面向信息化時(shí)代的臺(tái)區(qū)線損異常治理方法

鄭建鋒， 艾鴻宇

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司衢州供電公司，浙江 衢州 324000)

0 引 言

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，迎來(lái)了信息化發(fā)展契機(jī)。電力系統(tǒng)中，臺(tái)區(qū)線損異常問(wèn)題仍然缺乏有效的治理方法。為此，現(xiàn)有技術(shù)研究出各種降低臺(tái)區(qū)線損的方案，文獻(xiàn)[1]通過(guò)臺(tái)區(qū)線損異常值，對(duì)線損故障位置直接定位，從而減少異常發(fā)生效率。這種方案在一定程度上雖然能夠降低線損治理的難度，但是對(duì)線損值的計(jì)算比較困難，不利于實(shí)時(shí)臺(tái)區(qū)線損治理。文獻(xiàn)[2]在營(yíng)配貫通的基礎(chǔ)上，建立數(shù)據(jù)融合業(yè)務(wù)平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)的處理完成臺(tái)區(qū)線損異常的治理。這種方案能夠提高線損異常管理水平，通過(guò)平臺(tái)計(jì)算能夠快速計(jì)算出線損率的結(jié)果，但這種方法數(shù)據(jù)較大，計(jì)算量比較大，當(dāng)個(gè)別區(qū)域臺(tái)區(qū)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，使用起來(lái)極為不便。

針對(duì)以上臺(tái)區(qū)線損治理方法的缺陷，本文通過(guò)目前信息化時(shí)代的快速通信，利用計(jì)算遷移能效算法對(duì)線損數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，應(yīng)用線損識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)線損異常工作的識(shí)別和定位，進(jìn)而設(shè)計(jì)出新型的臺(tái)區(qū)線損異常治理系統(tǒng)[3]。以此解決信息化時(shí)代臺(tái)區(qū)線損異常問(wèn)題，提高發(fā)電站的輸電能力，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 臺(tái)區(qū)線損異常治理系統(tǒng)

隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，信息通信更加快捷，信息更新速度加快，臺(tái)區(qū)線損異常的治理也要與時(shí)俱進(jìn)，臺(tái)區(qū)線損治理系統(tǒng)需要具備實(shí)時(shí)、快捷的特點(diǎn)[4]。為此，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和查閱文獻(xiàn)的方式，運(yùn)用多種關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)了面向信息化時(shí)代的臺(tái)區(qū)線損異常治理系統(tǒng)[5]。臺(tái)區(qū)線損異常治理總體框架如圖1所示。

圖1 區(qū)線損治理總體框架

本文研究的臺(tái)區(qū)線損異常治理運(yùn)用不同的步驟和多種關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)臺(tái)區(qū)線損數(shù)據(jù)采集技術(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和應(yīng)用，再通過(guò)臺(tái)區(qū)檢查完成臺(tái)區(qū)的設(shè)備狀態(tài)和資料錄用，然后通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸通道完成數(shù)據(jù)的傳輸，采集到的數(shù)據(jù)與臺(tái)區(qū)線損管理中心完成數(shù)據(jù)通信[6]。臺(tái)區(qū)外圍安裝有系統(tǒng)安全監(jiān)控設(shè)備，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，完成臺(tái)區(qū)信息的實(shí)時(shí)更新。通過(guò)臺(tái)區(qū)電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成電力數(shù)據(jù)與臺(tái)區(qū)線損管理中心的信息交互，即監(jiān)測(cè)單元把線損指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾碇行腫7]，管理中心將輸出的線損實(shí)際值傳遞到臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。另外設(shè)有臺(tái)區(qū)線損治理單元和臺(tái)區(qū)用戶電表，臺(tái)區(qū)線損治理單元把線損治理信息傳輸?shù)焦芾碇行倪M(jìn)行儲(chǔ)存。臺(tái)區(qū)用戶電表把用戶信息傳輸?shù)焦芾碇行模瑸榫€損分析提供數(shù)據(jù)驗(yàn)證。臺(tái)區(qū)線損管理中心通過(guò)計(jì)算遷移能效算法完成線損數(shù)據(jù)的處理，通過(guò)線損識(shí)別技術(shù)完成臺(tái)區(qū)線損的定位，線損數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理進(jìn)行線損率的分析，通過(guò)分析線損率找到故障原因，最后完成整個(gè)線損治理過(guò)程的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[8-9]。

