基于海量准实时数据的电网负载分析应用研究

中图分类号：ＴＰ３１５　文献标志码：Ｂ　文章编号：２０９５—６４１Ｘ（２０１４）１０－００４２—０４　基于海量准实时数据的电网负载　分析应用研究　胡长华　（广东电网公司中山供电局，广东中山５２８４００）　摘要：随着电网的飞速发展，电网设备数量日益增多，电网负载分析得到越来越广泛的认识。文章利　用计量自动化系统和ＳＣＡＤＡ系统的准实时数据，结合电网的拓扑及设备信息，利用一些常用的负　载指标算法，设计了适用于电网负载分析的系统技术架构。通过海量准实时、历史数据进行电网的　负载分析。能使管理者准确掌握不同层级电网的运行状态。了解不同区域的用电行为和用电趋势。　关键词：配电变压器；馈线；电网负载；重过载；海量实时数据　０引言　随着ｌ｝ｆ：会经济的发展，生产、生活用电负荷在不　断攀升，使得很多供电企业原有的供电线路、设备所　承受的负荷日趋严重，成为电网安全运行的重大隐　手段来实时监控电网的负载情况，通过统计分析发　现线路和配变的负荷重过载情况，结合电网的拓扑　及设备信息，为配电网运行分析提供信息化决策的　手段，为企业化管理提供更完备、准确、及时的信息　支撑　＝＝　，患。特别在用电负荷高峰期间，存在重过载变压器　烧坏及配电变乐器容量不足导致不能供电的情况，　无法满足川户对卡产、生活川电的可靠性和电压质　的要求，影响供电企业的服务水平…。　确保电网安全、可靠、稳定运行是提高客户川电　服务质疑的基础保障，而电网设施的蕈过载运行足　影响电网安全、可靠、稳定运行的主要　素。【大ｌ此，　对电网没备运行的负载运行情况进行有效监控和分　１负载分析的数据基础　南丁电网的运行具有实时性的特点，进行准确　的负载分析的，尤决条件是能获取完整的电网实时运　行数据，并具备对所获取的海　数据处理能力　．　．１．１实时数据内容　要对配电变乐器和馈线进行准确的负载分析，　父键是要获取ｉｔ‘蛀自动化及ＳＣＡＤＡ所采集到的各　析就　得尼为重要。通过利Ｈ＿Ｊ汁最自动化系统和　ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ所采集的设备运行负荷信息进行统计　类实时数据。实时数据的内　主要包括配电变乐器　Ａ相、Ｂ相、Ｃ相的电压、电流、有功功率、无功功率、　分析，实观对馈线和配变的负荷过载情况进行综合　分析，为配电网的合理规划建设和电网运行方式的　合理调度提供重要参考依据：　对电网进行负载分析检测不仪能够为电网公　功率【太Ｉ数等，以及配电变乐器的瞬时有功功率、瞬时　无功功率和总功率　数等电网运行实时数据，同时还　包括馈线的ｉ相电流、瞬时有功功率、瞬时无功功率。　１。２实时数据获取　的电网规划建设提供决策依据，还可为生产运行和　管理决策部门提供准确的统汁分析数据　在确保电　网安全运行、延续设备寿命的同时，呵以利用信息化　从电网远程终端设备采集电网实时数据，包括　电压、电流和功率等实时变化的数据，隔离开关的开　闭和保护装置的动作与　数据等。通过通信线路传　日　绎　ｒ　递给汁鞋自动化系统与ＳＣＡＤＡ系统，然后南负载分　其中Ⅳ为统计时段内单台配变重载发生次数，　为第ｉ次重载的持续时间。　２．３重载平均负载率　析检测系统定时或不定时从中获取。而可靠性和及　时性是实时数据获取的父键。为此需建立起海量实　时数据服务平台（实时数据库）对采集终端所采集的　数据进行存储和处理。负载分析检测系统可以直接　从海量实时数据服务平　订阅需要的数据，使负载　分析结果更加接近于当前的电网现状，减小ｌ　获取　数据而造成的时间误差。　１．３实时数据处理　重载平均负载率主要是统汁某一时段内单台配　电变压器出现重载的平均负载率，其计算公式如下：　∑　，　重载平均负载率＝　Ｖ　（３）　其ｒ｝１　Ｎ为统计时段内单台配变重载发　次数，　负载分析所需要的数据可分为静态数据和动态　数据：静念数据主要包括设备类型、设备基础属性、　额定功率等；动态数据为实时变化的数据。数据的　更新主要针对动态数据，这部分实时产生的海量数　据由实时数据平台负责存储与处理，负载分析监测　系统不直接对实时数据进行管理，以减小负载分析　系统的复杂度　、　为第ｆ次重裁持续时问内的平均负载率。　２．４累计过载持续时间　累计过载持续时间主要是统计单台配电变压器　在某一时段出现过载的持续时间，即统计时间段内　各次过载持续时间的总和，其计算公式如下：　过载累计－过载持续时间：∑　ｉ　（４）　叶１Ⅳ为统计时段内单台配变过载发生次数，　２负载分析的各种指标　对配网安全运行有指导意义的负载指标有多　种，不同的指标可让管理者从不同角度去监测配变　和馈线的安全运行状况，以便管理荇及时调整电网　为第　次过载持续时间。　