基于大数据的配电自动化系统应用研究

科技通报

Vol．35No．9Sep．2019

BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY

基于大数据的配电自动化系统应用研究

1

李黄常青，

杰

2

（1．重庆电力设计院有限责任公司，重庆401123）重庆401121；2．国网重庆市电力公司电力科学研究院，摘

要：随着大数据技术的不断发展，将大数据理论与配电自动化系统相融合是建设现代智能电网的重要需求。

本文首先介绍了大数据的概念，并对目前某地区配电自动化系统的现状进行了简要分析。从功能、网络、数据架构三方面对基于大数据的配电自动化系统的应用作了分析研究。最后，对本文研究系统的产生效益作了分析总结。结果表明，本文研究系统能够降低网损，减少运行人员现场操作和巡视工作的成本；有利于提高配电网集约化、精益化管理水平，提升企业综合效益；在提高地市公司的供电可靠性、提升供电服务质量、优化电力公司社会服务形象等方面都具有重大的实用推广价值。

关键词：大数据；配电自动化；数据分析；经济效益；社会效益中图分类号：TP29

文献标识码：A

文章编号：1001－7119（2019）09－0099－07

DOI：10.13774/j．cnki．kjtb．2019.09.019

ApplicationandＲesearchofDistributionAutomation

SystemBasedonLargeData

HuangChangqing1，LiJie2

（1．ChongqingElectricPowerDesignInstituteCO．LTD，Chongqing401121，China；2．StateGridChongqingElectronicＲesearchInstitute，Chongqing401123，China）

Abstract：Withthecontinuousdevelopmentoflargedatatechnology，theintegrationoflargedatatheoryanddistributionautomationsystemisanimportantrequirementfortheconstructionofmodernsmartgrid．Thispaperfirstintroducestheconceptoflargedata，andgivesabriefanalysisofthecurrentstatusofdistributionautomationsysteminaprovinceofChina．Fromthreeaspectsoffunction，networkanddataarchitecture，theapplicationofdistributionautomationsystembasedonlargedataisanalyzedandstudied．Finally，thebenefitofthisresearchsystemisanalyzedandsummarized．Theresultsshowthatthesystemcanreducenetworkloss，reducetheoperationpersonnelon-siteinspectionandoperationworkcost；improvethedistributionnetworkintensive，leanmanagementlevel，improvetheoverallefficiencyofenterprises；hasgreatpracticalvalueinimprovingthereliabilityofpowersupply，thecity’spowercompanytoenhancesocialserviceimageoptimizationthepowersupplyservicequality，etc．Keywords：largedata；distributionautomation；dataanalysis；economicbenefits；socialbenefits

随着用户对供电质量要求逐步提高，配近年来，

DA）渐渐被人们电自动化（distributionautomation，所关注

［1－3］

现有的配网自动化系统在功能上也相对简单，

实现最基本的SCADA，而且重点是监控那些已装有

。配电终端的配电线路/设备，在系统监控画面上也是

收稿日期：2018－10－19

作者简介：黄常青（1975－），高级工程师，学士学位，主要研究方向：电力系统及自动化。女，重庆市人，

E-mail：1371110931@qq．com。

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［7］

第35卷

只有这些线路的图形，而不反映没有安装配电终端

的线路。因此，每个配网自动化主站在图/模上实际

是不合适的。

上都是不完整的，因而也就没有基于全网拓扑的相关应用功能。

目前在各大电网公司的配调工作台上都安放有分属不同安全区两套系统的操作终端，即配网自动化系统（属安全一区）操作终端和生产管理系统GPMS（属安全三区）的操作终端。由于配网自动化主站系统的监控图形不完整和功能不全，所以调度员对它的依赖性不大，而使用较多的是GPMS系统

［4－6］

随着智能配电网中电气设备的更新换代，此外，

电网数据信息越来越复杂化、多元化，将大数据与配电自动化系统相结合便是一个重要的开拓领域。本文对基于大数据的配电自动化系统的应用进行了详尽的分析研究，依次在功能、网络、数据架构三方面作了开发研究，并总结了此系统产生的经济、管理、社会效益。

