大數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)低電壓評估中的應(yīng)用

于永軍 祁曉笑 南東亮 亢朋朋 秦艷輝

（國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，烏魯木齊 830012）

近年來，隨著用電負(fù)荷的迅猛增長，全國各地的配電網(wǎng)層面（含中壓和低壓）均出現(xiàn)了不同程度的低電壓現(xiàn)象。低電壓一方面影響普通電器的正常和有效工作，對于使用變頻設(shè)備的工廠，還會造成生產(chǎn)中斷（變頻器對電壓幅度比較敏感）。

對于低電壓現(xiàn)象，國網(wǎng)公司一直比較重視。每年，各縣市局均會安排一定的資金用于配變增容、無功補(bǔ)償、重負(fù)荷線路分流等項(xiàng)目。但這個工作從本質(zhì)上講具有滯后性，即往往出現(xiàn)了低電壓情況（至少是苗頭）才會立項(xiàng)改造。為了更好地解決配網(wǎng)層面的低電壓問題，我們需要構(gòu)建一個基于大數(shù)據(jù)的多維度評估模型，用盡可能多的配網(wǎng)數(shù)據(jù)（既包括運(yùn)行數(shù)據(jù)，也包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)）來預(yù)先評價(jià)已有配電網(wǎng)或?qū)⒔ㄅ潆娋W(wǎng)出現(xiàn)低電壓的可能性，以期為合理安排技改項(xiàng)目提供科學(xué)依據(jù)。

1 配電網(wǎng)低電壓的可能因素

關(guān)于配電網(wǎng)的電壓合格率，一般涉及的是C類和D類。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下可能造成低電壓的原因。

1）管理因素。目前，10kV用戶的配變和臺區(qū)配變基本為五檔無載調(diào)壓型。電網(wǎng)負(fù)荷處于時(shí)刻變化之中（特別有些地區(qū)的負(fù)荷季節(jié)落差很大），再科學(xué)的設(shè)計(jì)也不可能讓既有電網(wǎng)兼顧所有負(fù)荷狀態(tài)。這就要求配電設(shè)備管理人員根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，并及時(shí)調(diào)整配變分接頭，以使電壓保持在合理區(qū)間。做不到這一點(diǎn)，電壓合格率（特別是D類）將會不理想。

2）線路設(shè)備因素[1]。配電網(wǎng)因點(diǎn)多面廣（特別是農(nóng)網(wǎng)），難免存在設(shè)備通流能力跟不上負(fù)荷增長的情況。如線路線徑過小、供電半徑過長、配變?nèi)萘窟^小、無功補(bǔ)償不足等。

3）接線不合理[2]。主要指農(nóng)村低壓線路的接線，因其為三相四線型，很多施工人員會習(xí)慣在靠近電桿的導(dǎo)線上接線，容易造成三相不平衡。

分析配電網(wǎng)低壓的可能因素，主要是為了在運(yùn)用大數(shù)據(jù)的時(shí)候具有方向性。

2 基于大數(shù)據(jù)的多維度評估方法

多維度評估方法是指以各類可獲取數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分層，然后運(yùn)用模糊綜合評判方法，逐層評估，最終得到被評估線路（或臺區(qū)）進(jìn)行低電壓治理的方略。

2.1 維度的確立和分層

眾所周知，配電網(wǎng)從設(shè)計(jì)到運(yùn)行會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，如線路規(guī)格、沿線配置、線路負(fù)載、故障次數(shù)、用戶投訴、電壓監(jiān)測情況等等。從理論上講，這些數(shù)據(jù)必然從某個方面反映著配網(wǎng)的健康狀況。我們的首要任務(wù)就是將可獲取數(shù)據(jù)（要求量化）進(jìn)行聚類。以典型的 10kV公用配網(wǎng)線路（含臺區(qū)）為例，其大數(shù)據(jù)維度劃分如圖1所示。

圖1 配網(wǎng)大數(shù)據(jù)層次劃分

相關(guān)說明：①“線徑大小”、“供電半徑”以及“配變?nèi)萘俊本?xì)化到支線；②“電壓監(jiān)測”指設(shè)置在變電所10kV母線、用戶10kV母線以及臺區(qū)首末端等處的電壓監(jiān)測儀所上傳的電壓合格率數(shù)據(jù)；③“故障次數(shù)”指因線路或配變通流能力不足而導(dǎo)致的損壞，而不包括外力、雷擊等因素造成的故障；④“電流情況”指調(diào)度 SCADA系統(tǒng)以及配網(wǎng)自動化裝置（如有）采集到的線路電流，反映負(fù)載狀況；⑤“低壓投訴”95598接到的低電壓報(bào)告；⑥“變頻跳閘”指 10kV用戶因電壓下降而中斷的生產(chǎn)次數(shù)。

2.2 各維度的評估

在完成大數(shù)據(jù)分層之后，就要建立對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)的模型。限于篇幅，文章將從第三層次維度、第二層次維度中各選一個來作評估介紹，其余可類推。

1）第三層次維度，選配變?nèi)萘渴欠窈侠碜鲈u估

配變承擔(dān)著電能供出的任務(wù)，配變?nèi)萘坎蛔銓母旧舷拗齐妷旱奶６渥內(nèi)萘颗渲门c臺區(qū)負(fù)荷密切相關(guān)。鑒于目前能在線獲取的電氣量信息較為豐富，因此可以建立科學(xué)的負(fù)荷預(yù)測模型來為配變?nèi)萘吭u價(jià)作輔助決策。筆者認(rèn)為：基于大數(shù)據(jù)的負(fù)荷預(yù)測應(yīng)綜合確定性預(yù)測方法和不確定性預(yù)測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，將兩者有機(jī)結(jié)合，如圖2所示。

