结果的某项环节因素进行劣化性分析,聚焦薄弱环节。
然后可以针对薄弱环节或个体开展时空特性分布分析。空间分布特性可根据薄弱个体、环节的区域性分布情况得出区域性分布规律,用于指导区域性建设改造投入力度;时间特性分析可以通过运行状态健康评价结果的历史积累数据分析,得出的劣化发展规律与变化趋势,可以用于针对个体对象的改造或运维。也可以进一步将时间空间特性分析结合起来,用于分析区域性薄弱环节变化趋势。
3、研究配电网运行健康状态、薄弱环节等方面的评价方法,以及适应不同典型供电区域的综合评价体系
基于时空特性的薄弱环节薄弱分析结果,可以一方面与建设改造环节相衔接,从薄弱环节中提炼出通过建设改造手段可以改进的内容,用于评价建设改造投入方向与薄弱环节的匹配程度和协同水平,例如建设改造计划是否与供电健康状态评价结果较差的线路、配变等相匹配;可以另一方面与配网运维业务环节相衔接,从薄弱环节中提炼出通过运维手段可以改进的内容,用于评价运维资源投入与薄弱环节的匹配程度和协同水平,例如设备个体、配电终端健康状态长时间持续性劣化等,评价消缺等运维手段应用的及时性,也可以对所开展消缺等运维工作对薄弱环节的针对性进行评价。
本发明的关键技术如下:
1)配电网运行状态综合监测的功能优化配置模式
依据配电设备状态监测的实时性、精度、灵敏度等要求进行相应的状态监测传感器选型和监测终端功能配置;以投资、***可靠性、运行维护费用、停电损失等为评价指标,采用模糊评价等方法对综合监测终端选型配置方案进行综合评估,形成综合监测终端功能优化配置模式。
2)研究计及配电设备类型、重要性、应用场所等的综合监测终端功能、状态监测传感器配置原则
分析不同类型配电设备或场所中可在线监测的状态量,结合配电设备的重要性筛选出需要监测的状态量,确定综合监测终端可安装的监测场所,如开闭所、环网柜、架空线路、配电室、柱上配变、电缆沟道、柱上开关等;根据设备的类型、重要性(例如特别重要、重要、一般)确定监测量的类型。
在此基础之上,针对所需要监测的物理量进行传感器选型,并确定传感器安装位置、安装数量;根据传感器的配置研究并确定终端硬件平台与软件架构、功能板块、通信方式以及终端的装设模式,并对监测***整体性能进行评估分析。
3)研究考虑停电损失、投资、***可靠性、运行维护费用等因素的综合监测终端选型配置综合评估方法
分析停电损失的估算方法,综合考虑缺电功率、缺电量、停电持续时间以及停电频率等因素,计算安装综合监测终端后的停电损失;建立成本收益分析模型,从运行维护费用、提高***稳定性等角度对***进行收益分析。
建立综合监测终端优化配置评价指标体系,拟采用模糊评价法、人工免疫算法等方法对配置模式进行综合评估。在此基础上,形成综合监测终端三种配置模式:简易配置、标准配置、综合配置,并形成适用于典型应用场景的配电设备综合监测终端的功能优化配置模式。
4)研究运行状态综合监测相应的通讯规约标准化扩展方法
在原有规约基础上利用已定义的类型标识或重新定义保留的类型标识描述设备状态、环境状态、故障录波等数据,规定不同类型数据传输时所对应的报文结构形式,并确定扩展的内容在101/104规约中所对应的信息体地址范围及相应的语义;分析综合监测终端数据传输量及其实时性、可靠性要求,确定在101/104规约中扩展内容的传输规范,形成综合监测终端应用101/104规约的实施细则。
5)基于运行状态管控的配电网各业务环节协同优化决策技术
调研分析国内外配电自动化***、配电管理***对于企业管理效益、经济效益、社会效益的成效分析评测内容与评测方法;研究面向配网重过载运行状态发生规律及其产生原因分析技术;研究面向提升配电网隐患排查与缺陷消除效率的配网运行维护优化决策;对配电网建设改造业务的优化决策支撑技术;研究面向配电网隐患排查与缺陷消除效率提升的配网运维业务优化决策支撑技术;研究面向配网计划检修与故障抢修资源优化配置的配网检修业务决策支撑技术;研究面向台区低电压治理与业扩报装适度超前建设的支撑技术;研究面向配电网供电能力水平提升的配电网网架优化规划与精准投资设备建设改造工程的辅助支撑技术;研究基于故障定位处理管控的配电网抢修资源优化部署策略;研究基于低电压状态分布规律的台区智能化优化升级技术。