２＿５过载平均负载率　过载平均负载率主要是统计某一时段内单台配电　变压器出现过载时的平均负载率，其计算公式如下：　１　的运行策略。当前针对电力行业配网负载分析应川　研究所采用的馈线、配电变乐器安全运行负载指标　算法主要包括以下几种。　２．１配变瞬时负载率　，过载平均负载率＝々Ｖ　　（５）　其中』、，为统计时段内单台配变过载发生次数，　为第ｉ次过载持续时间内的平均负载率。　统计时段内单　配变重过载持续时问主要是统　计单台配电变压器在ｍ现重过载的持续时间，即重　负载牢足川来衡量电网没施运行状况的重要指　２　６统计时段内单台配变重过载持续时间　标，分为变乐器负载率和线路负载率２种，其巾变压　器负载率是视在功率（瞬时实际功率）与额定功率的　比值，线路负载率是视在电流（瞬时实际电流）与额　定电流之问的比值。配电变压器的瞬时负载率可以　实时反映配电变压器的负载情况，是配电变压器安　过载开始的时间至结束时间，其计‘算公式如下：　统计’时段内　台配变重过载持续时问＝７，－Ｔ　（６）　其中　为重过载结束时间，７１．为重过载开始　时间。　全运行的重要参考指标，其计算公式如下：　瞬时负载率＝　（１）　２．７统计时段内配变重过载平均负载率　－）　统计时段内配变重过载平均负载率主要是统汁　某一时段内单台配电变压器出现重过载时的平均负　载率，其计算公式如下：　＾，　其巾　为额定容量，ＪＰ、９分别表示配电变压器　总的瞬时有功、无功功率。　２．２重载累计过载持续时间　重载累计过载持续时问主要是统计单台配电变　压器在某一时段ｆＩ｛现重载的持续时Ｉ＇Ｈ】，即统计时间　段内各次重载持续时间的总和，其汁算公式如下：　统计时段内配变重过载平均负载率＝々Ｖ　　（７）　其巾』Ｖ为统计时段内单台配变在重过载持续时　重载累计过载持续时问＝２２７　点　间１人Ｊ的采样点个数，　，为重过载持续时间内的第　（２）　次采样点的负载率。　２Ｅ　ＣＴ　ＬＥ　Ｉ　Ｉ（：　Ｒ　Ｉ＿曩　＿囊　：　ＰＯＷ　Ｅ　ＣＴ卷期…・　……………・・……・…・，……・ＥＬＥＣＴＲｌＣ　ＰＯＷＥＲ｝ＣＴ　３技术架构　３．１逻辑架构　１）存储层　、主要负责数据的　缩没　、处理、存　储以及实时／历史数据库与父系数据库之问的按需转　储，另外还负责告警、１３志、酉己置等数据的仔储管理，　具体包括数据压缩、数据存储和数据转仔箭理等模块。　２）处理层　．主要负责接入实时数据的整合以及　规范化和标准化处理，同时对数据的质址、合理性进　行校验。对不合理的数据以及重要的变化数据产生　告警，另外，对源业务应川历Ｉ史数　发牛的改变进行　基于海量准实时数据的电网负载分析系统采用　松耦合的设计‘理念，通过构建海量实时数据服务平　台内部总线实现平台内部功能模块间的消息传输和　数据传输，通过数据接入模块实现不同数据源的接　入，通过海量实时数据服务平台数据总线或企业服　务总线为电网负载分析提供数据服务。电网负载分　析系统技术架构如图１所示。　电网负载分析　同步处理，以保证实时数据平俞与业务应用源数据　之问的一致，具体包括质量码处理、数据校核、告警　事件、多数据源处理、同步处理等模块　、　３）服务层。主要负责对各业务ｆ、　ｌＪｌ｝ｊ提供标准、　瞬时Ｖ　均１ｆ过载持１ｆ瞬时Ｖ负载率１ｆ单相１ｆ功率　索、　负载率＾负载率八续时间几负载率＾平均值几负载率八平　】值　ｊｅｒＩｌ　　’　，—＿、　＞Ｉｋ￣１４务总线　海量实刚数据服务平俞数据总线　ｊ｝　，　：　统一的实时／历史数据访问服务，例如ＣＩＳ访问接口、　ＳＱＬ访『几］接口、通用访问接口（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ＡＰＩ，ＵＡＰＩ）　等，以及访『ｈＪ服务的定义、监控，同时提供　ｒ阅服务，　ｆ　彻］　Ｌ　Ｊ　（ＳＱＩ　）（ＵＡＰＩ）（ＣＩＳ）　ｔ，　ｖｉｉ－０　ｊ　１　８　数据访问服务　１　１　具体包括访问服务设　、访Ｉ＇ｉｉＪ服务监控、数据查洵服　务以及数据订阅服务等模块。提供二次肝发所需的　接ｆ＿Ｉ、组念、Ｗｅｂ发布等　ｌｒ具，通过这　Ｉ　具支撑辅　（　，　平台通信　、　应　用　据ＪＪＩ］Ｊ处理）　榘群数据库管理　ｊ　助决策类综合应川的实现。具体包括二次）Ｆ发接［１、　组态丁具、ｆＨＩ线　Ｔ　具、报表ｌ【　具、Ｗｅｂ发布等模块　４）应用层。