融合海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)線(xiàn)損自動(dòng)定位方法

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司 毛王清

當(dāng)前，電力系統(tǒng)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)隨之逐漸復(fù)雜，使得配電網(wǎng)易出現(xiàn)線(xiàn)損的問(wèn)題，提高了配電網(wǎng)線(xiàn)損的管理難度，而配電網(wǎng)的線(xiàn)路損耗增加了能源的消耗，影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為國(guó)家電力資源帶來(lái)巨大的浪費(fèi)。線(xiàn)損的原因多種多樣，因此控制線(xiàn)路損耗首先需要確定引發(fā)因素，然后再有的放矢地逐個(gè)解決。針對(duì)于配電網(wǎng)輸電線(xiàn)路出現(xiàn)損耗異常時(shí)，溯源困難且定位不夠精準(zhǔn)的問(wèn)題，提出融合海量數(shù)據(jù)分析配電網(wǎng)線(xiàn)損，實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)損的自動(dòng)定位。海量數(shù)據(jù)主要是指時(shí)間維度數(shù)據(jù)和空間維度數(shù)據(jù)，通過(guò)融合這些歷史數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)深層次的挖掘，發(fā)現(xiàn)其中的潛在信息，達(dá)到為我所用的新興數(shù)據(jù)處理方法。通過(guò)配電網(wǎng)運(yùn)行歷史海量數(shù)據(jù)的挖掘處理，找出共性規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)線(xiàn)損的自動(dòng)定位，提高配電網(wǎng)維護(hù)、管理的科學(xué)化水平。

1 融合海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)線(xiàn)損分析與評(píng)估

1.1 融合海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)理論線(xiàn)損分析

首先，用分類(lèi)學(xué)的分類(lèi)缺陷系統(tǒng)分級(jí)器將目前遇到的損耗進(jìn)行區(qū)分，并根據(jù)它們的組成來(lái)評(píng)估。在分類(lèi)完畢的基礎(chǔ)上，特定出所有損害及傷害。

通常，對(duì)配電網(wǎng)線(xiàn)損主要分類(lèi)為以下三種：竊聽(tīng)線(xiàn)損、理論線(xiàn)損、通信線(xiàn)損。為準(zhǔn)備區(qū)分，還需要根據(jù)分類(lèi)準(zhǔn)則對(duì)線(xiàn)損進(jìn)一步精細(xì)化分類(lèi)，探尋出線(xiàn)損的細(xì)支方向布設(shè)線(xiàn)損。細(xì)支方向的中心目的為完全分解可降低線(xiàn)路損傷，分類(lèi)的依據(jù)是在產(chǎn)生符合某個(gè)測(cè)量條件的區(qū)域，改變可能的線(xiàn)損的狀態(tài)參數(shù)，其結(jié)果趨于相同的因素集合。

理論線(xiàn)性是由網(wǎng)絡(luò)本身的結(jié)構(gòu)決定的，裝置將不可避免地?fù)p害電力傳輸，主要與技術(shù)情況、工作方法和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中包括部分成本和固定的電力損失。目前常用的計(jì)算方式包括等距方法、抵抗平均方法。然而這些算法主要用于計(jì)算理論損失10kV內(nèi)的分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)，而在0.4kV低壓輸電網(wǎng)絡(luò)配置不同的輪廓中，沒(méi)有嚴(yán)格的直線(xiàn)負(fù)載分布和相互分配的不平衡。基于此，本文使用了一種改進(jìn)的等效電阻方法來(lái)計(jì)算理論線(xiàn)性的損失，以此來(lái)獲得相對(duì)精確的計(jì)算結(jié)果。配電網(wǎng)絡(luò)中變壓器和電線(xiàn)的等效電阻公式如下：

式中：Api為用戶(hù)通過(guò)i段線(xiàn)提供的有功功率；Aqi為用戶(hù)通過(guò)I段線(xiàn)供電的無(wú)功功率；Ri為I段電路電阻；Ap為配電變壓器低壓一側(cè)的出口處總功率；AQ為配電變壓器低壓一側(cè)出口處的總無(wú)功功率；n為低壓線(xiàn)路的總分段數(shù)。

假設(shè)計(jì)算當(dāng)中給出以下條件：（1）低電壓配電線(xiàn)路各個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷曲線(xiàn)基本形狀一致；（2）各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的功率表示數(shù)據(jù)出現(xiàn)相同數(shù)值；（3）各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓相同，無(wú)視降壓環(huán)節(jié)；（4）沿著線(xiàn)路荷載部分的分布有一定可循規(guī)則，可以滿(mǎn)足一部分的荷載在圖片上折線(xiàn)分布形狀統(tǒng)一。

改進(jìn)的低壓平臺(tái)區(qū)域等效電阻法公式如下：

式中：低電壓配電變壓器一側(cè)出口線(xiàn)路的數(shù)值構(gòu)造用N來(lái)表示，單相雙線(xiàn)制為2，三相三線(xiàn)制為3，三相四線(xiàn)制為3.5；Ipj代表平均電流；T指所用的時(shí)間；配電變壓器出口處系數(shù)曲線(xiàn)數(shù)值表示為K。

