配网运维中配网自动化技术的应用分析

倪玉玲

（国网江苏省电力有限公司营销服务中心，江苏 南京 210019）

0 引 言

随着能源需求的不断增长和分布式能源资源的普及，电力配网的复杂性和挑战性不断增加。传统的电力配网系统在应对这些挑战方面存在局限性，因此需要使用更加智能和高效的方法来保障电力的稳定供应。目前，配网自动化技术逐渐崭露头角，为电力配网的运维提供了新方案。

1 配网自动化技术的应用优势

配网自动化技术的应用优势主要包括以下几点：第一，能够实时采集电力配网系统各个节点的数据，包括电流、电压及负载等信息，使运维人员能够准确了解电网状态；第二，通过传感器和监测设备采集数据，减少人工干预可能引起的失误，确保数据的精确性；第三，可以分析和建模大量数据，识别潜在问题、趋势和模式，及时发现问题并采取措施[1]；第四，运维人员可以远程访问和查看配网数据，无须亲临现场，提高运维效率，缩短响应时间；第五，通过分析数据判断电力设备故障原因，包括线路断路和设备故障等，有助于提前采取措施预防停电和处理故障；第六，可以实施预测性维护，识别设备的潜在故障，降低维修成本；第七，可以存储历史数据并建立数据存档，分析趋势和变化，满足监管要求；第八，提供数据可视化工具，使运维人员更易理解和分析数据[2]。配网自动化系统结构如图1 所示。

图1 配网自动化系统结构

2 配网运维中配网自动化技术的应用要点与措施

2.1 需求分析和规划

2.1.1 需求分析

首先，明确需要解决的电网问题，包括电力供应不稳定、负载不平衡、电网过载及设备故障等。其次，听取电力公司和运维部门的需求和建议，了解他们需要增加哪些功能来提高电网的效率和可靠性[3]。例如，是否需要实时监控、负载管理、故障检测以及远程操作等功能。再次，确定需要采集的数据类型和频率，包括电流、电压、频率、功率因数、负载信息及设备状态等数据[4]。根据数据的精确性和实时性确定通信要求，包括数据传输速度、网络带宽及通信协议等，提高通信网络的可用性和可靠性，并确保数据和系统的安全。最后，采取数据加密、身份验证、访问控制等安全措施，了解有关数据隐私和网络安全的法规要求，并考虑未来的扩展需求。系统应具备足够的可扩展性，以适应电网的增长和新技术的引入[5]。

2.1.2 需求规划

首先，确定项目范围，包括系统覆盖范围、所需设备、数据采集点和通信基础设施等。要明确项目边界，以便进行有效的规划和控制；制定项目时间表，包括项目启动、需求分析、设计、实施、测试、培训及验收等各个阶段的时间安排，确保项目按时完成；确定项目预算，包括硬件、软件、人力资源及通信成本等，考虑预算限制，制定财务计划，分配适当的人力资源和技术资源来执行项目。

其次，确定项目团队的成员和角色，为他们提供培训和技术支持。预测项目可能面临的风险，制定风险管理计划；考虑可能出现的问题和挑战，制定应急计划；根据需求分析的结果选择适当的硬件技术和软件技术，确保选择的技术能够满足项目需求[6]。

最后，建立项目监控体系，追踪项目进度和质量。定期评估项目效果，收集反馈信息，以便进行改进和调整；确保项目遵守相关法规和标准，特别是数据隐私和网络安全的法规；确保项目的合规性，防止潜在的法律问题；定义项目验收标准，确保项目达到预期目标；进行验收测试和评估，以验证系统的功能和性能。

2.2 网络和通信架构

在建立网络和通信架构时，需要选择适当的通信协议。通信协议是数据传输的规则和约定，影响数据的可靠性、速度和安全。常见的通信协议包括Modbus、DNP3 及IEC 61850 等。选择协议需要考虑系统需求、设备支持和网络拓扑。通信网络的拓扑结构包括星型、总线型、环型以及网状等。拓扑结构的选择取决于系统的复杂性、可靠性和可扩展性[7]。对于大型电力配网，通常采用冗余的网状拓扑结构，确保数据传输可靠性和速度的同时满足带宽需求。不同的应用环境可能需要不同的传输速度和带宽。例如，实时监测需要更快的传输速度，而历史数据存储需要更大的带宽，确保网络能够满足数据传输要求，避免数据延迟或丢失。选择合适的通信设备和硬件组件，包括路由器、交换机、传感器及数据采集单元等，确保这些设备能够支持所选的通信协议和网络拓扑结构具备足够的性能和可靠性。通信安全是网络和通信架构设计的关键，通过采取适当的安全措施，包括数据加密、身份验证和访问控制等，确保数据的机密性和完整性。考虑网络防火墙和入侵检测系统等安全设备的部署，进行远程监控和操作，确保网络和通信架构支持远程访问和控制功能。这可能需要使用虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN），以确保远程访问和控制的安全[8]。考虑网络和通信架构的故障恢复和冗余性，使用备份通信路径或冗余设备，确保网络或设备故障时数据传输不受影响。建立故障检测和自动切换机制，设置网络监控和管理系统，实时监测网络性能和设备状态，确保及时发现并解决网络问题，增强系统的可靠性和稳定性。

