智能配电一体化监控管理系统开发及其产业化(定稿)

1安徽省科学技术奖推荐书（科技进步类）一、项目基本情况推荐奖励类别科技进步类项目名称智能配电一体化监控管理系统开发及其产业化主要完成人徐强、刘泽生、孟光、虞江华、智建立、郑燕飞、王庆武、王飞、李岳民、汪红兵主要完成单位安徽中兴继远信息技术有限公司推荐单位或专家合肥市科技局密级及保密期限年主题词智能电网；智能配电；无线自组网；纵联差动；面向服务架构；数据挖掘学科（专业）分类动力与电气国民经济行业分布电力、燃气及水的生产和供应业所属科学技术领域智能电网任务来源企业计划名称和编号企业、智能配电一体化监控管理系统P20030301等授权发明专利（项）1授权的其他知识产权（项）9项目开始时间3/1/2003项目结束时间3/1/2008应用情况已应用应用起始时间3/1/2008安徽省科学技术厅制2二、项目概况项目综合电气自动化、计算机软件、电力电子、网络通讯、高级传感与测控等相关技术，研发面向智能配电网的智能配电一体化监控管理系统，并得到推广、应用和产业化，取得了具有自主知识产权的一系列技术成果和显著的经济、社会效益。由于电力行业长期存在“重发、轻供、不管用”现象，配电网整体建设和发展相对落后。2010年，“加强智能电网建设”被写入国务院《政府工作报告》。建设以“信息化、自动化、互动化”为特征的智能电网成为国家电网公司战略目标。智能配电网是智能电网的重要组成部分，将成为智能电网建设的重点。智能配电一体化监控管理系统是监控和管理配电网安全、可靠、经济运行的技术支撑平台，采用面向服务架构、自适应控制、无线自组织网络、纵联差动保护等相关技术，构建系统软件平台、网络通讯平台、配电监控终端分层一体化平台，其主要特点包括：（1）首次提出“无功分层自适应控制”方法和采用聚类分析数据挖掘技术，构建基于面向服务架构的智能配电一体化监控管理主站系统平台。首先提出“无功分层自适应控制”方法，解决主配网无功无法统筹优化问题，一体化补充无功，降低电能损耗。采用聚类分析等数据挖掘技术，建立面向配电网规划和决策分析的数据仓库，解决配电规划缺乏统计、分析历史数据工具问题。采用开放式面向服务架构（SOA），设计企业集成总线（ESB），架构配电网实时监控、高级应用、工作流管理、规划与决策分析的一体化系统平台。（2）首次采用zigbee技术架构配电网无线自组织通讯网络平台。首先采用Zigbee技术研发配电网无线自组织网络，建立“加密安全、自动组网”的私域网络群，应对因配电设备点多面广引起的配电通讯网络建设费用高、难以维护等缺点，构建一个由光纤骨干网、无线接入子网群构成的完整的、全覆盖的分布式配电网无线数字通讯网。（3）首次提出“六分区法”新方法和“反向闭锁式纵联差动保护”新方案，研制配变监控终端和自动化监控终端。首次提出“六分区法”自动检测配变监控终端工程接线错误，提高施工效率和质量。首次提出“反向闭锁式纵联差动保护”新方案并研制配电自动化终端产品，实现了快速故障定位、故障隔离、恢复非故障区域供电（FDIR）功能，较大程度缩短故障停电时间。项目成果有效提高供电可靠性、减少配电变压器年平均停电时间、降低线路损耗、提高电能质量、挖掘分析配网运行历史数据、提高配电网规划及决策支持能力。该项3目总体水平国内领先，部分成果或其应用属国内、业内首次。项目成果在安徽、广东、甘肃、河北等省市供电公司得到广泛应用。近三年，公司通过项目成果产业化，共实现新增销售收入1.4亿元。通过降低线损、提高供电可靠性、提升配电管理效率等途径，为用户间接创造超过2.1亿元的经济效益和显著的社会效益。三、项目详细内容1立项背景1.1国内外相关科学研究发展现状、存在问题及发展趋势欧美、日本等工业发达国家，配网自动化系统受到广泛重视，初步形成了集馈线分段测控、用户负荷控制等于一体的配电网管理系统。国内配电自动化试点起步较晚，部分城市在不同规模上对配电自动化建设进行了试点，部分实现了故障定位功能。目前，在配电网自动化系统建设和发展过程中，在主站系统软件、网络通讯以及配电终端等方面还存在不少问题亟待解决。