配網運維中配網自動化技術的應用分析

倪玉玲

（國網江蘇省電力有限公司營銷服務中心，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著能源需求的不斷增長和分布式能源資源的普及，電力配網的復雜性和挑戰性不斷增加。傳統的電力配網系統在應對這些挑戰方面存在局限性，因此需要使用更加智能和高效的方法來保障電力的穩定供應。目前，配網自動化技術逐漸嶄露頭角，為電力配網的運維提供了新方案。

1 配網自動化技術的應用優勢

配網自動化技術的應用優勢主要包括以下幾點：第一，能夠實時采集電力配網系統各個節點的數據，包括電流、電壓及負載等信息，使運維人員能夠準確了解電網狀態；第二，通過傳感器和監測設備采集數據，減少人工干預可能引起的失誤，確保數據的精確性；第三，可以分析和建模大量數據，識別潛在問題、趨勢和模式，及時發現問題并采取措施[1]；第四，運維人員可以遠程訪問和查看配網數據，無須親臨現場，提高運維效率，縮短響應時間；第五，通過分析數據判斷電力設備故障原因，包括線路斷路和設備故障等，有助于提前采取措施預防停電和處理故障；第六，可以實施預測性維護，識別設備的潛在故障，降低維修成本；第七，可以存儲歷史數據并建立數據存檔，分析趨勢和變化，滿足監管要求；第八，提供數據可視化工具，使運維人員更易理解和分析數據[2]。配網自動化系統結構如圖1 所示。

圖1 配網自動化系統結構

2 配網運維中配網自動化技術的應用要點與措施

2.1 需求分析和規劃

2.1.1 需求分析

首先，明確需要解決的電網問題，包括電力供應不穩定、負載不平衡、電網過載及設備故障等。其次，聽取電力公司和運維部門的需求和建議，了解他們需要增加哪些功能來提高電網的效率和可靠性[3]。例如，是否需要實時監控、負載管理、故障檢測以及遠程操作等功能。再次，確定需要采集的數據類型和頻率，包括電流、電壓、頻率、功率因數、負載信息及設備狀態等數據[4]。根據數據的精確性和實時性確定通信要求，包括數據傳輸速度、網絡帶寬及通信協議等，提高通信網絡的可用性和可靠性，并確保數據和系統的安全。最后，采取數據加密、身份驗證、訪問控制等安全措施，了解有關數據隱私和網絡安全的法規要求，并考慮未來的擴展需求。系統應具備足夠的可擴展性，以適應電網的增長和新技術的引入[5]。

2.1.2 需求規劃

首先，確定項目范圍，包括系統覆蓋范圍、所需設備、數據采集點和通信基礎設施等。要明確項目邊界，以便進行有效的規劃和控制；制定項目時間表，包括項目啟動、需求分析、設計、實施、測試、培訓及驗收等各個階段的時間安排，確保項目按時完成；確定項目預算，包括硬件、軟件、人力資源及通信成本等，考慮預算限制，制定財務計劃，分配適當的人力資源和技術資源來執行項目。

其次，確定項目團隊的成員和角色，為他們提供培訓和技術支持。預測項目可能面臨的風險，制定風險管理計劃；考慮可能出現的問題和挑戰，制定應急計劃；根據需求分析的結果選擇適當的硬件技術和軟件技術，確保選擇的技術能夠滿足項目需求[6]。

最后，建立項目監控體系，追蹤項目進度和質量。定期評估項目效果，收集反饋信息，以便進行改進和調整；確保項目遵守相關法規和標準，特別是數據隱私和網絡安全的法規；確保項目的合規性，防止潛在的法律問題；定義項目驗收標準，確保項目達到預期目標；進行驗收測試和評估，以驗證系統的功能和性能。

2.2 網絡和通信架構

在建立網絡和通信架構時，需要選擇適當的通信協議。通信協議是數據傳輸的規則和約定，影響數據的可靠性、速度和安全。常見的通信協議包括Modbus、DNP3 及IEC 61850 等。選擇協議需要考慮系統需求、設備支持和網絡拓撲。通信網絡的拓撲結構包括星型、總線型、環型以及網狀等。拓撲結構的選擇取決于系統的復雜性、可靠性和可擴展性[7]。對于大型電力配網，通常采用冗余的網狀拓撲結構，確保數據傳輸可靠性和速度的同時滿足帶寬需求。不同的應用環境可能需要不同的傳輸速度和帶寬。例如，實時監測需要更快的傳輸速度，而歷史數據存儲需要更大的帶寬，確保網絡能夠滿足數據傳輸要求，避免數據延遲或丟失。選擇合適的通信設備和硬件組件，包括路由器、交換機、傳感器及數據采集單元等，確保這些設備能夠支持所選的通信協議和網絡拓撲結構具備足夠的性能和可靠性。通信安全是網絡和通信架構設計的關鍵，通過采取適當的安全措施，包括數據加密、身份驗證和訪問控制等，確保數據的機密性和完整性?？紤]網絡防火墻和入侵檢測系統等安全設備的部署，進行遠程監控和操作，確保網絡和通信架構支持遠程訪問和控制功能。這可能需要使用虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN），以確保遠程訪問和控制的安全[8]?？紤]網絡和通信架構的故障恢復和冗余性，使用備份通信路徑或冗余設備，確保網絡或設備故障時數據傳輸不受影響。建立故障檢測和自動切換機制，設置網絡監控和管理系統，實時監測網絡性能和設備狀態，確保及時發現并解決網絡問題，增強系統的可靠性和穩定性。

