陸繼釗 羅 濱 楊宏宇 鞏 銳 劉 涌

（1.國網(wǎng)河南省電力公司信息通信公司，河南駐馬店463000；2.上海博英信息科技有限公司，上海200240）

0 引言

目前的配網(wǎng)自動化、負荷控制系統(tǒng)，通信的安全性、穩(wěn)定性和實時性尚無法得到可靠保證，不能構(gòu)成相對完善的解決方案，亟需明確配網(wǎng)通信的建設(shè)戰(zhàn)略，統(tǒng)一性能標準。配用電通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)布局應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)適當、先進實用、因地制宜的準則。由于配用電網(wǎng)絡(luò)范圍廣、環(huán)境復(fù)雜，建設(shè)的同時要考慮運行維護、管理手段及相關(guān)機制的建立，提前制定技術(shù)標準和相應(yīng)制度，同時建設(shè)環(huán)境、資源、狀態(tài)的統(tǒng)一管控，為運維提供先進技術(shù)手段。

本文就是在這樣的大背景下，提出一種適應(yīng)現(xiàn)代化需求的電力企業(yè)多維度配用電通信組網(wǎng)方法，將不同區(qū)域的電網(wǎng)通信方式集中起來，進行配用電通信一體化系統(tǒng)的組網(wǎng)，最終搭建傳輸通道，將多源設(shè)備的遙信、遙測等多種狀態(tài)信息進行雙向的傳輸。

1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

1.1 時間序列法

時間序列分析是指基于系統(tǒng)觀測得到的時間序列數(shù)據(jù)，通過參數(shù)估計和曲線擬合來建立數(shù)學模型的方法和理論。其常用方法有參數(shù)估計法和曲線擬合法等（如非線性最小二乘法）。

（1）抽樣：時間序列動態(tài)數(shù)據(jù)是通過觀測、抽樣、調(diào)查、統(tǒng)計等方法得到的。

（2）作圖：依照所獲動態(tài)數(shù)據(jù)作出相關(guān)圖，進行有關(guān)剖析，求出自相關(guān)函數(shù)關(guān)系。相關(guān)圖可直觀體現(xiàn)周期和趨勢的變動，迅速發(fā)現(xiàn)拐點和跳點。拐點指時間序列從上升走勢驟變?yōu)橄陆底邉莸狞c，如有拐點存在，則要求用不同的數(shù)學模型對建模過程中的時間序列進行分段擬合。跳點則指與其他數(shù)據(jù)不一致的觀測值，若該值正確，在建模時應(yīng)予以考慮；若該值異常，需把跳點調(diào)整為期望值。

（3）擬合：甄別適當?shù)碾S機模型，并采用曲線擬合，即以通用隨機模型來擬合時間序列的觀測數(shù)據(jù)。

時間序列是一種特殊的隨機過程，當X（t）中的t取非負整數(shù)時，便可表示各個時刻，從而看作時間序列（time series）。當一個隨機過程可以看作時間序列時，便能以現(xiàn)有的時間序列模型對該隨機過程進行建模并解析其特性。

1.2 熵值法

在信息論中，熵是針對不確定性的一種量度。信息量越大，則不確定性越小，隨之熵越小；反之，信息量越小，其不確定性越大，熵便越大。按照熵的特點，便能通過計算熵值來判別某個事件的隨機性及無序程度，也可利用熵值來判斷一個指標的離散程度，離散程度越大，該指標對綜合評估的影響也就越大。

因此，可依據(jù)各指標的變化程度，運用信息熵算法，計算出每項指標的權(quán)重，為多指標綜合評估提供相關(guān)依據(jù)。

2 規(guī)劃預(yù)測及隱患分析

數(shù)據(jù)挖掘在國內(nèi)配電通信組網(wǎng)領(lǐng)域?qū)儆谛屡d的前沿技術(shù)，對從業(yè)人員的技術(shù)要求相對較高。由于現(xiàn)階段知識和技術(shù)層面的不足，國家電網(wǎng)幾乎沒有關(guān)于此方向的項目實施。本節(jié)基于兩種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在此方向的應(yīng)用，初步探討數(shù)據(jù)挖掘的建模過程。