（1）主站系统软件平台近年，国内配电自动化管理系统相关产品的研发取得了一定的发展，初步实现了配电设备运行监测与控制、相关历史数据的统计分析等功能。但是相比发达国家，配网自动化系统产品研发与应用水平相对落后，存在无功无法统筹优化、系统缺乏统一规划、多系统信息交互困难、历史数据利用率低等诸多问题。随着供电企业管理的进步，配网自动化系统产品逐渐从初期的注重实时采集与监控，转为更重视数据的分析功能，软件系统应用重点已经从操作层面向管理层面转移。为满足配电网建设与发展的需要，配网自动化系统将朝着管理一体化、控制智能化的方向发展。（2）配电网通讯网络目前主流的光纤与无线公网结合的方式已不能完全满足当前配网通信全面覆盖、高实时性、高安全性、低成本的要求。随着国内外对无线自组织网络尤其是基于Zigbee技术的无线MESH网研究的成熟，无线自组织通信专网的接入能够弥补传统通信方式的缺陷。（3）配电自动化终端当前应用较多的配网自动化终端包括配变监控终端、馈线自动化终端和站所终端等。配电自动化监控终端在应用中暴露出故障判别自动化水平低、实时性差等问题，馈线终端难以满足馈电线路保护的实时性和选择性要求。稳定可靠、快速响应是配电自动化终端的发展趋势。41.2立项目的及科学意义为满足经济社会快速发展、大力发展清洁和可再生能源的需要，国家电网公司将建设智能电网作为战略目标。当前配电网监控管理系统存在的诸多问题，明显制约了这一规划的顺利实施。因此，研发智能配电一体化监控管理系统，解决国内配电网监控管理系统主站系统软件平台、配电网通讯网络、配网自动化监控终端三个层面存在的缺陷，为智能配电网建设提供核心技术支持平台，对于保证智能配电网建设计划顺利实施，具有重要意义。（1）主站系统软件平台智能配电一体化监控管理系统主站软件平台，满足了数据采集处理、远方设备控制、信息系统集成、配网决策支持等配电网管理一体化的业务管理需求。通过采用海量历史数据挖掘技术，从分布式数据中抽取出潜在的、有价值的信息，在负荷预测、配网建设规划、电力用户特征分析等领域对供电企业起到重要指导作用，同时可以为客户提供个性化服务。提出“无功分层自适应控制”方法，解决主配网无功无法统筹优化问题，一体化补充无功，降低电能损耗，达到了全网无功统筹优化控制、提高供电质量、降低线损的目标，提高了供电企业的用户满意度。（2）配电网通信网络在传统光纤高速骨干网、无线公网基础上，通过基于Zigbee技术无线自组织网络的接入，构建了一体化配电通信系统平台，实现了通信经济性、安全性、实时性、全面性的统一。（3）配电网自动化监控终端提出“反向闭锁式纵联差动保护”方案，采用就地式FDIR（故障检测、定位、隔离和恢复非故障区域供电）方案，解决了馈线终端实时性和选择性差的问题，缩短停电时间，提高供电可靠性。安徽中兴继远信息技术有限公司自成立以来，长期与武汉大学、重庆大学、合肥工业大学等高校在配电网智能化领域保持技术合作，积累了丰富的理论与实践经验，保证了项目的顺利实施。项目有利于提升配电自动化装备制造能力、提高供电企业配电管理水平，进而推进配电网智能化建设、智能电网建设进程，贯彻国家“建设智能电网”及“节能减排”战略目标的实现。52依据的技术原理或总体构思智能配电一体化监控管理系统由主站系统、通信系统及各类监控终端构成。监控终端对配电网馈线线路上的柱上开关、开闭所、环网柜、配电变压器的实时工况进行监测，根据设定的参数实现故障定位、故障隔离、非故障区恢复供电；主站系统通过通信系统收集监控终端采集的配电网各个节点的工作数据，经过统计与分析，形成数据报表、分析结论供用户决策。通信系统包含光纤通信、GPRS/CDMA/3G无线公网通信、无线自组织网络通信等多种通信方式，系统依据配电网各个具体监控点的现场特性，组合应用多种通信方式，最大限度保障通信的稳定性、实时性、全面性。通过以上总体构思及引入多项创新性关键技术，能够解决传统配电网监控管理系统的缺陷，满足一体化监控管理的应用需求，下面分别说明智能配电一体化监控管理系统相关关键技术的技术原理。