1大数据技术

它是大数据技术在最近几年受到了广泛关注，

。只是在需要了解部分线路/设备实时运行

工况时才会使用配网主站系统。这样的应用模式在

现阶段还可以应对，但是，随着配网应用的深入，尤其是今后配网调度规模扩大，对大量数据的实时挖掘处理能力的要求提高，继续维持这种应用模式，无论在功能的满足上，还是在系统的安全性上都显然

指对大量的复杂数据进行抓包分析，并用快速、高

效、精准的方法提取分析其中的有用信息的一种技术方法

［7－9］

。该技术最早用于金融、物流、互联网等

领域，随着信息技术的高速发展，大数据技术便开始

图1Fig．1

系统逻辑结构图

Systemlogicstructurediagram

第9期黄常青等．基于大数据的配电自动化系统应用研究101

延伸到电力能源方面。

2配电自动化系统现状分析

3建立在大数据技术基础上的配电自动化系统研究

3.1

功能架构

目前，电网公司配电自动化系统大多采用的是南瑞科技OPEN－3200主站系统，应用HP6600前置

HP8640SCADA服务器2台，采集服务器2台，

HP6600WEB服务器2台，HP6600配网高级应用（DPAS）服务器2台，HP6600通信接口服务器1台。相比于以前的系统来说，配电自动化主站系统的主要功能包括运行自动化、区域一体化、信息交互等。图1所示即为该系统的逻辑结构图

［10－13］

建立于大数据基础上的配电自动化系统功能架

构主要由以下7个子系统组成：SCADA系统、电能95598系统、质量监测系统、供电可靠性系统、用电信息采集平台、配电GIS平台、地市综合数据库

［15－17］

。功能构架如图2所示。

。

对于目前电网中使用最多的配电自动化系统而

［14］

言，最为常见的问题如下：（1）网络架构基本趋于成熟，但是缺少各配套系统的交互，信息化程度有待提高，大部分配电线路

其中，对于基于地理信息平台的生产管理系统

（GPMS），目前普遍使用的是由福建亿力吉奥公司在自主产权GIS为平台上开发的，其1.0版本已经在各电网公司完成实用化推广。

GPMS系统不仅仅实现了GIS平台和配网生产管理流程的结合，还包含相当完善的配网建模。但GPMS也有一定的缺陷，那就是在配网自动化主站DMS1000系统的各分局之间还不能互联。依然是各自使用和维护自己的图形和拓扑；建立在大数据技术基础上的配网自动化系统之所以能够完成SCADA功能，主要是因为其具有独创的图模，而且还实现了GPMS系统的实时数据传输。

营销客服中心的主要系统是95598呼叫中心系

“盲调”设备仍处于状态。

（2）各系统间的信息流动过于闭塞，在数据挖据分析方面比较欠缺。

（3）目前配电自动化技术的实用推广仍处于初步阶段。网络结构较为复杂的城市核心区尚未连成整片，尚未形成规模性效应，对配电自动化系统的高级应用支撑力度不够。

图2

Fig．2

系统功能架构

Systemfunctionalarchitecture

102科技通报第35卷

统，这个系统是用电客户和其它相关系统的主要沟通渠道，不仅可以实现将用电客户的信息传递给其存储功能，主要是将各种状态量的电气信息存放在

一个特定模块中，并且此部分具有事件记录的功能，当系统发生各种不安全事故时，该模块便会启动，将相关事件记录下来。

（3）操作与控制

操作和控制是指相关的系统能够实现远程控制的作用，当系统发生各种类型的事故时，该模块就能远程操作，实现远程控制。

（4）网络拓扑着色

拓扑着色是指系统能够根据网络的状态，自动分析电源侧、负荷侧的动作，并能够在一个显示屏幕上用不同的颜色将它们标记出来。

（5）配电线路故障自动化处理

当配电网发生故障停电时，系统可以通过此模块将主网与故障去分离开来，不受故障区域所带来的影响。

3.2网络架构

建立基于大数据技术基础上的配电自动化系统的主要功能是统计相关数据，并进行多维度查询，最终实现为业务管理者建议决策依据，其部分功能都已涵盖在配电GIS功能规划中，平台所依赖的完整