（1）收集實施地區(qū)未來三年的配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)，對建設(shè)地理位置、數(shù)據(jù)吞吐量等通過時間序列法進行建模分析，預(yù)測未來如用戶數(shù)量、終端設(shè)備、電網(wǎng)負荷等數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢。

（2）收集實施地區(qū)近三年的網(wǎng)絡(luò)運行情況等，通過熵值法建立數(shù)據(jù)挖掘模型，對故障數(shù)量、故障設(shè)備、故障率等指標進行分析挖掘，發(fā)現(xiàn)故障率較高的設(shè)備及施工方式等。具體實施步驟如下：

1）選取該地區(qū)配電網(wǎng)n個運行異常、m個相關(guān)指標，則Xij為第i個異常的第j個指標的數(shù)值（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）。

2）指標的標準化處理：異質(zhì)指標同質(zhì)化。因為每項指標的計量單位有所差異，須對其進行標準化處理，然后才可用它們計算綜合指標。即把指標的絕對值換算為其相對值，以解決不同值的同質(zhì)化問題。由于正向指標和負向指標數(shù)值代表的含義有差異（正向指標數(shù)值越高越好，負向指標數(shù)值越低越好），通過不同的算法對高低指標進行數(shù)據(jù)處理。

3）計算第i個異常在第j項指標下的比重。

4）計算第j項指標的熵值。

5）計算第j項指標的差異系數(shù)。對第j項指標，其指標值差異越大，熵值便越小，對方案評估的影響越大。

6）求權(quán)值。

7）計算各項異常的綜合得分。

3 多維度分布式組網(wǎng)

根據(jù)分析挖掘結(jié)果，結(jié)合各通信技術(shù)優(yōu)缺點及不同地區(qū)的配用電自動化系統(tǒng)建設(shè)情況，考慮配用電業(yè)務(wù)需求、負荷密度、供電特點等，采取分布式組網(wǎng)方式，選取適宜的技術(shù)方案，并為將來的升級預(yù)留空間。

（1）在配用電業(yè)務(wù)方面，遵循以下方法：

1）就配電自動化業(yè)務(wù)而言，若只需滿足兩遙，可供選擇的技術(shù)較多，包括光纖、無線專網(wǎng)、無線公網(wǎng)、PLC等。但需要實現(xiàn)遙控，則以光纖和無線專網(wǎng)為宜，僅當對遙控的實時性和安全性要求不高時，才可以考慮無線公網(wǎng)、北斗等通信方式。

2）就用電信息采集業(yè)務(wù)而言，低壓電量采集可以采用PLC技術(shù)，集中器到后臺主站之間的通信選擇光纖、無線等方式。

3）就電能質(zhì)量監(jiān)測業(yè)務(wù)而言，可參考兩遙的業(yè)務(wù)需求，采用光纖、無線、PLC等技術(shù)。

4）就遙視業(yè)務(wù)而言（某些需要視頻監(jiān)控的系統(tǒng)），由于其對帶寬有一定要求，宜采用光纖、3G/4G等技術(shù)。

5）由于北斗具備精確授時和短報文通信功能，在配網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點均配置北斗通信裝置，實現(xiàn)對二次測控設(shè)備的同步對時和事件上報功能。

（2）在供電區(qū)域方面，遵循以下方法：

1）在企業(yè)集中、人口居住密集的地域（城市），早已形成相對完善的城市配用電網(wǎng)絡(luò)，實施以光纖通信為主的配用電通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并依據(jù)地域特點，選擇光MODEM技術(shù)、EPON或工業(yè)以太網(wǎng)交換機。

2）郊區(qū)、城鎮(zhèn)、山區(qū)、廠礦不適合采用光纖通信技術(shù)，考慮到經(jīng)濟性，應(yīng)因地制宜地選擇最優(yōu)通信方式，如無線專網(wǎng)、北斗、PSTN等，或租用無線公網(wǎng)。

3）對于版圖遼闊的平原地域，通信應(yīng)利用無線公網(wǎng)的形式來實現(xiàn)，同期考慮無線專網(wǎng)建設(shè)。對于不能覆蓋無線信號的山區(qū)，如小水電、廠礦企業(yè)等，因其分布相對分散，所以應(yīng)優(yōu)先考慮租用無線公網(wǎng)，也可考慮北斗、PSTN等其他方式。

