基于云数据的智能建筑电气化工程配电网运行管理方法

宋立立，孙妍

（北京市建筑设计研究院有限公司）

1 引言

智能建筑配电网的运行管理工作中，大部分工作需要依靠技术人员或调度人员的工作经验，该管理模式缺乏科学性和合理性，同时未满足规范化建设的需求[1]。为了解决潜在问题，需引进贝叶斯理论或采用构建运行管理决策树的方式管理配电网的运行，但是由于电网结构与预计的目标存在较大差异，在实际管理中经常发生安全性和稳定性问题[2]。

因此，本文设计基于云数据的智能建筑电气化工程配电网运行管理方法，优化地方电力企业输电的安全性与稳定性，为电力企业提供技术支撑。

2 基于云数据的智能建筑电气化工程配电网运行管理方法设计

2.1 基于云数据的智能建筑电气化工程配电网运行监测

引进云数据处理技术，可监测配电网的运行[3]，构建云数据智能监测架构的方式。集成配电网运行中产生的数据，监测架构分为三层，首层为配电网运行数据主动采集层，在每个配变终端上集成并安装配电网监测分析仪器，对应的仪器每间隔15.0min获取一次行为数据，并将数据存储在终端[4]。

架构的中间层为主站云端服务器层，其主要构成为服务器，选择至少两台PC机为支撑。使用DOIMS数据分析处理软件，分析获取的数据，此时主站服务器中的Oracle数据库将在管理员提出指令的要求下，进行数据的有线与无线通信[5]。每执行一次通信行为进行一次云数据扫描。

架构的底层为云端分析层，主要由PC机与智能化电气设备构成，集成在其中的DOIMS软件将在建立与电力供应端的直接联系后，通过局域网中交互的数据，对每个子站分配不同的电能与执行权限，通过该方式，实现深度分析云数据[6]。

2.2 基于PI数据库的电气化工程配电网运行数据接入

引进PI数据库，进行电气化工程配电网运行数据的接入[7]。针对配电网中的运营端、负荷控制端，在前端直接增设一个备用运行的服务器，其与主服务器中的存储内容保持一致。同时采用实时更新的方式，向备用服务器中导入前端录入或采集的数据。配电网运行数据的标准化接入流程与步骤如图1所示。

图1 配电网运行数据的标准化接入流程

由图1可知，省级或以上级别的配电网主服务器通常采用两条供电线路进行接入，其中一条线路是省级与市级电力营销单位，另一条线路为数据同步线路。当终端调度统一为PI数据库分配账号与对应密钥时，接口程序将主动获取服务器数据。读取数据后，PI接口将数据存储端与服务器对接，并使用PI-WEB服务器进行数据的接入与可视化展示。

2.3 基于运行方式定制模型的配电网管理

结合定制周期内电网运行负荷预测，通过调整配电网分段支路与联络支路的拓扑管理方式[8]。同时考虑智能建筑电气化工程配电网运行管理的目标是降低其运行线损，将提出的内容作为管理目标，设计配电网运行管理目标函数：

式（1）中：Wminloss为智能建筑电气化工程配电网运行最低线损（定制周期范围内）；n为在定制周期条件下，配电网运行的总时段数量；m为定制线路编号；i为分段支路数量；j表示联络支路数量；k为闭环结构的可靠性系数；r为阻抗，Ω；P为运行功率，kW；Q为末端无功行为，kW；A为开关闭合状态，当A=1时，证明开关处于打开状态，当A=0时，证明开关处于闭合状态；T为配电网运行每段时间的长度。按照上述计算公式，计算得出在定制条件约束下配电网运行的最低线损值，完成基于云数据的智能建筑电气化工程配电网运行管理方法设计。

3 对比实验

验证本文方法的有效性，进行对比实验，对比的传统方法为基于K-means算法的智能建筑电气化工程配电网运行管理方法。选择某地区大型供配电企业作为试点单位。将配电网中的电能供应节点作为此次实验的测试点，绘制企业配电网在运行中不同节点的分配图示，如图2所示。

图2 智能建筑电气化工程配电网节点构成示意图

图2为配电网节点构成图，该配电网在运行中的额定电压为13.44kV，在进行对外电能供应时，配电网总体的有功、无功运行负荷分别为：3647.0kW、2250.0kvar。试点工程配电网节点共33.0个，电网中共包含37.0条供电支路，其中包括5.0条联络性运行支路，分别对应：21-8支路、15-9支路、33-18支路、22-12支路、29-25支路。此配电网在运行呈现初始化状态时，联络支路的开关处于打开状态，分段支路的开关处于闭合状态。

随机选择一条存在异常现象的配电网支路（此次测试选择的测试支路为3-25支路），分别使用本文方法与传统方法，对此条支路进行运行控制。测试中获取信息的定制条件为4个，分别为：定制周期为1.0d和1.0周，信息采样间隔为15.0min和1.0h，前者为本文方法的条件，后者为传统方法，节点数量均为4.0个，目标均为调试配电网至终端稳定运行。完成获取后，将测试的结果绘制成图：

从图3可知，节点2～节点3之间存在电压输出不稳定的异常现象，将两种方法与配电网支路异常运行进行对接，对应方法均可以起到稳定输出电压的作用，具备可行性。

图3 两种运行管理方法对配电网异常运行的控制效果

验证方法的可行性后，测试两种方法在使用中的管理性能。选择21-8支路、15-9支路、33-18支路与随机五条分段支路参与此次测试。按照相同的方式，计算管理后配电网支路线损：

式（2）中：Uv为智能建筑电气化工程配电网运行中支路的线损,kW；p为支路线路阻抗，Ω；R为线路负荷，kW；q为支路线路电抗，Ω；X为支路长度，m；U为支路运行额定电压，V；e为有功负荷，kW。实验结果如表1所示：

表1 配电网运行支路线损计算结果

根据表1可知，本文方法的联络支路与分段支路的线损值均小于传统方法，表明本文方法管理配电网的效果更佳。因此，本文方法相比传统方法，不仅具有配电网异常运行控制能力，同时实现了对配电网运行中不同支路线损值的降低处理。

4 结语

配电网作业是电气化工程施工中的重要环节，主要负责为居民住户提供具有可持续供应、稳定、安全、优质与可靠性较高的电能与电力资源。配电网运行的能力及技术端人员对配电网的管理，直接影响或干预电网服务的质量。为了提升配电网运行管理的规范性、科学性与合理性，本文基于云数据角度，以智能建筑中的电气化工程为例，从智能建筑电气化工程配电网运行监测、基于PI数据库的电气化工程配电网运行数据接入、基于运行方式定制模型的配电网管理三个方面，完成了配电网运行管理方法的设计。为了证明设计的管理方法具有较强的可靠性，完成设计后，将本文方法与基于K-means算法的配电网运行管理方法进行对比，对比证明了本文设计的配电网运行管理方法，不仅具有配电网异常运行控制能力，同时可以实现对配电网运行中不同支路线损值的降低处理，综合使用的效果更优。因此，可以在后续的研究中，将本文方法代替传统方法在电力供应单位中广泛推广与使用。