建立基于配电自动化以及配网运行状态管控数据的辅助支撑优化决策分析模型,针对包括供电可靠性提升、配网运行检修支撑、配网建设支撑等方面的辅助决策。一是研究分析对于供电可靠性的提升效益,包括通过遥控操作、馈线自动化动作所减少的倒闸操作时间、故障定位时间、故障隔离时间、非故障区域恢复等减少的停电时户和电量损失;二是配网运行检修支撑效益方面侧重评价计算遥控操作、馈线自动化动作所提升工作效率;面向供电企业计算分析配网运行管控带来的延缓设备投资、减少出车成本、提高售电量、降低损耗等带来的企业效益提升指标,以及通过自动化的对配网负载、配网工况等配网运行状态监测所带来的运维成本减低效益,以及面向配网经济运行方式效益方面的辅助支撑作用;三是在配网规划建设指引方面侧重评价分析,通过对统计时段内配网重过载、N-1、“卡脖子”、电压合格率等指标统计和成因分析,全面准确的发现配网运行薄弱环节,有针对性地开展配网规划建设,实现配网工程精准投资;线路、公变供电能力的分析与预警,科学适度开展本发明建设,减少业扩受限等成效等。
结合配电网网络、单元、运营管理数据,采用多维度关联分析、多元统计分析、时间序列模型等大数据分析方法,分析特征参量同应用成效之间内在联系的合理性,实现特征参量的多因素动态修正。分析应用成效标准值与实际之间的差异化原因,利用数据参量反映应用状态,提出配电运行状态管控决策应用分层演进的完善方案,形成配电网全量设备及***运行效率的准实时计算与监测,实现基于大数据对比分析的配电网规划、建设改造、运检分析及用户服务的全场景辅助决策。
本发明的设计与实施方式如下:
总体设计原则:
云计算是一种利用大规模低成本运算单元通过IP网络相连而组成的运算***,用以提供各种计算和存储服务。由于具有高性能、低成本、可平滑扩展等优势,云计算为IT技术发展提供了新的技术手段和业务模式,不仅是企业降低建设和维护成本的重要手段,更为企业技术、业务和管理创新带来了新的契机。
为了满足新业务的发展需求以及未来的业务建设规划,方案总体设计需要遵循以下原则:
1)可靠性及可用性
***的可靠性包括整体可靠性、数据可靠性和单一设备可靠性三个方面。云平台的分布式架构,从整体***上提高可靠性,降低***对单设备可靠性的要求。
***的可用性是通过冗余、高可用集群、应用与底层设备松耦合等特性来体现,从硬件设备冗余、链路冗余、应用容错等方面充分保证整体***的可用性。
2)安全性
遵循行业安全规范,设计安全防护保证客户数据中心安全。重点保障网络安全、主机安全、虚拟化安全、数据保护。
3)成熟性
从架构设计、软硬件选型和IT管理三个方面设计大数据平台解决方案,采用经过大规模商用实践检验的架构方案和软硬件产品选型,采用符合ITIL规范的IT管理方案,保障方案的成熟性。
4)先进性
合理利用云计算的技术先进性和理念先进性,突出云计算给客户带来的价值。采用虚拟化、资源动态部署等先进技术与模式,并与业务相结合,确保先进技术与模式应用的有效与适用。
5)可扩展性
支撑数据中心的资源需要根据业务应用工作负荷需求进行弹性伸缩,IT基础架构应与业务***松耦合,这样,在业务***进行容量扩展时,只需增加相应数量的IT硬件设备,即可实现***的灵活扩展。
6)开放性
采用业界主流的开源云平台框架OpenStack,充分融入行业生态,实现硬件、软件厂商无关性,最大限度的保证资源池建设投资。
平台总体架构:
配网大数据运维管控平台总体架构设计遵循面向业务需求的设计思路,基于模块化的设计方法,实现IT基础架构模块与业务模块松耦合,保证运维管控平台业务动态扩展和新业务快速上线。
使用特定规格产品设计,包括硬件、软件和应用规格化来提供简单可靠、易于部署和管理、便于扩展和升级的IT基础架构,提供更好的投资保护,满足新建、升级扩容,以及运维管控平台的可视化统一管控的需求,可实现被集成的场景。
运维管控平台总体架构如所示,主要由基础设施层、IaaS层、PaaS层、云管平台、业务应用组成:
1)基础设施层
服务器、存储、网络等物理基础设施,构成融合资源池的基础架构。
2)IaaS层
虚拟化层提供基础的计算、存储和网络虚拟化的能力。对计算、存储、网络等物理资源进行虚拟化,提供统一的计算、存储、网络资源池。云资源层同时提供本地的基础运维能力,包括对本地基础设施的告警、性能、拓扑和监控等。
基于资源池管理层提供的IT资源运营和运维能力,匹配业务场景,通过服务目录实现资源运营服务。