主要负责从服务　获圾各种数据服　管　理　蜘　据　（　、—一　数据接入　ＩＩ　）　务，与服务层进行数据交换，行应』｝Ｊ数据服务实现，Ｌ｝ｊ　户对数据的实际业务需求，盘【】各类数掘　洵、统计分　析以及食洵统、ｌ‘结果的多维度展求应川等　］。　数据源　Ｍｓ　（：ＡＤＡ数据镜回　’餐自动　（订　线监测）　：　…　）　图１电网负载分析系统技术架构　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕ　ｒｅ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｌｏａｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　４负载分析在电力企业中的应用　４．１在配网规划辅助决策方面的应用　负载分析的准确程度将“接影响划投资、网络　３．２应用架构　布局和运行的合理性。配电网ｆｆ１长期　裁预测不仅　要进行地　年用电疑的总蛙预测，还要确定负载增　基于海量准实时数据的电网负载分析系统应用　架构自下而上分为存储层、处理层、服务层和应川　长在地理上的分ｌ佰，即窄间负载预测　、旗于海量实　时数据的电网负载分析监测系统町从多个角度对配　网的馈线及配变进行分析，能客观地反映』ｌ｛配网的　层，各层之间采用松耦合技术实现无缝衔接。电网　负载分析系统应用架构如图２所示。　实时运行信息和电网的运行状念，为电网的规划提　应用架构　供及时准确的决策依据。通过对实时负载的监洲分　析，掌握前期规划×ｌ『电网运行的支撑能力，为规划的　滚动更新和任务分解提供指导；通过埘线路输送容　量的裕度监视和分析，以及对线路、变　器负载率、　应用层（数据谯询）（统计分析）（多维度鼹示）　ｏ　ｌ服务层（数据接入服务－）（数据访问服务）（支持管理服ｌ筹）　≤≥　ｌ处理层（　数据处理　）　（　数据加Ｉ．　）　ｏ　存储层（　数据仔储　）　容载比的统计分析，为输电线路的规划、变电站选址　提供决策支撑；利　配网的历史负责统¨　数据，依据　图２电网负载分析系统应用架构　Ｆｉｇ．２　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｌｏａｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　建　的电网规划模　，模拟电网的运行，进行电网正　常潮流、短路以及稳定计算．有效地为电网觇划服务　．　口　４．２在调度运行方式中的应用　荷情况和区域用电行为习惯，通过制定相直的供电　机制，平衡好馈线、配变的负载水平．有效保障电网　的运行安全。　基于海量实时数据的电网负载分析可为电网的　充分利用计最自动化系统和ＳＣＡＤＡ系统的资　源，通过采集ＳＣＡＤＡ系统ｌ０　ｋＶ馈线的负荷信息，　以及计量自动化系统负控终端和配变监测计量终端　采集的配变负荷信息，可分析出停电线路的待转供　规划建没提供准确可靠的决策数据，通过埘不同馈　负荷，弭通过电网拓扑获得可为停电线路转供的线　线、台变的负载分析，使得管理者能更好地　据不　同　域的川电情　以及发展趋势，从而使规划更趋　于实际需求，避免投资不足或投资过度，造成资源浪　费。充分利』｝】海量准实时数据进行电网的负载分析，　无论是对电网的安全运行管理、　‘级改造还是电网　的长期规划建设，部有着十分厦要的意义　路信息，分析转供后转供线路是　超载。也可通过　主网拓扑关系分析转供后的转供主变是否超载，为　停电计划审批提供科学的依据。通过对采集到的文　时、历史数据的统汁分析，制定更加合理的错峰朋电　ｉＩ‘划，几『以使电网运行效益达剑最大化　】　４．３在电网升级改造中的应用　随着社会经济的飞速发展，对供电质量的要求　越来越高，使得原有的配电变压器容量、输电线路的　供电容量等不能满足需求，导致生活、ｌ牛产巾凶　电　负荷过高而停电，给人民的生活、生产带来不便的同　时，也给电网安全运行带来很大隐患。为此，电力企　业需要对相关的线路设备进行升级改造，以适应人　们对电力不断增长的需求，如何对现有的电网进行　参考文献：　［１］肖　泉，工春，ｊ长椭伟．电乃饥茼预测技术［Ｍ］．北　ｌＩ　ｆ】　，Ｊ　…版补　２００１．　［２】叶建他，苏宏、　实【ＩＩｆ数据库系统　键技术及　脱　．汁　机心　用研究，２００５，２２（３）：４５—４７．　ＹＥ　Ｊｉａｎ—ｗｅｔ，ＳＵ　Ｈｏｎｇ—ｙｅ．Ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ［－ＩＪ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ，２００５，２２（３）：４５＿４７．　