它系统，更可以将系统的实时动态带给用户，实现双

面互通。目前的95598呼叫中心还停留在语音服务为主，往往是在接到客户故障报修后，通过向后台生产部门咨询，方才知道故障情况、停电区域等信息，使得应对客户的咨询极为被动。配电自动化系统与现行的大数据技术融合，可以实现其和配网自动化、营销自动化等系统的有机统一，因此极大提高了工作质量和服务水平。95598呼叫中心系统不但能够正确反映客户的服务需求，还能实现配网故障报警的准实时信息源发送，是提升95598服务质量的重要技术支撑平台。

在实现配电自动化与大数据技术结合至今，主要功能如下：

（1）数据采集

新结合系统的实时数据主要包括10kV配网实时信息和变电站实时信息两个部分。将下设变电站

的各种终端电气信息上传到主站汇总。

（2）数据存储处理及事件记录

数据存储和处理是指里面的相关模块具有数据

图3Fig．3

系统网络架构

Systemnetworkarchitecture

第9期黄常青等．基于大数据的配电自动化系统应用研究103

的电网模型都在配电GIS中建立，不需要进行电网模型编辑，可完全采用国网公司要求的J2EE技术

架构，系统网络架构如图3所示。

电力网络分Ⅰ区、Ⅱ区控制大区和Ⅲ区、Ⅳ区管理大区两大网络区域，这两大网络必须是物理隔离。

［18］

有以下几点需要重点说明：

（1）负控系统为专网，和营销系统以建立连接，实际情况是部署在Ⅲ区，以后的网络架构规划中，不再有负控系统，负控终端直接接入电能量采集平台；

（2）在实现配电GIS系统和SCADA系统的模型融合后，不仅SCADA系统可以根据模型的相互对应关系提供正确的信息给配电GIS系统，而且反过来，配电GIS系统也可以提供完整的配电网模型和异动同步更新给SCADA系统，实现两者的相互供给；

（3）电能量数据采集平台汇总了全局与电能量相关的数据，采集平台的数据库和配电GIS数据库部署在同一个SAN光存储网络区域，为配电GIS高

效统计分析奠定了硬件网络基础保障。

（4）保留原95598呼叫系统客户电话受理和派工功能，并希望对其进行功能需求的完善。3.3数据架构

建立在大数据技术基础上的配电自动化系统的主要数据模型由以下5个子模型构成：基本数据层、数据预处理层、数据存储分析、数据挖掘分析、业务应用等。系统数据架构如图4所示。

数据层包括用电信息采集数据、电网网架数据、电网运行数据、配电GIS数据等，主要为上层的数据分析打基础，提供数据来源。

数据去重、数据转换、数据合并、插值拟合是数据预处理层的主要组成部分，主要是对处于较低层次的国家电网用电大数据进行分析预处理，实现合并、转换、去重的目的。

数据存储分析层包括关系型数据库、云平台集中中心、分布式文件库，主要进行大数据的存放，有大数据的处理有一个支撑作用。

图4Fig．4

系统数据架构

Systemdataarchitecture

104科技通报第35卷

数据挖掘分析包括聚类分析、线性回归、分类分析、相关性分析，对大数据信息加工处理，并挖掘其

潜在的实用性数据。

业务应用包括台区运行情况、电网运行情况、关联性分析、电网薄弱环节挖掘，作为数据架构的终端应用，可以对配网系统的基础数据进行理论分析、搜索。

4

效益分析

4.1

经济效益

本文主系统的经济效益主要是因为供电可靠性大幅提高、线路的网损大大降低、设备使用寿命大幅度延长等，从而带来的一系列经济效应。

（1）供电可靠性大幅提高

通过本系统的自动化改造，不仅在电力系统供电可靠性方面大大增强，而且在供给的电能质量方面也不断完善。由此不仅使供电企业成为最大直接受益者，而且对改善电力交易市场的大环境十分有用。

