朱 駿

（重慶文理學(xué)院，重慶 402160）

0 引 言

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運(yùn)維基于人工經(jīng)驗(yàn)和固定規(guī)則實(shí)現(xiàn)，難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求和復(fù)雜多變的運(yùn)行環(huán)境[1]。配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和人工智能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、性能優(yōu)化，有效提升配電網(wǎng)的安全系數(shù)，因此智能化運(yùn)維管控已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的概念和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的概念

配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)，精確地獲取配電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息，如電壓、電流、溫度等，并通過集成的高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)收集、傳輸和處理各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，為后續(xù)的智能化分析和控制提供支持[2]。利用平臺(tái)的分析結(jié)果，配電網(wǎng)可以實(shí)施更精細(xì)的需求側(cè)管理。例如，在高峰時(shí)段，通過價(jià)格激勵(lì)，鼓勵(lì)用戶減少或轉(zhuǎn)移用電，以平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的應(yīng)用現(xiàn)狀

一是數(shù)據(jù)集成與互通性不足。由于配電網(wǎng)系統(tǒng)涉及的設(shè)備種類繁多，這種數(shù)據(jù)集成與互通性的不完善影響平臺(tái)對(duì)配電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，降低運(yùn)維管理的效率。二是智能化算法的準(zhǔn)確性與可靠性待提高。智能化算法是配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的核心技術(shù)，用于處理和分析配電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，由于配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，設(shè)備故障種類繁多，智能化算法在處理這些復(fù)雜情況時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)誤判或漏判的情況。三是配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行無法保障。平臺(tái)可能因異常氣候的變動(dòng)而受到影響，造成系統(tǒng)的間歇性癱瘓，對(duì)配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。平臺(tái)涉及大量的電力運(yùn)行數(shù)據(jù)和用戶信息，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)安全事件，后果將不堪設(shè)想。

2 基于大數(shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的重要性

大數(shù)據(jù)分析在配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控中起到關(guān)鍵作用，可以保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?；诖髷?shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)可以收集、存儲(chǔ)和處理海量電力數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決配電網(wǎng)問題。通過該平臺(tái)，運(yùn)維人員不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測配電網(wǎng)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患如設(shè)備老化和過載，及時(shí)干預(yù)處理，還可以分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，優(yōu)化調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，如合理調(diào)配負(fù)荷、調(diào)整無功補(bǔ)償，減少或避免電壓波動(dòng)、頻率偏差等問題。

3 基于大數(shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

智能電表作為配電網(wǎng)中的重要設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)采集用戶的用電信息，包括電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率及無功功率等。這些數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)。智能斷路器具備過載、短路等保護(hù)功能，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)采集線路的電流、電壓等運(yùn)行數(shù)據(jù)[3]。利用大數(shù)據(jù)分析和計(jì)算技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行深度數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練和優(yōu)化決策，實(shí)時(shí)監(jiān)測配電網(wǎng)狀態(tài)、預(yù)警故障和優(yōu)化調(diào)度，提高其穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，進(jìn)一步推動(dòng)智能電力運(yùn)維與管理。智能電表數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 智能電表數(shù)據(jù)

智能斷路器是配電網(wǎng)中的重要保護(hù)設(shè)備，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能斷路器可以實(shí)時(shí)采集配電網(wǎng)的電流、電壓等運(yùn)行數(shù)據(jù)，并在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)切斷故障電路，保護(hù)配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。智能斷路器數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 智能斷路器數(shù)據(jù)

由表1 可知：2023 年5 月1 日08:00:00，3 個(gè)用戶的總電量消耗為30.7 kW·h；用戶003 的電量消耗最高，為12.0 kW·h；用戶002 的電量消耗最低，為8.2 kW·h；所有用戶的電壓都穩(wěn)定在220 V，說明在這一時(shí)間點(diǎn)的電壓供應(yīng)穩(wěn)定；電流消耗與電量消耗成正比，用戶003 的電流最高，為6.0 A；用戶002的電流最低，為4.0 A。由表2 可知：斷路器001 和003 都處于合閘狀態(tài)，電流和電壓都正常，說明它們所保護(hù)的電路部分正常運(yùn)行；斷路器002 處于分閘狀態(tài)，電流和電壓都為0，且故障次數(shù)為1，說明它可能檢測到一個(gè)故障并已經(jīng)切斷電路，保護(hù)配電網(wǎng)不受進(jìn)一步損害。

3.2 數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)

配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)通過智能表計(jì)大數(shù)據(jù)，提供用戶分類、行為和價(jià)格敏感度等信息，輔助決策。平臺(tái)整合多源數(shù)據(jù)，結(jié)合用電、城鎮(zhèn)規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測未來電力需求，進(jìn)一步優(yōu)化電網(wǎng)布局。通過機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建故障預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)故障的預(yù)測、診斷和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警。

3.3 智能決策與優(yōu)化算法

將智能配電網(wǎng)看成一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并把其數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)輸入或輸出，然后再使用預(yù)測數(shù)據(jù)與供電規(guī)劃數(shù)據(jù)等二次數(shù)據(jù)作為中間變量或數(shù)據(jù)結(jié)果，那么該網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)式為