(1)通过VDC服务的形式进行资源的灵活分配,实现VDCaaS;
(2)VDC内部通过云主机服务、物理机服务、云磁盘服务、弹性IP服务提供自助资源发放,实现IaaS;
3)云管平台
云管平台统一管理云资源层提供的资源池,提供统一运营和运维管理,构建统一的融合资源池,实现资源共享。
管理层可以分为服务中心和运维中心两部分:
(1)服务中心主要提供数据中心服务管理,提供VDC服务、云主机服务、物理机服务、云磁盘服务、网络服务及应用部署服务。同时,服务中心还提供租户对VDC的自运维能力。
(2)运维中心提供对多数据中心的统一运维管理能力,包括资源管理、告警管理、拓扑管理、性能管理以及统计报表等。
4)PaaS层
为业务系应用提供所需各种***资源、快速进行应用部署和升级、统一开发和生产环境平台配置、统一平台监测和运维,提高应用管理、开发和团队沟通效率。
5)业务应用
提供配网大数据运维管控平台完整***功能,包括配网概览,配网故障,配网抢修,配网示范区,台区运行,线损精细化等模块。
***边界:
1)自建权限2.0***从国网统一权限平台每天同步组织架构、人员权限信息,作为配网大数据运维管控***权限管理使用。
2)调度自动化***、配网自动化***实时将遥测、遥信数据通过镜像同步方式传输至IDP平台。
3)PMS2.0将图形、台帐、低压用户档案信息、配网业务数据按需同步至配网大数据运维管控***。
4)用电信息采集***将干配变电流、电压、电量等数据以及高中低压用户电压、负荷等信息按需同步至配网大数据运维管控***。
5)IPD平台将电网遥测、遥信数据按需同步至配网大数据运维管控***。
6)故障管理***将断路器跳闸信息按需同步至配网大数据运维管控***。
7)气象***(包括雷电定位***)将温度、湿度、雷击信息、特殊气候等信息按需同步至配网大数据运维管控平台。
8)智能示范区***将三维模型、三维场景、巡检机器人监测数据、站内环境监测数据、智能台区数据按需同步至配网大数据运维管控平台。
数据处理设计:
(1)结构化数据接入
结构化数据接入主要将各类结构化数据从数据源导入MPP数据库,再从MPP数据库按需导入大数据平台以备计算、分析使用。主要包括增量数据接入、存量数据接入。
1)数据接入范围确定:基于配网大数据需求,梳理业务***数据,同时结合业务应用、大数据应用等需求确定配网大数据平台接入的结构化数据范围。
2)增量数据接入:采用数据接口的方式完成各业务***数据接入至配网大数据平台。
3)存量数据接入:开发接口程序或使用导入工具。
4)数据接口开发:基于数据接入技术方案设计,开展配网大数据平台侧的接口开发工作。
(2)非结构化数据接入
非结构化数据接入主要将各类非结构化数据从数据源导入大数据平台,以备计算、分析使用。主要包括增量数据接入、存量数据接入。
1)数据接入范围确定:基于配网大数据需求,梳理业务***数据,同时结合应用、大数据应用等需求确定配网大数据平台接入的非结构化数据范围。
2)存储模型设计:根据应用需求,设计非结构化数据存储模型。
3)增量数据接入:通过接口方式接入增量数据。
4)存量数据导入:拟采用文件导入导出的方式将各***非结构化数据接入大数据存储。
(3)实时数据接入
1)数据接入范围确定:结合配网大数据应用需求,梳理并确定增量实时数据接入范围。
2)数据接入技术方式:主配网实时运行数据通过接口实时接入到大数据存储;大数据应用消息数据通过消息队列到大数据平台。
(4)数据存储设计
1)大数据存储:全量结构化数据按源数据存储于MPP缓冲库。
2)大数据存储:存非结构化数据。
3)分布式内存:REDIS,分布式内存数据库。
(5)异常数据清洗
根据需求,需要对结构化数据异常数据进行清洗,并对筛选出的异常数据进行反馈。结合数据清洗需求及程序扩展性考虑采取以下两种方式。
(6)数据清洗
开发清洗程序在MPP缓冲库对贴源数据进行清洗,筛选出不符合规则的数据。清洗后的有效数据放到MPP缓冲库的清洗库,无效数据放到异常库。
清洗程序:以SQL语句方式对贴源数据进行抽取,对于业务规则复杂不适合直接使用SQL语句抽取的,开发过程进行抽取。
(7)异常数据分析
开发异常分析程序,定期对全量数据作跨***分析,筛选出异常数据,并存储到相应异常数据表,以备异常数据查询使用。