顾金梅

（国网河北省电力有限公司阜平县供电分公司，河北 保定 073200）

0 引 言

随着社会的发展和电力需求的增加，传统电力系统逐渐面临着多种挑战[1]。但是，电力系统的传统架构在面对不断增加的能源需求和新兴技术时，显得不够灵活和高效，且电力系统涉及多种类型的数据，包括电力负荷、电力质量、设备状态等，如何有效地采集、存储和分析这些多样性的数据也是一个挑战，因此构建智慧化电网成为电力行业的重要发展方向[2-4]。智慧化电网的构建面临以下问题：智慧化电网需要高效可靠的通信架构，以便实时传输数据和指令，通信网络设计比较复杂；数据传输时的数据质量会影响电力系统的信息处理效果[5]。合理设计通信架构可以实现数据的高效传输和实时监测，确保电力系统的稳定运行，还有助于减少能源浪费和成本。数据预处理可以提高电力数据的质量，减少噪声和异常数据的影响，从而更准确地分析电力系统的状态和性能。基于此，研究在结合电力和用电信息采集的技术背景下，提出使用预处理技术和优化通信架构的智能化电网构建技术，以期为电力行业提供可行的技术参考。

1 电力结合用电信息采集的智能化电网构建技术

1.1 智能化电网中用电信息采集数据预处理技术

随着计算机技术的发展，电网系统逐渐向智能化发展[6-7]。智能化的电网系统中，电力和用电信息是不可缺少的关键信息[8]。但是用电信息数据通常体积较大，且在大量数据中存在缺乏价值的冗余数据，需要进行预处理[9]。文章在用电信息采集过程的基础上考虑通信方式，设计用电信息采集数据预处理方法，流程如图1 所示。

图1 用电信息采集数据的预处理流程

由图1 可见，用电信息采集数据的预处理可以分为数据收集、数据探索和数据预处理3 大环节。收集数据时，由配电变压器端的集中器完成数据采集和主站传输。由系统初步判断所采集到中数据包含的异常情况和潜在关系，之后进行重复值、缺失值和异常值的处理。电压数据缺失值填补计算的公式为

式中：Ui表示缺失的电压数据；i-1 表示缺失数据所处时刻的前一时刻；i+1 表示缺失数据所处时刻的下一时刻。电流数据缺失值填补的计算公式为

式中：Ii表示缺失的电压数据。预处理数据后，电网系统能够以更高的效率完成相关任务。

1.2 电力结合用电信息采集的智能化电网系统架构

智能化电网系统为电力系统的操作者提供更高质量的数据信息和更便捷的操作手段[10]。在分析电网系统作用的基础上，提出电力结合用电信息采集的智能化电网系统方案。其中，采集层由计量设备和采集终端完成对数据的收集和预处理；通信层使用无线公网、光纤专网、无线专网等实现通信，将采集层数据传输主站层中；主站层依靠通信层传入的数据进行功能的实现。智能化电网系统中的数据架构由支撑数据域、客户数据域和统计分析数据域组成主架构，由组织数据域、电网数据域、量测数据域组成副架构。智能化电网系统中网络架构的主网络接入千兆以太网，以确保系统中大量数据传输的较低时延。运行时需要确保各级使用节点接入通信信道。智能化电网的通信架构如图2 所示。

图2 智能化电网系统通信架构

由图2 可见，构建的智能化电网系统的通信架构由前置通信模块与通信平台层相结合构成。通信平台层包括规约解析层、通信控制层和通信适配层3 个子层。设置额外空余结构以方便多重通信方式的接入，通信平台层中各子层都是动态连接。通信适配层将底层数据的链路连接起来。规约解析层提供解析动态链接库以适配不同种类通信。通信控制层在接口位置将未运行的通信方式进行返回。为提升系统的拓展能力，在新的通信终端接入时需要判断通信底层架构。如果底层架构不是传统的传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）网络，则需要在底层动态链接库中加入支持规则。通过所构建的系统通信架构结合编程语言框架完成对智能化电网系统的设计，实现在电力结合用电信息技术下的电网管理。

2 电力结合用电信息采集的智能化电网有效性分析

为分析电力结合用电信息采集的智能化电网构建技术的有效性，研究选取使用不同通信类型的阿尔法集群和布拉沃集群目标点集群作为测试对象。获取文章设计方法的智能化电网系统运行数据，并进行分析。测试系统运行过程中的数据传输稳定性，结果如图3 所示。

图3 数据传输稳定性测试

由图3 可见，智能化电网系统在针对不同目标点集群和不同通信类型时的数据传输速率有所差别。由图3（a）可知，40 s 的传输过程中，数据传输速率在490 Mb/s 附近波动，最高达到521 Mb/s，最低为454 Mb/s。由图3（b）可知，40 s 的传输过程中，数据传输速率在380 Mb/s 附近波动，最高达到406 Mb/s，最低为352 Mb/s。虽然数据传输速率存在差别，但是2 种通信类型下的数据传输速率波动幅度都保持在100 Mb/s 以内，说明系统进行数据传输时具有较强稳定性。提取阿尔法集群的典型功率特征，结果如图4所示。

图4 典型功率特征提取结果

由图4 可见，在阿尔法集群中，电力结合用电信息采集的智能化电网方法从多条所收集的数据中成功提取出3 类典型功率特征。第一类数据整体保持较低功率，在第47 个监测时间点达到功率谷值，约0.12 kW；第二类数据整体保持较低功率，较第一类数据稍高，在第75 个监测时间点达到功率峰值，约1.09 kW；第三类数据有较大波动，在第43 个监测时间点达到功率峰值，约4.01 kW。系统成功提取不同类型数据特征，说明研究方法能够有效处理电网数据。

3 结 论

性能优秀的智慧电网系统能够帮助系统操作者做出更准确的判断。文章利用电力结合用电信息采集构建智慧化电网系统。过程中以3 个环节设计了智慧电网系统的数据预处理流程，将系统所采集到数据转化为可进行分析计算的数据，之后设计了系统的主要运行方案，并在方案基础上搭建了智能化电网系统通信架构。实验结果表明，研究方法在阿尔法集群和布拉沃集群中的数据传输速率都保持在352 Mb/s 以上；在提取典型功率特征时，电力结合用电信息采集的智能化电网构建方法提取出了3 类特征，并绘制出特征曲线表现特征的数值走向。结果说明研究方法构建智慧电网系统具有较好的性能，但是研究仅搭建了框架，后续将针对技术手段展开研究，以提升方法的性能。