圖2 基于大數(shù)據(jù)的臺區(qū)負(fù)荷預(yù)測方法

在用圖2模型求得負(fù)荷預(yù)測后，將預(yù)測值與配變?nèi)萘孔鞅葘Γa(chǎn)生三類評估等級：①好；指配變?nèi)萘恳院艽笤６却笥谪?fù)荷預(yù)測。②中；指配變?nèi)萘颗c負(fù)荷預(yù)測想接近。③差；指配變?nèi)萘啃∮谪?fù)荷預(yù)測。

2）第二層次維度，選“采集數(shù)據(jù)”做評估

由圖1可知，“采集數(shù)據(jù)”維度主要包含了“電壓監(jiān)測”、“電流情況”以及“故障次數(shù)”等分維度。假設(shè)分維度已經(jīng)評估完畢，即各自產(chǎn)生如“配變?nèi)萘俊痹u估相類似的評估結(jié)果，如“故障次數(shù)”可評估為“正常”、“一般”、“不正常”等三個狀態(tài)。顯然，第二層次維度與它所包含的第三層次維度間存在模糊關(guān)系，因此考慮用模糊綜合評判模型來進(jìn)行本項(xiàng)評估[3]。

（1）建立因素集：

∪ = {電壓監(jiān)測u1，故障次數(shù)u2，電流情況u3}

（2）建立評價(jià)集：V= {v1，v2，v3}；vi(i=1,2,3)的意義見表1。

表1 模糊綜合評判中評價(jià)集意義

（4）選擇一定人數(shù)專家，由其建立評判矩陣：

式中，rij為專家中認(rèn)為因素ui造成“采集數(shù)據(jù)”維度被評估為vj的人數(shù)比例。

（5）得出綜合評判結(jié)果

2.3 所有要素的組合

由前文內(nèi)容可知，基于大數(shù)據(jù)的低電壓評估，首先是完成第三層次維度的評估并得到三個檔次的結(jié)果；然后運(yùn)用模糊綜合評判去完成第二層次維度的評估，也得到三個檔次的結(jié)果。我們不妨認(rèn)為：代表正常含義（或與此類似含義，以下同）的標(biāo)定為 X，代表一般含義的標(biāo)定為 Y，代表不正常含義的標(biāo)定為 Z。這樣，三個第二層次維度就可組合出一個擁有27種可能的總維度評估結(jié)果，詳見表2。

表2 總維度評估的可能組合

相關(guān)解析：線路參數(shù)是最主要的硬件，其評估結(jié)果為正常，說明電網(wǎng)有較大潛力，低電壓出現(xiàn)可能性不大，或者低電壓為極短時(shí)現(xiàn)象，因此網(wǎng)絡(luò)無需做改動；線路參數(shù)一般，說明電網(wǎng)接近低電壓區(qū)域，但不是很嚴(yán)重，則應(yīng)視不同區(qū)域采集數(shù)據(jù)和用戶感知情況，進(jìn)行針對性調(diào)整，如將某段線路進(jìn)行調(diào)線、某段線路的三相負(fù)荷進(jìn)行重新分配、配變分接頭加強(qiáng)調(diào)節(jié)等；線路參數(shù)不正常，說明電網(wǎng)已不能承受正常負(fù)荷，低電壓現(xiàn)象肯定大面積出現(xiàn)，因此應(yīng)安排計(jì)劃進(jìn)行全線改造。

3 相關(guān)案例

以浙江東部某縣供電公司為例，2013年原本計(jì)劃用于低電壓改造的項(xiàng)目為 79小項(xiàng)，預(yù)計(jì)資金為3450萬元。

在采用上文展示的評估模型后，項(xiàng)目縮減至49項(xiàng)，資金也節(jié)省至2587萬元。顯著提升了投資有效性。相關(guān)結(jié)果見表3（節(jié)選）。

表3 案例部分結(jié)果

4 結(jié)論

基于大數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)低電壓評估方法能有效評價(jià)低電壓的嚴(yán)重程度，以及評估出是挖掘電網(wǎng)潛力還是改造電網(wǎng)來應(yīng)對低電壓，對項(xiàng)目投資具有重要的輔助決策意義，是一種值得推廣的方法。另外，這種方法將配電網(wǎng)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類聯(lián)系，有利于從更深的層次上加強(qiáng)配網(wǎng)建設(shè)。當(dāng)然，本方法也有一些缺點(diǎn)：如第三層次維度劃分不夠細(xì)，第二層次維度數(shù)量偏少等。這需要在以后的研究中加以改進(jìn)。

[1] 嚴(yán)寒榕. 基于大數(shù)據(jù)的多維度評估模型探討[J]. 通信世界, 2014, 42(6): 4-6.

[2] 孟祥萍, 片兆宇, 張龍斌, 等. 基于母線間脆弱信息協(xié)調(diào)的配電網(wǎng)低電壓風(fēng)險(xiǎn)評估[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2012,42(7): 219-223.

[3] 阮韜. 如何解決農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓問題的探討[J].科技風(fēng), 2011, 21(3): 43-45.