2 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 線損識(shí)別技術(shù)

線損識(shí)別技術(shù)需要對(duì)線損數(shù)據(jù)提取三相電壓樣本，然后建立算法模型，對(duì)線損部位的識(shí)別主要通過(guò)迭代分類(lèi)算法完成，通過(guò)線損識(shí)別能夠?yàn)楹罄m(xù)線損異常治理提供數(shù)據(jù)支撐。線損識(shí)別技術(shù)過(guò)程如圖2所示。

圖2 線損識(shí)別技術(shù)過(guò)程

在線損識(shí)別技術(shù)應(yīng)用中，包括數(shù)據(jù)樣本和線損識(shí)別兩部分，數(shù)據(jù)樣本主要由迭代分類(lèi)算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建模，線損識(shí)別過(guò)程則從線損識(shí)別輸入開(kāi)始，利用算法識(shí)別線損，然后輸出線損狀態(tài)，再根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，最后完成線損信息的識(shí)別[10]。

線損識(shí)別技術(shù)主要利用迭代分類(lèi)算法，迭代分類(lèi)算法基于線損數(shù)據(jù)的特征問(wèn)題，利用算法模型進(jìn)行完整臺(tái)區(qū)和線損臺(tái)區(qū)的分類(lèi)。在迭代算法中，完整臺(tái)區(qū)線路權(quán)值連續(xù)增加，臺(tái)區(qū)線損數(shù)據(jù)權(quán)值斷續(xù)增加。根據(jù)兩者區(qū)別進(jìn)行分類(lèi)，從而組成集合如式(1)所示。

(1)

式中:x為待識(shí)別的臺(tái)區(qū)線路；p為線損矢量；θ為臺(tái)區(qū)線路損壞程度的極限值；f(x)為以臺(tái)區(qū)線路損壞前后特征區(qū)別提取的線損函數(shù)。

對(duì)線損集合進(jìn)一步處理，再根據(jù)數(shù)據(jù)樣本對(duì)線損權(quán)值進(jìn)行加權(quán)。加權(quán)函數(shù)建立模型式如(2)所示。

(2)

對(duì)臺(tái)區(qū)線路損壞數(shù)據(jù)模型函數(shù)進(jìn)行分析，得到臺(tái)區(qū)線路估算誤差，設(shè)為ωt,i，ωt,j，即線損安全誤差。通過(guò)臺(tái)區(qū)線損特征線損函數(shù)得到線損樣本，那么線損極限值對(duì)線損樣本的識(shí)別誤差為：

εi=min[S++(T--S-),S-+(T+-S+)]

(3)

式中：S為加權(quán)函數(shù)樣本的正負(fù)值；T為臺(tái)區(qū)線損函數(shù)模型的正負(fù)值。

根據(jù)線損樣本的識(shí)別誤差得到臺(tái)區(qū)線路分類(lèi)的對(duì)數(shù)值為：

(4)

式中：εt為線損樣本的識(shí)別誤差。根據(jù)式(4)得到線損分類(lèi)數(shù)據(jù)，然后綜合線損函數(shù)模型得到線損識(shí)別區(qū)分函數(shù)。

(5)

式中:αt為臺(tái)區(qū)線路分類(lèi)對(duì)數(shù)值；ht(x)為線路對(duì)線損時(shí)間的函數(shù)，通過(guò)二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行區(qū)分臺(tái)區(qū)線路是否損壞。式(5)為迭代分類(lèi)，在臺(tái)區(qū)線損識(shí)別的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)線損程度的區(qū)分完成線損的識(shí)別，為后續(xù)線損治理提供了數(shù)據(jù)的支撐。根據(jù)迭代分類(lèi)識(shí)別技術(shù)得到臺(tái)區(qū)線損識(shí)別樣本，如表1所示。

