基于大数据的配网运行监测研究马强

基于大数据的配网运行监测研究马强

马强1张学福2宋兵涛3

1博州盛源电力有限责任公司,新疆833400

2国网博尔塔拉供电公司,新疆833400

3国网博尔塔拉供电公司,新疆833400

摘要：配网是供电企业进行电能供应的最末端,供电质量直接影响到用户的生产生活。利用先进的信息化技术保证配电网运行的安全性、经济性,提高供电服务质量、同时依据实际情况对配网进行长期合理的规划便显得尤为重要。目前配网电能质量监测采取的方式是抽样监测,存在样本失真问题;配网运行监测缺乏在线数据支撑,10kV线路和台区公变等配网设备存在的重过载卡口、轻空载低效、功率因数低、三相负载不平衡、重复停电等异动未及时监测;配网资产运行效率未得到重视,配网建设与改造决策缺乏在线明细数据支撑。

关键词：大数据；配网运行；监测

1大数据技术在配电网中的应用意义

电网运行安全可靠性至关重要,同时需要有足够的提供优质电能的能力,配电网整体运行管理高效经济,且有足够消纳分布式能源的能力,这些是配电网发展的趋势所在。电网运行的各方面相互独立却又互相矛盾,比如运行可靠性和经济性,需在运行经济性和运行可靠性之间寻找一个平衡点以保证配电网安全经济运行。所以,从电网角度,为达到安全、可靠、经济、绿色等方面运行性能最佳,各方面因素都需要有自身独立的决策方案,这些方案的提出依赖于数据的支撑;同时,为了保证电网整体效益最大化,各决策方案还需要有机的结合,这也需要大量的数据支撑,通过数据指导网络运行管理中的焦点,在各个性能方面追求平衡;甚至,可以根据电网运行的不同阶段或时期,动态调整电网运行管理目标。

同时,随着电网的发展以及电力市场的开放,潮流的双向流动使得更多的负荷参与到电网的运行、管理和结算中来。负荷不再是传统能源消耗者和接受者,更多的负荷同时扮演着能源提供者角色,这些改变对电网自身的运行和管理造成巨大影响,处理不当会严重威胁电网安全稳定运行,在电力市场背景下会影响电网效益或用户收益。但是,用户角色改变的方式、程度和交互性可以通过对用户电能数据分析清晰看到,分析结果也可能作用于用户刺激着用户根据自身用能需求调整用电模式或者配合电网调整潮流,从而改善用电效率,实现自身用能成本最小化和供电收益最大化。所以,通过海量数据拉近负荷和电网之间的距离,使得两者共同参与到智能电网的建设中来,实现各自利益最大化的双赢局面。

2配网运行监测技术实现方法

2.1数据共享融合技术方案

基于“量价费损”在线监测的配网运行监测是基于电力营销、调度等领域的海量大数据进行挖掘分析的监测类应用,其核心是采用“大数据”处理技术,打造稳定、安全的长链条数据集成通道,收集用电信息采集系统、营销业务应用系统、TMR系统等业务系统的明细数据和档案数据,分别接入海量数据平台和结构化数据平台进行存储,利用海量数据平台的列存储特性、大数据压缩的能力,存储时标数据历史明细;在存储层上搭建并行处理架构,部署计算服务,建立流式计算机制,将所有基于时标数据的计算(包括96点及日频度数据计算)全部置于计算服务上执行,服务程序通过海量平台的JUAPI标准化接口批量读取明细数据,多线程并行计算后再将结果批量写入到结构化平台的数据库中,解决了海量大数据高速计算问题;通过二次计算、数据验证等技术手段,提升计算结果的准确性。此外,以SG-CIM共享数据模型为基础进行扩展,建立了统一的数据接入标准,保障了数据在传输、存储、计算、展现各环节的一致性。

2.2平台工具集成(SPSS,TABLEAU)

数据装配问题:代码与名称匹配问题,数据组合问题。原有系统生成的数据结果与工具所要求的数据结构不一定匹配,需要原系统进行数据转换、数据传输等步骤。需要数据库维护人员完成;如需自动化连接,需要视具体要求做接口开发。数据分组:同比、环比分析需要额外对数据进行组装。数据分拣:指定合适数据范围才能得到有效结果。