式中：D1、,D2、D3表示不同的一次數(shù)據(jù)集，如氣象數(shù)據(jù)、電力變化數(shù)據(jù)等；R1、R2、R3表示作用于數(shù)據(jù)集上的關(guān)系，其輸出為二次數(shù)據(jù)集，如用電預(yù)測數(shù)據(jù)等；P為目標(biāo)數(shù)據(jù)集。給定一次數(shù)據(jù)集，將其作用于一次數(shù)據(jù)集并產(chǎn)生二次數(shù)據(jù)集，如用電預(yù)測數(shù)據(jù)、設(shè)備故障預(yù)測等。最終利用這些二次數(shù)據(jù)集得到目標(biāo)數(shù)據(jù)集，這個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)集可能是電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)、運(yùn)維決策建議等。目標(biāo)數(shù)據(jù)集表達(dá)式為

式中：Z為目標(biāo)數(shù)據(jù)集；g(·)是一個(gè)綜合函數(shù)，它整合了所有的二次數(shù)據(jù)集來產(chǎn)生最終的目標(biāo)數(shù)據(jù)集；Y1、Y2、Ym為二次數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)集是通過處理和分析一次數(shù)據(jù)集得到的中間結(jié)果。原始數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)換生成中間結(jié)果（二次數(shù)據(jù)集），然后通過綜合函數(shù)g(·)整合這些中間結(jié)果，以產(chǎn)生最終的目標(biāo)數(shù)據(jù)集。流程在智能配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析和決策支持系統(tǒng)中非常常見，有助于從大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，以指導(dǎo)電網(wǎng)的規(guī)劃。

4 基于大數(shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.1 平臺(tái)架構(gòu)與設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)是集成了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的綜合性管理平臺(tái)。其架構(gòu)包括數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)分析層以及應(yīng)用層。數(shù)據(jù)源層負(fù)責(zé)集成來自配電設(shè)備、智能電表、傳感器等不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涵蓋了配電網(wǎng)狀態(tài)和電力用戶用電信息等多個(gè)方面。數(shù)據(jù)處理層采用分布式存儲(chǔ)和計(jì)算技術(shù)，搭建可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)，高效地存儲(chǔ)、提取和清洗海量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[4]。

數(shù)據(jù)分析層運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等算法，深入分析處理后的數(shù)據(jù)。應(yīng)用層則將分析結(jié)果以圖表形式呈現(xiàn)，讓運(yùn)維人員能夠快速了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)潛在問題并制定相應(yīng)的運(yùn)維策略[5]。

4.2 平臺(tái)功能應(yīng)用

隨著信息技術(shù)和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，電力行業(yè)正朝著信息化和智能化的方向發(fā)展。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其智能化運(yùn)維管控已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運(yùn)維方式往往基于人工經(jīng)驗(yàn)和固定規(guī)則，難以應(yīng)對(duì)快速變化的環(huán)境和需求。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的預(yù)測、預(yù)警和預(yù)防，提高配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，降低故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響。基于大數(shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的配電網(wǎng)故障預(yù)測數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 配電網(wǎng)故障預(yù)測數(shù)據(jù)

由表3 可知，設(shè)備002 和設(shè)備004 的故障預(yù)測概率較高，分別為0.85 和0.90，且它們的故障狀態(tài)被預(yù)測為“故障”。這2 個(gè)設(shè)備在未來一段時(shí)間內(nèi)存在較大的故障風(fēng)險(xiǎn)，需要運(yùn)維人員重點(diǎn)關(guān)注和及時(shí)采取預(yù)防措施。設(shè)備001和設(shè)備003的故障預(yù)測概率較低，分別為0.05 和0.10，且它們的故障狀態(tài)被預(yù)測為“正?！?。表明這2 個(gè)設(shè)備在未來一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)較為穩(wěn)定，但仍需保持常規(guī)的監(jiān)測和維護(hù)。

配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析功能使管理運(yùn)維技術(shù)人員能更精確地掌握城市供電線路裝置的工作狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，并制定合適的運(yùn)維對(duì)策，從而提高配電網(wǎng)的工作安全性。大數(shù)據(jù)應(yīng)用的目標(biāo)是挖掘更多信息，通過在智能配電網(wǎng)上運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，可以提高智慧配電網(wǎng)的工作能力和管理水平。

5 結(jié) 論

基于大數(shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)智能化運(yùn)維管控平臺(tái)在故障預(yù)測方面的表現(xiàn)尤為突出。借助先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，平臺(tái)能夠從歷史數(shù)據(jù)中挖掘出配電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律和故障模式，進(jìn)而構(gòu)建高精度的故障預(yù)測模型。該平臺(tái)可以預(yù)警多起潛在故障，為運(yùn)維人員贏得寶貴的搶修時(shí)間，避免大規(guī)模停電事故的發(fā)生，大幅縮短故障處理時(shí)間，降低故障復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，提升配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。