4）對于缺乏光纖但被電話線路所覆蓋的區(qū)域，主站和采集終端的通信可以PSTN的形式實現(xiàn)。PSTN單純作為一種補充方式，應(yīng)逐步過渡到無線公網(wǎng)和無線專網(wǎng)等方式。

此外，由于光纖通信具有傳輸容量大、可靠性及安全性高等優(yōu)勢，在條件容許的情況下應(yīng)優(yōu)先采用；而無線專網(wǎng)無需有線介質(zhì)，且組網(wǎng)靈活，其傳輸速率也能滿足需求，因此適合光纜架設(shè)困難、變更頻繁且網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造復(fù)雜、老舊線路多的地區(qū)，但存在需申請使用頻段、實際應(yīng)用經(jīng)驗少等問題，且在城區(qū)基站選址建設(shè)有一定困難，終端設(shè)備的安裝方式也會受到些許影響；中壓電力線載波技術(shù)施工方便，節(jié)省介質(zhì)投資，但其使用效果較差，架空線路安裝很有難度，運行維護工作量大，網(wǎng)管能力較低，作為專網(wǎng)通信方式之一，在不便采用光纖時，可以作為補充。

配用電通信網(wǎng)情況復(fù)雜，僅采用一種或兩種通信方式無法滿足需求，但同一地區(qū)若采取過多的通信方式，首先會增加變電站端的主設(shè)備類型和數(shù)量，其次還需建設(shè)多種設(shè)備類型的網(wǎng)管系統(tǒng)。設(shè)備種類增多將導(dǎo)致同類設(shè)備數(shù)量減少，設(shè)備招標時單價將提高，對于運行維護人員的工作量和技術(shù)水平也會提出更高的要求。綜上所述，為滿足使用要求，同一區(qū)域內(nèi)應(yīng)采用相對統(tǒng)一的通信方式，以取得更好的運行效果和技術(shù)經(jīng)濟效益。

綜合考慮各種通信方式的優(yōu)缺點及其建設(shè)成本，各終端通信接入方式在電力線載波（中壓PLC）、無線公網(wǎng)（WiFi、3G/4G）和光纖（EPON）等三種方式中選擇。采用電力線載波方式時，電纜線路優(yōu)先選擇卡接式電感耦合方式，架空線路優(yōu)先選擇相-相電容耦合方式，載波機優(yōu)先選擇一對多的系統(tǒng)。

使用WiFi、3G/4G無線公網(wǎng)通信方式時，公司與運營商側(cè)采用高可靠的APN通道互聯(lián)，在公司配置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)、授權(quán)與記賬系統(tǒng)，實現(xiàn)終端接入認證。

選用EPON設(shè)備組網(wǎng)時，采用光路全保護冗余方式建設(shè)，任意一個終端設(shè)備出現(xiàn)故障都不影響其他終端設(shè)備，雙PON（Passive Optical Network，無源光纖網(wǎng)絡(luò)）口的ONU（Optical Network Unit，光節(jié)點）設(shè)備，ODN（Optical Distribution Node，光配線網(wǎng)）結(jié)構(gòu)設(shè)計基于環(huán)形和總線結(jié)構(gòu)，分光級數(shù)不超過6級。

采用多種通信方式時要確保方式的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一接口規(guī)范和統(tǒng)一管理，所采用的通信設(shè)備/終端應(yīng)支持以太網(wǎng)和標準串行通信接口[1]。

組網(wǎng)方式圖如圖1所示。

圖1 組網(wǎng)方式圖[2]

4 結(jié)語

以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進行輔助，因地制宜，根據(jù)不同地域通信條件及建設(shè)現(xiàn)狀等，通過合理的通信技術(shù)設(shè)計，進行多維度的分布式配網(wǎng)通信建設(shè)，將比較分散的各區(qū)域不同通信方式集中起來管理，可為打造堅強電網(wǎng)提供重要支撐。

[1]陳良，薛保星，黃傳金.鄭州高新區(qū)配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2012，34（16）：87-90.

[2]《中國電力百科全書》編輯委員會，《中國電力百科全書》編輯部.中國電力百科全書：電力系統(tǒng)卷[M].3版.北京：中國電力出版社，2014.