表1 臺(tái)區(qū)線損識(shí)別樣本表

通過(guò)對(duì)臺(tái)區(qū)范圍百條不同線路的多次掃描識(shí)別，定義線路錯(cuò)誤識(shí)別和線路漏識(shí)別為識(shí)別誤差。根據(jù)表1數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，識(shí)別誤差只有3%，這表明基于迭代分類(lèi)模型的線損識(shí)別技術(shù)準(zhǔn)確率達(dá)到97%以上，具有較高的準(zhǔn)確度。

2.2 計(jì)算遷移能效算法

計(jì)算遷移能效算法主要在于模型的建立，通過(guò)多種算法模型相互配合從而完成線損數(shù)據(jù)的分析。首先需要進(jìn)行執(zhí)行結(jié)構(gòu)的算法建模，假設(shè)線路為i條，臺(tái)區(qū)變壓器為s，則線路在臺(tái)區(qū)變壓器的執(zhí)行時(shí)間為：

TETc=tzi/CP+DSi,s/Bi,s

(6)

式中：TETc為線路總執(zhí)行時(shí)間；tzi/CP為變壓器執(zhí)行時(shí)間；DSi,s/Bi,s為電壓在電路上的運(yùn)輸時(shí)間。根據(jù)不同用戶所連接線路不同得到移動(dòng)端設(shè)備的總執(zhí)行時(shí)間TETm為：

(7)

式中:E為臺(tái)區(qū)總線路條數(shù)；Ti,m為臺(tái)區(qū)單條線路執(zhí)行時(shí)間的權(quán)值總和；k為臺(tái)區(qū)總用戶數(shù)量；q為臺(tái)區(qū)線路數(shù)據(jù)遷移量；k-q為移動(dòng)端用戶線損數(shù)據(jù)量。由此得到臺(tái)區(qū)線損執(zhí)行結(jié)構(gòu)模型時(shí)間為：

TET=TETc+TETm

(8)

臺(tái)區(qū)線路經(jīng)過(guò)執(zhí)行結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行應(yīng)用結(jié)構(gòu)建模，對(duì)臺(tái)區(qū)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，假設(shè)變壓器完成變壓處理時(shí)間為tj,c，臺(tái)區(qū)電壓傳輸時(shí)間為tj,m，兩者的遞推公式為：

tj,c=min{tj-1,c+cj,tj-1,m+mj+τj-1,j}

(9)

tj,m=min{tj-1,m+mj,tj-1,c+cj+τj-1,j}

(10)

式中：cj為線損數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間；mj為臺(tái)區(qū)用戶供電時(shí)間；τ為線損時(shí)間常數(shù)。

變電站經(jīng)過(guò)電纜完成電能的輸送，電纜所承受的壓力極限值為：

EC(i,s)=β×ET(i,s)

(11)

式中:β為電力臺(tái)區(qū)遷移常數(shù)。式(11)為臺(tái)區(qū)在電能應(yīng)用上的算法模型，然后進(jìn)行線損遷移建模，需要計(jì)算數(shù)據(jù)樣本傳輸時(shí)間的能耗問(wèn)題，即：

(12)

式中：DSj,s為線損數(shù)據(jù)遷移的樣本大小；PL為輸電線路承受能力。

臺(tái)區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸大多類(lèi)似，同樣的臺(tái)區(qū)線損傳輸能耗為：

(13)

式中：DSj,s,k為線損數(shù)據(jù)遷移量從變電站到用戶之間的數(shù)據(jù)大小；PS為輸電線路承受功率的大小。

通過(guò)以上算法模型的建立最終得到臺(tái)區(qū)線損在數(shù)據(jù)樣本基礎(chǔ)上的總體承受能耗為：

ENC=END+ENS

(14)

通過(guò)計(jì)算得到臺(tái)區(qū)線路所承受的能耗，從而確定線路是否存在問(wèn)題，為后續(xù)線損治理提供便利。

3 臺(tái)區(qū)線損治理流程

臺(tái)區(qū)線損異常治理需要經(jīng)過(guò)多種計(jì)算，過(guò)程比較復(fù)雜。本文主要運(yùn)用大量算法和各種模型進(jìn)行線損的數(shù)據(jù)處理，其中對(duì)臺(tái)區(qū)線損治理流程如圖3所示。

