可视化动态跟踪技术在配电可靠性方面的应用

邵馨叶

摘要：配网可视化动态追踪技术是以协同融合和人机实时交互为基础，以数据融合、主动.感知、智能决策和主动管控为主线，坚持“用数据说话、用数据管理、用数据决策、用数据创新”的理念，建设标准统一规范、流程一贯到底的系统架构和统一的数据接入，全面提升配网运营精益化管理水平。通过深度挖掘应用智能电表数据，利用GIS平台配网拓扑关系逐级研判配变、线路停运状态，解决了配电自动化暂未覆盖区域内设备停运无法准确掌握的难题，借助智能电表为配网设备装上了“眼睛”，深度拓展了配电自动化功能，使配网运营管控更加精准，供电服务指挥更加高效，助推配网“少停电、不停电”目标实现。

关键词：可视化；配电；可靠性；应用

0 前言

配电网作为电网中的重要环节，连接着用户和输电系统，对配电网的管控尤为重要。在目前大数据背景下，配电网的可视化成为了关注的重点。通过对配网的可视化监控，能够实现运维巡检人员的作业现场风险管控与督查。而目前针对这方面的研究较少，配网的形态较为多样，因此有必要研究可视化动态跟踪技术在配电可靠性方面的应用。

所谓供电可靠性,实际上就是用户能以多大的可靠程度得到电力系统供给的电能问题。这里所说的可靠程度,对用户来说，可以理解为希望电力系统不管在什么运行条件下都不发生故障,连续而充足地供给具有正常的电压和频率的电力。其中,停电问题对社会的影响最大。因此,通常所谓电力系统供电可靠性,往往就只以用户最关心而又最敏感的停电程度来评价，特别是对于供电系统末端的配电系统更具有现实的意义，则可以获得供电可靠性的定义为:在电力系统设备发生故障时,衡量能使由该故障设备供电的用户供电障碍尽量减少,使电力系统本身保持稳定运行(包括运行人员的运行操作)的能力的程度。因此，电力系统供电可靠性的实质,就是电力系统对用户连续供电能力程度的量度。而具体到配电系统来说,所谓配电系统供电可靠性,就是量度配电系统在某一定期间内,能够保持对用户连续充足供电的能力程度。

系统可靠性,就是量度电业部门为了保证满足用户供电可靠性,保持电力系统最佳状况的能力。它取决于设备状况和运行状况。量度设备状况的可靠性叫做设备可靠性,其研究的问题是用什么可靠度的设备,在电气上如何加以组合构成的系统为最佳;量度运行状况的可靠性叫运行可靠性,其研究的问题是怎样运行和维护才能使系统的运行状况最好。由于在运行上包含由维护和运行两个方面,因此运行可靠性在某种程度上能够弥补设备可靠性的不足[1]。

本文针对配网可视化动态跟踪技术进行研究，其中配电网是指10kV-110kV的网络,它的可靠性研究不同于发输电系统，有着自己的特点。首先，配电网的供电基本单位是馈线，每条馈线上的主干线有许多分支线，沿线又挂接了许多负荷，它的构成元件特别多，而且分布密集。其次，配电网具有树状、环状、网状等多种接线方式,其中最常用的是环网开环运行而形成辐射型的供电方式,所以以此作为典型的接线方式来进行可靠性研究。利用可视化的图形平台可以方便地绘制配电网馈线的实际接线图，速度快，操作灵活，人机交互能力好，结合可靠性分析模块，快速有效地计算出配电网的可靠性数据，为规划和决策提供依据。

在大电网框架下，存在着大大小小成百上千的变压器，并以变压器为核心形成了一张张如同蜘蛛网一样的大大小小的电网，通过可视化运行，不仅可以做到实时监测每一张电网，每一条线路的运行情况，还可以针对设备运行状态，电能输送情况结合大数据做出合理的规划，让配电网运行更可靠。

通过可视化动态追踪技术形成的运营平台，在某一线路或者某一设备出现异常或者供电故障时，可以通过调集数据信息直接确定转电方案，这一过程仅仅只需要数秒就可完成，并且对于越来越多的分布式新能源的接入来说，可以通过智能配电网综合能源管控模块估算出送网电量，大幅度降低弃风弃光现象，为清洁电网发展提供强有力的支撑[2]。

1可视化动态跟踪技术应用现状

10kV架空配电线路是配电电网到最终用户的“最后一公里”路程，不仅覆盖的面积大，也是故障维护最“繁琐”的部分。尽管10kV架空配电线路在设计阶段其耐电压设计余度是最高的，但其和外部过电压相比较，其耐压水平电压远远低于外部过电压耐压水平。由于1 0 k V 架空配电线路耐压设计余度很高，所以配电线路的所有电气设备都工作在线性参数的中段（线性特性表现最佳的区间），在发生内部过电压时，很少有内部过电压产生（谐振）。