（2）线路的网损大大降低

为了有效降低配电网中的电能损耗，可以通过对供电范围进行缩小、对区域内网络结构进行优化、将高耗变换为低耗变、对线路进行合理安排等。可以自动计算配网系统的理论线损，加之信息交换总线与用户集抄、需求侧管理、营销等系统之间进行信息互通，从而能够筛选出输电线路损耗过高的线路，并且对其原因进行快速分析，最后采用相应的措施对输电线路进行优化。

（3）系统运行巡视人工成本的降低在大数据技术应用到配网中后，不仅可以实现对配电网进行在线监控，还能对设备的运行情况进行准确仔细的了解，如果需要对运行方式或相互调度进行改变，可直接通过遥控操作进行控制，不仅工作效率大大提高，运行成本也大幅度降低。4.2

管理效益

管理目标可通过明确管理效益得到实现，建设在大数据技术基础上的配电自动化系统，可实现电网一体化调度各省甚至各地市供电公司，这样做可以对电网的管理水平进行大幅提高，也将提高电网公司的整体实力。

（1）有效提升配网管控能力

在大数据技术的基础上，通过不断实现对配网系统的调度、实时运行情况的监视、检修操作等相关

电力业务信息的统筹，身处运行情况第一线的调度人员对处理电网突发事件、调整电网运行方式，可以进行更加快速高效的操作，这可以缩短事故处理时间、降低事故损失、提高电网的整体能力。

（2）有利于配网系统管理精确化

通过实现自动化的配电系统，可实现电网调控、运行、检修和营销各个环节的通力合作，对建立坚强智能电网迈出重要一步，可使系统的抗干扰能力大幅提高，大幅减少了值班人员的工作量，同时提高工作效率，提高电网整体水平。4.3

社会效益

建设于大数据技术基础上的配电自动化系统不仅可以提高电网系统内部各省甚至各地市供电公司的一致性供电，而且对坚强智能电网的建设至关重要。对实现智能电网2.0甚至3.0都有极大的促进作用，也可以不断晚上用户的用电便捷性，让电网更好的为人民服务。将为用户日常用电需求、社会用电需求带来更加可靠的保障，推动社会的发展。

（1）增强系统应急反应，完善电能质量目前，各级供电公司最关心的是如何减少电网运行中突发事件的产生，如果产生如何快速解决，尽量将对人民生活和社会生产的影响降到最小。特别是在社会高速发展的现在，时间决定效益，减少停电就显得更加重要，这对电网公司在人民心中的形象也至关重要，如何解决这些问题成了电网公司的当务之急。

（2）为经济建设保驾护航

电力行业作为国家的支柱性行业，对一个地区的经济发展尤其重要，衡量每个地区的将激发展水平，从用电量可以看出大概，因此供电的好坏将直接影响一个地区的未来，供电公司必须提高良好高效的电能为本地区的经济建设保驾护航。

（3）提高系统内的技术水平

配电自动化在传统电力系统的运行技术上又加入了大数据信息分析挖掘、现代电子、计算机技术、通信技术等，是一个多元化技术集成的系统。将近年来新兴起的高新技术与传统的配电网相结合，对一些传统技术难题的解决至关重要。

（4）实现系统及时监测及预防突发事故建立于大数据技术基础上的配电自动化系统投入运行后，可以对系统内部的各个子系统进行实时监测，对突发事件的预防作用明显，可有效减少停电次数，从而对设备进行很好的保护。