有序的升级改造是电力企业管理高层重点关注的问　题。而通过对电网运行的实时、历史数据进行负载　［３】张志懔．实时数据『车原　及｝、　用［Ｍ］．北京：　｛　闫？ＨＬ￣ｔ１版｝ｌ：，　２００１．　【４】曾强．实时历史数掘库的没计与分析［Ｄ】．成都：Ｉｌｚ丁科技人　２００７．　分析．可提前发现电网的潜在需求趋势，可以为电力　企业改造电网提供很好的指导依据。　［５】韩家炸，堪博．数据挖掘慨念　技术［Ｍ】．北ｊ　：ｆＪ【做　Ｉｂ…，ｌ．１版　，５结语　利川电网运行的准实时、历史数据进行电网的　２００８．　编辑邹海彬　收稿日期：２０１４—０６—１３　负载分析，能使管理者准确掌握不同层级电网运行　的状态，了解不同　域（商业　、工业Ｉ　、住宅区）的　用电行为和Ｈｊ电趋势。町准确、高效地解决好各　域（台变、馈线）的川电需求问题，并且结合电网的负　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌｏａｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍａｓｓｉｖｅ　Ｑｕａｓｉ　Ｒｅａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄａｔａ　ＨＵ　Ｃｈａｎｇ—ｈｕａ　（Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ　５２８４００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ｔｈｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｌａｒｇｅｌｙ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｌｏａｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉＳ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｑｕａｓｉ　ｒｅａ１．ｔｉｍｅ　ｄａｔａ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｒｌｔ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ＳＣＡＤＡ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｌｏａｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗｉｔｈ　ｓｏｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　Ｉｏａｄ　ｉｎｄｅｘ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍａｓｓｉｖｅ　ｑｕａｓｉ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ　ｄａｔａ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｌｏａｄ　ｐｏｗｅｒ．　ｔｈｅ　ｍａｎａｇｅｒｓ　ｃａｎ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｌｅａｒｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｏｎ　ｄｉｆｒｅｒｅｎｔ　ｌｅｖｅｌｓａｎｄ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　．ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ａｎｄ　ｔｒｅｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｆｅｅｄｅｒ　ｌｉｎｅ；ｐｏｗｅｒ　ｌｏａｄ；ｈｅａｖｙ　ｏｖｅｒｌｏａｄ；ｍａｓｓｉｖｅ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｄａｔａ　２０１４年第１２卷第１０期　ＥｋＥ（：Ｔ１ｔｌＣ　ＰＯＷＥＲ　ＩＣＴ　４５