2.3 數據處理與分析

2.3.1 數據采集與處理

配網自動化系統通過傳感器和監測設備實時采集電網數據，包括電壓、電流、頻率及功率因數等。高頻率采集這些數據并傳輸到數據中心或云平臺，確保數據的準確性和實時性。除了實時數據，系統還會存儲歷史數據，用于后續分析和比較。歷史數據包括電網的運行記錄、故障事件和負荷曲線等，用于識別潛在問題和優化電網性能。數據處理過程可以通過算法和模型實現數據清洗和質量控制，去除異常數據和噪聲，確保數據的可靠性和一致性。聚合和壓縮大規模數據，以降低存儲和傳輸成本[9]。數據聚合可以將高頻率的數據轉化為低頻率的匯總數據，如按小時或按日進行聚合。系統實時監測數據流，以檢測和處理緊急事件，如設備故障和電網過載等，觸發自動操作或向運維人員發出警報。

2.3.2 數據分析

首先，系統可以利用實時數據和歷史數據監測電網狀態，包括電壓穩定性、負載均衡及頻率控制等，及時發現異常情況并采取處理措施。通過數據分析可以發現電網故障并確定其位置，分析電流、電壓和事件數據定位故障點，加速故障恢復。其次，系統可以根據歷史負荷數據和氣象信息預測負荷，有助于電力公司規劃電力供應，減少負載不平衡和過載風險。數據分析可以用于優化能源分配，通過調整電力分配策略減少能源損失并降低能源浪費，從而提高電網效率。運維人員可以根據數據分析結果制定合理的維護計劃、設備更換策略和電網擴展計劃。數據分析結果通常以報告和可視化形式呈現，包括實時儀表板、趨勢圖及熱力圖等，以便決策者和運維人員理解和利用數據。最后，系統可以利用數據分析和機器學習算法進行預測性維護，及時發現設備故障，減少停電時間，降低維修成本。數據分析可以監測潛在的網絡攻擊和異常行為，保護電網安全。配網自動化主站數據處理流程如圖2 所示。

圖2 配網自動化主站數據處理流程

2.4 安全和隱私保護

2.4.1 安全保護

為確保數據在傳輸過程中不被未經授權的用戶訪問或攻擊者竊取，可以使用安全套接層/傳輸層安全（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security，SSL/TLS）等加密協議保護通信數據的機密性和完整性。配網網絡的數據和系統需要嚴格控制訪問，只有授權的工程師和操作人員才能訪問關鍵設備和數據，包括身份驗證、角色管理和權限控制等。在配網網絡的通信基礎設施上實施網絡安全措施，包括防火墻、入侵檢測系統（Intrusion Detection Systems，IDS）和入侵預防系統（Intrusion Prevention System，IPS），有助于識別和應對網絡攻擊[10]。設備的物理安全是關鍵點，運維人員可以采用物理鎖定、訪問控制和監控攝像等措施，防止未經授權的人員物理接觸關鍵設備。。

2.4.2 隱私保護

遵循數據最小化原則，只收集和存儲必要數據，不收集與運維任務無關的個人信息。對不需要特定個人身份的相關數據，可以通過脫敏和聚合等技術實現匿名化措施，降低數據的敏感度。配網網絡運維應提供清晰和透明的隱私政策，向相關方說明數據的收集、存儲和使用方式。用戶和相關方應容易訪問并理解隱私政策，遵循國際和本地的隱私法規，確保在運維過程合規處理數據的同時滿足法律要求。

3 結 論

配網自動化技術是電力行業的重要發展方向，有助于提高電網的可靠性、效率和安全。在實施配網自動化技術時，電力公司需要重視數據采集與處理、數據分析和應用以及安全和隱私保護等，確保電網的穩定運行和用戶的隱私安全，更好地滿足用戶需求，提高市場競爭力，助力電力產業的可持續發展。