第9期黄常青等．基于大数据的配电自动化系统应用研究105

J］．中国电机工程学报，2015，35力大数据关键技术［

5结论

（03）：503－511．

［8］王德文，孙志伟．电力用户侧大数据分析与并行负荷

．中国电机工程学报，2015，35（03）：527预测［J］－537．

［9］刘道新，胡航海，张健，等．大数据全生命周期中关键

．中国电机工程学报，2015，35问题研究及应用［J］（01）：23－28．

［10］蔺丽华，J］．刘健．配电自动化系统的混合通信方案［

2001，（23）：52－54．电力系统自动化，

［11］徐瑞丽，尹飞凰，孙银生．光通信网络在电力配电自

J］．激光杂志，2015，36动化系统中的设计思路构架［（02）：93－95．

［12］李鹏，李伟，钱一民，郭桂同．配电自动化系统通用测

J］．湖北电力，2015，39（04）：9－12．试用例研究［

［13］刘道兵，顾雪平．基于配电自动化系统的单相接地故

J］．电力系统自动化，2010，34（05）：77－80．障定位［

［14］邓景松，何奕枫，肖培根，等．配电自动化系统与配电

地理信息系统之间的应用集成服务接口的研究与应J］．自动化与仪器仪表，2016，（04）：182－185．用［

［15］张波，赵江河，林涛，等．配电自动化系统标准体系研

J］．供用电，2014，（05）：26－29+4．究与建立［

［16］苏浩益，贺伟明，吴小勇，等．基于云理论的配电自动

．广东电力，化系统可靠性成本效益分析模型［J］2014，27（08）：102－108．

［17］顾建炜，张铁峰，韩书娟．基于IEC61850国际标准的

．电力科学与工程，配电自动化系统应用研究［J］2012，28（01）：30－36．

［18］程红丽，唐开成，刘健．配电自动化条件下配电系统

J］．高电压技术，2007，（07）：166－供电可靠性评估［172+185．

从功能、网络、数据架构三方面对基于大数据的

配电自动化系统的应用作了分析研究。最后，对本

文研究系统的综合效益作了分析总结。结果表明，本文研究系统能够降低网损，减少运行人员现场操作和巡视工作的成本；从而使配电网系统的管理水平更加集约化、精益化；同时对于增强同一区域内各省甚至各个地市供电公司的一体化至关重要，提高供电的可靠性，增强电网公司的服务意识。参考文献：

［1］刘健，林涛，赵江河，等．面向供电可靠性的配电自动

J］．电力系统保护与控制，2014，42化系统规划研究［（11）：52－60．

［2］刘健，程红丽，张志华．配电自动化系统中配电终端

．电力系统自动化，2013，37（12）：配置数量规划［J］44－50．

［3］朱正谊，徐丙垠，韩国政，等．IEC61850应用于配电

J］．电力系统自动化，2015，自动化系统的配置方法［39（21）：144－150．

［4］崔立忠，张瑞雪，刘涛，等．复杂配电自动化系统可靠

J］．电力系统自动化，2017，性计算及设备布局规划［41（20）：84－91．

［5］杨玺，刘霁．配电自动化系统中配电管理的问题及解

（11）：267J/OL］．中国高新技术企业，2017，决策略［

－268（2017－06－29）．

［6］张东霞，苗新，刘丽平，等．智能电网大数据技术发展

J］．中国电机工程学报，2015，35（01）：2－12．研究［

［7］彭小圣，邓迪元，程时杰，等．面向智能电网应用的电

（上接第98页）

［7］郑顾平，王秋萍．基于负载预测的虚拟机资源优化分

．科学技术与工程，2016，16（23）：223配方案［J］－228．

［8］李丹程，王晓晨，宋晓雪，等．基于OpenStack的资源

．计算机应用研究，2014，31负载预测方法研究［J］（7）：2178－2182．

ＲAN架构下资源负载预［9］龙恳，胡渝纺．一种基于C-J］．科学技术与工程，2014，14（33）：62－66．测方法［

［10］ＲahnamayanS，TizhooshHＲ，SalamaMMA．

Opposition－baseddifferentialevolution［J］．IEEETransactionsonEvolutionarycomputation，2008，12（1）：64－79．