圖3 臺(tái)區(qū)線損治理流程圖

臺(tái)區(qū)線損系統(tǒng)首先需要確定臺(tái)區(qū)目標(biāo)，對(duì)臺(tái)區(qū)線路進(jìn)行實(shí)地考察，經(jīng)過(guò)考察設(shè)定線損目標(biāo)和臺(tái)區(qū)線路管理，在設(shè)定目標(biāo)之后進(jìn)行審核，指標(biāo)審核未通過(guò)需要進(jìn)行變電站輸送電壓，由變電站決定線路輸送電壓的大小。指標(biāo)審核通過(guò)就可以進(jìn)行臺(tái)區(qū)電路的核對(duì)，然后制訂線損治理方案，之后判定所制訂的方案是否有效，判定無(wú)效則需要重新進(jìn)行線路核對(duì)，判定有效可以對(duì)線損部位進(jìn)行精確治理，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，打印線損治理報(bào)告單。另外臺(tái)區(qū)線路管理需要進(jìn)行線路狀況的分析，分析的數(shù)據(jù)為變電站輸送電壓提供支撐。電壓輸送到臺(tái)區(qū)電路，通過(guò)線損指標(biāo)對(duì)比判定電路是否滿足要求，判定為否則需要重新制訂線損治理方案，判定為是則整個(gè)流程結(jié)束。

4 數(shù)據(jù)分析與仿真

本文通過(guò)實(shí)地考察和查閱資料，對(duì)線損電路進(jìn)行標(biāo)記和統(tǒng)計(jì)，列出10 kV線損電路的數(shù)據(jù)樣本,如表2所示。

表2 10 kV線損電路數(shù)據(jù)樣本

由表2的樣本數(shù)據(jù)可以看出，隨著電能輸送距離和線路承載能力的增加，線損率也是增加的，而且線損率和臺(tái)區(qū)電量的關(guān)系不是很大。

根據(jù)樣本數(shù)據(jù)，本次研究通過(guò)三種不同方案對(duì)線損電路進(jìn)行治理，為方便分析列出三種方案分壓統(tǒng)計(jì)條形圖，如圖4所示。

圖4 三種方案分壓統(tǒng)計(jì)條形圖

根據(jù)圖4可以看出，方案1和方案2的線損異常治理在臺(tái)區(qū)電壓方面線損率達(dá)到7%以上，而本設(shè)計(jì)方案只有5.5%。在線路電纜方面，方案1的線損率為6%，方案2為5.5%，兩者相差不多，但是本文方案只有4.5%左右。從臺(tái)區(qū)電壓和線路電纜兩方面來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)臺(tái)區(qū)線損的治理要優(yōu)于其他兩種方案。

為深入了解本文設(shè)計(jì)線損異常治理系統(tǒng)性能，利用仿真軟件將三種方案進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)線損波形圖能夠更全面地看出本設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。三種方案仿真圖如圖5所示。

圖5 三種方案線損仿真圖

從圖5可以看出:三種方法隨著臺(tái)區(qū)電壓的增加線損率都會(huì)相應(yīng)增加，但是方案1和方案2增加幅度明顯要比本文方案的增加幅度要大；而且在臺(tái)區(qū)電壓較低時(shí)本文方案的線損率也要比其他兩種方案要低。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，可以看出本文方案的臺(tái)區(qū)線損異常治理有明顯的優(yōu)越性，能夠解決目前信息化時(shí)代線損過(guò)大的問(wèn)題，證明了本研究的可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)信息化時(shí)代線損異常過(guò)大的問(wèn)題，利用線損識(shí)別技術(shù)和計(jì)算遷移能效算法，設(shè)計(jì)了臺(tái)區(qū)線損異常治理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)識(shí)別線損能力強(qiáng)，能夠有效降低線損率，不僅能夠解決傳統(tǒng)線損治理耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，而且能夠提高臺(tái)區(qū)電能輸送穩(wěn)定性。但是本文方案仍然存在一些技術(shù)上的問(wèn)題，對(duì)于臺(tái)區(qū)電壓過(guò)大的線路，本文方案作用并不是很大，而且不能提前預(yù)測(cè)線損異常的問(wèn)題，沒(méi)辦法做到提前對(duì)線損部位進(jìn)行定位。希望能夠設(shè)計(jì)一種線損預(yù)警裝置，保證臺(tái)區(qū)線路能夠提前預(yù)防，提前治理。