3配网运行监测功能

3.1业务功能架构

基于智能电表采集的实时数据以及设备档案信息,配网运行监测功能结构如图4所示。

3.2安全性监测(设备运行安全)

3.2.1台区容载比监测

监测台区公变容载比,统计公变负荷在重载、过载、轻载、空载不同运行区间的分布情况及运行时长,综合投运时间等因素,监测重过载卡口异动及设备长期空载低效问题。

3.2.2台区负载率监测

计算台区公变三相电流负载率,分别统计三相电流在重载、过载、轻载、空载不同运行区间的分布情况及运行时长,监测台区单相重过载及空载异动,提供台区负荷调整依据。

3.2.3线路负载率监测

计算线路三相电流负载率,分别统计三相电流在重载、过载、轻载、空载不同运行区间的分布情况及运行时长,监测线路单相重过载及空载异动,优化供电方式。

3.3经济性监测(资产效率)

3.3.1功率因数监测

根据采集系统中的有功电量、无功电量,计算台区/专变用户日、周、月、年的功率因数,统计功率因数的运行区段,监测功率因数异动提供给业务部门,制定整改措施,减少线路损耗,提高变压器的出力,提升供电质量。

3.3.2三相负载不平衡监测

计算台区公变三相电流不平衡率,设定不平衡率阈值,监测三相负载不平衡异动,采取调整措施,减少零序电流,降低线损。

4配网运行监测应用成效

4.1实现电压质量的全量监测

配电网的台区是面向千家万户的重要供电服务关口,由于生产与营销专业条块化管理,台区采集数据未得到有效利用。目前,电压质量采取抽样方式进行监测,结果不能全面真实反映供电电压质量情况;利用台区总表采集的三相电压数据,可以实现采集覆盖范围内台区供电电压的全量监测,及时发现低电压和过电压台区,为配网供电方式优化提供的数据服务。

4.2监测视角从安全监测拓展到资产效率监测

以往负载率管理,只关注了线路的负载率,而且只从安全运行角度,对重载、过载的线路进行了监测,也就是只考虑了线路的安全性;现在将管理的范围扩展到了台区,且对线路、台区的重载、过载、轻载、空载都进行了监测既考虑到安全性,又兼顾到了配网资产的运营效率。为配网改造投入产出分析提供了精准的数据服务。

4.3监测精细度从设备整体容量监测细化到单相电流监测

以往重过载管理,只关注了设备的容载比,关注台区公变供电卡口问题,未对变压器每相电流进行监测。而单相电流过载时,变压器容载比并不一定过载。容载比过载需进行变压器更换,而单相电流过载只需进行负荷调整即可解决,二者的处理方式是完全不同的。将配网重过载细化到每相电流,使问题定位更准确,配网管理更精细。

4.4实现重复停电监测,填补台区供电可靠性管理空白

利用营销采集的台区总表掉电、复电信息、采集中断以及恢复后表码连续性特征,分析台区停电,统计重复停电次数及时长,实现重复停电监测,填补生产对台区供电可靠性在线监测管理空白。

4.5监测视角拓展到安全、经济、优质的在线综合监测

以往配网运行管理,重点关注线路的负载率,只对重载、过载的线路进行监测。现在将管理的范围扩展到了台区,且对线路、台区轻载、空载都进行了监测,并开展配网功率因数监测、三相负载不平衡监测、低电压台区监测、重复停电监测,从以往月频度管理提升到日频度乃至在线监测,既考虑安全性、经济性,也考虑供电服务品质,延伸了管理范围,监测视角更全面,使问题定位更准确,提升了配网在线监测能力。

结论

电力企业提升核心竞争力,应主动拥抱电网大数据,形成一种数据思维。基于这种新的数据思维方式在对大数据全量监测理论深入剖析的基础上,以配网运行监测为典型应用场景进行了探索实践,提出配网运行全量、在线监测方法,研究了配网运行监测实现技术,构建了配网运行监测功能架构及综合关联分析模型,提供了配网运行监测以及配网改造评价的新思路。

参考文献

[1]张曦,刘友波,吕林,等.计及高压配电网负荷转供的城市220kV片区电网供电能力分析[J].电网技术,2017,41(5):1612-1618.

[2]马钊,梁惠施,苏剑.主动配电系统规划和运行中的重要问题[J].电网技术,2015,39(6):1499-1503.M