因此，配电线路故障除了单相断线引起的零序电流故障外，最明显的是过电流速断跳闸引起的故障，而大量的过电流速断跳闸故障的直接原因是过电压（外部过电压）造成的，特别是在雷雨季节更为显著。现有配电线路架空二次保护通常不能区分或者不能直接判断事故的直接原因，这就造成了配电线路故障在短时间内判断和查询难以精准。

可视化动态追踪技术，可以增强数据的呈现效果，方便用户以更加直观的方式观察数据，进而发现数据中隐藏的信息。可视化应用领域十分广泛，主要涉及网络数据可视化、交通数据可视化、文本数据可视化、数据挖掘可视化、生物医药可视化、社交可视化等领域。依照CARD可视化模型，将数据可视化过程分为：数据预处理、绘制、显示和交互这几个阶段。依照SHNEIDERMAN分类，可视化的数据分为：一维数据、二维数据、三维数据、高维数据、时态数据、层次数据和网络数据。其中高维数据、层次数据、网络数据、时态数据是当前可视化的研究热点。

可视化技术是利用计算机图形学及图像处理技术，将数据转换为图形或图像形式显示到屏幕上，并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及计算机视觉、图像处理、计算机辅助设计、计算机图形学等多个领域，成为一项研究数据表示、数据处理、决策分析等问题的综合技术[3]。

2可视化动态跟踪技术在配电方面应用的必要性

现阶段，电网成为了由发电、输电、变电、配电、用电各个环节组成的相互协调的统一的整体。随着智能电网，以及放在物联网的发展，电网的输配电一体化运行以及输配电耦合程度都在不断地增强，电网的运行方式也趋于复杂。而目前，电网一体化运行的管理水平仍然限制于不同的业务部门、主体及层级之间的壁垒，主要由于不同层级之间的信息掌握程度不对称，各业务部门之间的数据不能够及时共享，电网的有效性、和及时性无法得到充分挖掘，严重制约了电网一体化运行的能力和水平。目前电网的主要发展方向，是将不同维度、不同级别的数据进行共享，共同使用同一个数据源头。通过对数据的挖掘分析和整理，实现电网运行一张图的功能，从而最终实现电网对内和对外业务的业务一条线。

而配电网是用户侧与电网系统的连接的重要环节。配电系统对于城市和农村的供电都十分重要，因此配电系统也具有非常庞大的规模和复杂的结构。但与此同时，配电系统受到系统所处的地理环境，网架设计结构，电力设备差异等制约，显示出不同的结构状态，因此在实际工作中，配网的分析一直是调度运行工作的难点和重点，尤其是在配网店里资源的运行管理、电网资源的升级以及电网资源的整合等方面，配网都发挥着重要的作用，目前现阶段所主张推荐的电网一张图的构架中，配网在数据源头和网架结构中都发挥着重要作用[4]。

可视化动态跟踪技术系统可安装在输配电线路上,用于在线检测线路运行、故障情况及线路参数,是一套具有远程传输能力的可分布监控、集中管理、即时通知型的智能化电力线路管理系统。检测终端分布挂装在电力传输网络上需要监测的位置(如各分支处、各事故多发事段、电缆接头上等),可以实时监测线路运行情况,在线路出现短路故障、接地故障、过载、停电等情况下,将采集的特征数据传送到监测中心,监测中心在显示屏上直观地显示出故障发生地点,通知相关人员。工作人员可以足不出户,全面掌握线路运行情况。

3可视化动态跟踪技术组成分析

3.1 预期实现目标

建立配电线路可靠性及预警一体化平台，能对配电线路本体及周边环境信息进行可视化管理；预期实现五个目标，第一目标就是实现可视化的架空线路日常巡视工作；第二目标就是对架空线路隐患自动预警；第三个目标就是精确显示架空线路故障点，提高线路故障查寻效率；第四目标就是和GIS匹配运行；第五，系统还可以远程指定唤醒功能和使其处于休眠的功能以及自动休眠功能，以及事件唤醒功能即在事故即将发生时或可能发生前预警。

3.2流程设计

根据数据加工的结果判断，是否处于某种危险状态。在监控中心的上位机上，首先对串口进行初始化设置。完成初始化后检测串口是否有数据。如果串口有数据，读取数据并进行解码。对解码后的数据进行滤波、积分、积分修正处理，然后进行综合评判。若此数据超过报警阈值，上位机生成报警信息；如果没有，上位机显示运行正常[5]。

图1  主要运行流程图

为了全面提升配电网的可视化动态追踪技术，提升电网的用户侧服务水平，需要构建与现阶段电力发展模式相适应的配网可视化智慧管控平台，建设该平台的必要性主要包括：

(1) 融合配电网运行信息，提升电力设备以及电网运行状态快速感知能力。通过对于配电系统以及电网营销系统的数据一体化研究成果，推动电网在配电网阶段形成数据一个源、电网一张图的功能，实现用户信息智能化采集，叠加有效资源和运行信息，构建实时的配电网运行状态线路图，实现电网调度的可视化，智能化和更高水平的服务。