（1）基于SOA面向服务设计智能配电网一体化系统体系架构面向服务体系结构（Service-OrientedArchitec-ture，SOA）是一个组件模型。SOA是由开放式面向服务架构组织发布的企业信息集成设计原则，SOA可以促进在不同的软件间进行服务合成。应用程序的不同功能单元（称为服务）通过定义良好的接口和契约联系起来。接口采用中立的方式进行定义，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。SOA凭借其松耦合的特性，使企业可以按照模块化的方式来添加新服务或者更新现有服务，满足新的业务需求。采用基于IEC61970的公共信息模型CIM在业务逻辑层定义服务，有利于进行数据交换。采用基于IEC61968的CIS接口标准设计企业集成总线（ESB，EnterpriseServiceBus）,实现集成管理器、查询引擎和发布管理器，构建智能电网一体化监控管理平台。（2）基于MRAC模型参考自适应控制原理实现主电网与配网无功统筹优化MRAC（ModelReferenceAdaptiveControl）包含一个参考模型，模型动态表征了对系统动态性能的理想要求，力求使被控系统的动态响应与模型的响应相一致，通过与参考模型的比较，察觉被控对象特性的变化，具有跟踪迅速的突出优点。以配电SCADA为数据采集与控制平台，与主网调度AVC系统进行数据交互，以本地配变层、10KV母线及馈线层和主网层这三个网络层次为对象，进行谐波、无功的监视。将本地配变无功补偿装置分组绑定，结合10KV母线的无功工况，以及主网AVC系统的无功参数，以网损最优为目标函数，通过智能配电主站系统的MRAC自适应无功优化算法，使本地配变无功补偿装置、10KV母线无功补偿装置、主网AVC系统进行相互配合来补偿无6功，进而实现优化全网的无功补偿与分布的目的。（3）基于分布式数据库和数据仓库挖掘配网历史数据分布式数据库系统(DDBS)包含分布式数据库管理系统(DDBMS)和分布式数据库(DDB)。在分布式数据库系统中，一个应用程序可以对数据库进行透明操作，数据库中的数据分别在不同的局部数据库中存储、由不同的DBMS进行管理、在不同的机器上运行、由不同的操作系统支持、被不同的通信网络连接在一起。数据仓库是决策支持系统（DSS）和联机分析应用数据源的结构化数据环境。数据仓库研究和解决从数据库中获取信息的问题。数据仓库的特征在于面向主题、集成性、稳定性和时变性。数据仓库系统是一个信息提供平台，它从业务处理系统获得数据，主要以星型模型和雪花模型进行数据组织，并为用户提供多种手段从数据中获取信息和知识。充分结合我国供电企业实际背景，以分布式数据库为平台，采用数据仓库相关技术构建简单有效的金字塔式数据挖掘模型，从塔底到塔尖依次为县(区)、地市、省级多层分布式的数据仓库体系。基层县、市级供电单位的系统是建立在本地的配电管理系统基础之上的，在配电管理系统中已经为各种数据主题建立了统计分析主题数据库。在基层以上的省级管理单位则通过采集和汇总基层单位的主题数据库形成自己的统计分析数据基础。通过对省、地市两级分布式数据库采用数据抽取、分类发现、聚类和关联规则等数据挖掘技术，进行全局的数据统计和分析。（4）基于zigbee技术的无线自组织网络配电网无线自组织网络基于Zigbee技术。ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，由多到65000个无线数传模块组成一个无线网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络节点之间可以相互通信。与以语音通信为主的CDMA网络或GSM网络不同，ZigBee网络主要为工业现场自动化控制数据传输而建立，具有使用方便、工作可靠、价格低等特点。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传来的数据。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中