2.3 数据处理与分析

2.3.1 数据采集与处理

配网自动化系统通过传感器和监测设备实时采集电网数据，包括电压、电流、频率及功率因数等。高频率采集这些数据并传输到数据中心或云平台，确保数据的准确性和实时性。除了实时数据，系统还会存储历史数据，用于后续分析和比较。历史数据包括电网的运行记录、故障事件和负荷曲线等，用于识别潜在问题和优化电网性能。数据处理过程可以通过算法和模型实现数据清洗和质量控制，去除异常数据和噪声，确保数据的可靠性和一致性。聚合和压缩大规模数据，以降低存储和传输成本[9]。数据聚合可以将高频率的数据转化为低频率的汇总数据，如按小时或按日进行聚合。系统实时监测数据流，以检测和处理紧急事件，如设备故障和电网过载等，触发自动操作或向运维人员发出警报。

2.3.2 数据分析

首先，系统可以利用实时数据和历史数据监测电网状态，包括电压稳定性、负载均衡及频率控制等，及时发现异常情况并采取处理措施。通过数据分析可以发现电网故障并确定其位置，分析电流、电压和事件数据定位故障点，加速故障恢复。其次，系统可以根据历史负荷数据和气象信息预测负荷，有助于电力公司规划电力供应，减少负载不平衡和过载风险。数据分析可以用于优化能源分配，通过调整电力分配策略减少能源损失并降低能源浪费，从而提高电网效率。运维人员可以根据数据分析结果制定合理的维护计划、设备更换策略和电网扩展计划。数据分析结果通常以报告和可视化形式呈现，包括实时仪表板、趋势图及热力图等，以便决策者和运维人员理解和利用数据。最后，系统可以利用数据分析和机器学习算法进行预测性维护，及时发现设备故障，减少停电时间，降低维修成本。数据分析可以监测潜在的网络攻击和异常行为，保护电网安全。配网自动化主站数据处理流程如图2 所示。

图2 配网自动化主站数据处理流程

2.4 安全和隐私保护

2.4.1 安全保护

为确保数据在传输过程中不被未经授权的用户访问或攻击者窃取，可以使用安全套接层/传输层安全（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security，SSL/TLS）等加密协议保护通信数据的机密性和完整性。配网网络的数据和系统需要严格控制访问，只有授权的工程师和操作人员才能访问关键设备和数据，包括身份验证、角色管理和权限控制等。在配网网络的通信基础设施上实施网络安全措施，包括防火墙、入侵检测系统（Intrusion Detection Systems，IDS）和入侵预防系统（Intrusion Prevention System，IPS），有助于识别和应对网络攻击[10]。设备的物理安全是关键点，运维人员可以采用物理锁定、访问控制和监控摄像等措施，防止未经授权的人员物理接触关键设备。。

2.4.2 隐私保护

遵循数据最小化原则，只收集和存储必要数据，不收集与运维任务无关的个人信息。对不需要特定个人身份的相关数据，可以通过脱敏和聚合等技术实现匿名化措施，降低数据的敏感度。配网网络运维应提供清晰和透明的隐私政策，向相关方说明数据的收集、存储和使用方式。用户和相关方应容易访问并理解隐私政策，遵循国际和本地的隐私法规，确保在运维过程合规处理数据的同时满足法律要求。

3 结 论

配网自动化技术是电力行业的重要发展方向，有助于提高电网的可靠性、效率和安全。在实施配网自动化技术时，电力公司需要重视数据采集与处理、数据分析和应用以及安全和隐私保护等，确保电网的稳定运行和用户的隐私安全，更好地满足用户需求，提高市场竞争力，助力电力产业的可持续发展。