(2) 不断扩展配电网业务范围，提升配电网运营只会管控水平。需要广泛研究用户侧的需求信息，提升电网运行业务融合与展示能力，通过合理的规划配网线路，合理的优化线路损耗，实现电网的安全运行和管控等多场景智慧应用。

(3) 依据泛在电力物联网建设顶层设计路线，合理运用电网不同维度的业务资源理念，实现配电网模型规范标准化、信息处理高效化、服务共享共用化，实现业务灵活可靠。需要从不同维度解决目前配电网规划缺乏三维地理信息的问题，实现对配电网地理条件、运行状态等问题的三维可视化应用[6]。

3.3可视化动态追踪系统建设要点

首先，要坚持科学规划、顺序分步实施的开发建设原则，还要遵循可视化管理系统的软件工程应用原理，通过加强顶层设计实现统一开发。当前，信息技术水平不断提高，供电企业必须全面认识到信息技术基础结构对供配电系统的重要性，结合用户的实际需要全面改进可视化监控体系和业务流程，全面提高相关操作人员的规范性与灵活性，确保各电位人员能够更加有效地收集和传递供电监管信息[7]。

其次，为了更好地开发和创新应用配电网络系统，还要充分调动相关工作人员的主观能动意识和岗位责任意识，使其积极参与到可视化系统的智能优化作业中，合理采纳供电客户端用户的诉求，全面提高可视化系统的实用性和适用性，以此来减轻工作人员的作业强度，在提高工作效率的同时，重点强化数据分析能力、实时监控水平以及自动化智能分析效果。

最后，在建设中还要以完整且准确的配电数据信息为基础，通过提高数据分析建设水平，有效优化配电网络系统的可视化功能。考虑到传统的Auto CAD软件在分析和统计配电网络中局限，为了确保馈线数据的灵活性，还要不断完善配电可视化网的馈线数据结构，通过BIM 系统软件将其转制，更好地解决数据系统的分析问题，加强对基础功能的延伸，确保能实时更新并上传用户数据[8]。

3.4优化技术应用水平

首先，应合理应用新能源感应取电技术，并采用感应取电监测设备，不断提高对短路电流的冲击保护能力和电力线路的负荷承载水平。其次，在相关可视化软件的基础上，还要结合地电位金具安装方法，以此来提高在线设备的可靠性和操作安装的便捷性。最后，为了更好地解决输电线路的自动化无线测温问题和能量需求问题，还要进一步应用集合了微电子、低功耗以及能量管理的EH 技术，以此来更好地摆脱传统供配电设备的束缚，提高设备使用寿命[9]。

4结语

应用现代化的技术实现配电线路的现场监测，是电力系统配电网运行管理方面的一个可以深入研究的课题[10]。可视化动态追踪技术的设计和应用，为配电线路的运行维护找到了一条新的途径。面对越来越多元的用电需求和复杂程度不断提高的配电设备线路，电力企业应进一步探索配电自动化可视化管理系统的开发与应用。一方面，要充分认识到配电自动化可视化管理系统开发的必要性; 另一方面，还要把握设计与建设要点，优化技术应用，不断提高对配电网的监控、保护和综合管理水平，最终达到实现提高电网可靠性的目的。

参考文献：

[1]杨鑫宇,杨洋,董元球,徐涛.配电自动化可视化管理系统开发与应用[J].电气技术与经济,2022(02):87-89.

[2]朱荣俊,蔡富东,王成,陈雷,崔利.基于感应取电的输配电可视化技术[J].电子技术,2020,49(07):26-28.

[3]徐建军,王云龙,黄霞,钱子渊,周桦.配电线路的可视化监测系统的设计与实现[J].通信电源技术,2019,36(10):142-143.

[4]蔡业胜. 基于物联网的智能配电监测系统研究[D].杭州电子科技大学,2019.

[5]姚静雅.可视化配电网络潮流计算及其程序设计[J].黑龙江科技信息,2015(03):93.

[6]张昀.输配电线路故障可视化定位及抢修支持系统[J].科技资讯,2013(18):111.

[7]夏成军,谢奕,邱桂华.可视化地铁供配电系统继电保护整定软件的开发[J].电力系统保护与控制,2011,39(10):116-120.

[8]沈燕,邹平. 智能电网“接通”未来生活[N]. 扬州日报,2011-04-27(B03).

[9]石磊,王利猛,李辉,宋明,马婉中.可视化的配电变压器运行监控与分析系统的研究与实现[J].东北电力大学学报,2007(06):44-48.

[10]刘国威,孙秋野,张化光. 配电系统的可视化可靠性分析系统设计研究[C]//.中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集.,2007:125-129.