K值依照最低負(fù)荷率和平常負(fù)荷率兩種方向進(jìn)行計(jì)算。可是因?yàn)橛?jì)算的難度系數(shù)高，普遍使用表1所示的推薦理論來(lái)計(jì)算最終數(shù)據(jù)。

表1 最小負(fù)荷率K值對(duì)應(yīng)表

運(yùn)行數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)當(dāng)中對(duì)理論線(xiàn)損的部分差異可以省略，所以采用等效電阻法，來(lái)依照配電網(wǎng)的指定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和指定接線(xiàn)方法，計(jì)算配電網(wǎng)中變壓器和導(dǎo)線(xiàn)的相同效率電阻，以便于更加輕松地算出理論線(xiàn)損值進(jìn)行評(píng)估。

1.2 融合海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)通信和竊聽(tīng)線(xiàn)損

配電網(wǎng)通信計(jì)量系統(tǒng)每十五分鐘上傳一次實(shí)時(shí)數(shù)值，通信系統(tǒng)每三分鐘更新一次信息和狀態(tài)。如果通信系統(tǒng)的故障狀態(tài)有太大波動(dòng)，測(cè)量得來(lái)的數(shù)據(jù)不能在第一時(shí)間進(jìn)行更新，根據(jù)計(jì)量規(guī)則來(lái)看，數(shù)據(jù)在時(shí)間當(dāng)中存在斷層，那么最后一天的數(shù)據(jù)通過(guò)取加權(quán)平均值作為測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)被視為通信故障。當(dāng)通信系統(tǒng)的故障狀態(tài)恢復(fù)正常，通過(guò)分析時(shí)間序列數(shù)據(jù)，采用模糊擬合計(jì)算方法，有關(guān)聯(lián)的關(guān)系模型在具體時(shí)間下的曲線(xiàn)變化，實(shí)時(shí)歷史表現(xiàn)下的平均值在規(guī)定范圍內(nèi)所展現(xiàn)的線(xiàn)損數(shù)據(jù)表，得到了通信線(xiàn)路損耗時(shí)間和線(xiàn)路損耗值。

竊電中出現(xiàn)了損失，依據(jù)對(duì)每個(gè)用戶(hù)的用電情況和所得數(shù)據(jù)進(jìn)行大的分類(lèi)，篩選出具有類(lèi)似情況的用戶(hù)。對(duì)不相同種類(lèi)的用戶(hù)分別搭建出來(lái)一整套的用電模型，并對(duì)行為作出有針對(duì)性的分析研究，探尋用戶(hù)用電的規(guī)則律動(dòng)。若是一個(gè)用戶(hù)的電力損耗行為在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)不同于歷史電力用戶(hù)的消費(fèi)行為過(guò)大，電力使用的趨勢(shì)非常不同于相同類(lèi)型的用戶(hù)行為，這就可以判斷，用戶(hù)存在電力偷竊行為，運(yùn)行維修管理員就可以直接去檢查此用戶(hù)是否有偷電情況存在。

2 海量數(shù)據(jù)融合下配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備集成和互聯(lián)

配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備是集配電網(wǎng)監(jiān)控、運(yùn)行管理平臺(tái)、系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)、GIS地理信息管理平臺(tái)、配電網(wǎng)生產(chǎn)管理信息平臺(tái)、計(jì)量管理集成平臺(tái)、營(yíng)銷(xiāo)管理平臺(tái)、大客戶(hù)負(fù)荷管理和配電監(jiān)控平臺(tái)，與電能計(jì)量遙測(cè)平臺(tái)等緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫互聯(lián)，數(shù)據(jù)共享。自動(dòng)化配電系統(tǒng)的功能一般概括為基本和拓展兩個(gè)功能。配電SCADA、故障檢測(cè)等都屬于最基礎(chǔ)的功能，擴(kuò)展功能涵蓋了問(wèn)題阻斷、配電網(wǎng)的高端應(yīng)用等。配電網(wǎng)先進(jìn)應(yīng)用分析功能是配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心之一。作為決策和分析的輔助工具，可為配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度人員提供方便、高效的手段，挖掘配電網(wǎng)運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)的巨大潛力。這些功能一般用在配電故障的篩選之中。依照FTU和調(diào)度非手動(dòng)化主站的訊息轉(zhuǎn)載，分配了配電網(wǎng)的故障定位數(shù)據(jù)、隔離所需方案和恢復(fù)的操作方法，構(gòu)建雙層結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)信息交互架構(gòu)。以此集成和互聯(lián)形成的數(shù)據(jù)庫(kù)，所存儲(chǔ)的海量數(shù)據(jù)，是自動(dòng)定位的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 融合海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)線(xiàn)損自動(dòng)定位方法案例分析

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的融合海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)線(xiàn)損自動(dòng)定位方法的有效性和先進(jìn)性，以某區(qū)域配電網(wǎng)的實(shí)際情況作為測(cè)試用例。在配電網(wǎng)信息平臺(tái)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于Hadoop和Spark的平臺(tái)底層搭建數(shù)據(jù)庫(kù)，使用B/S模式結(jié)合數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層、應(yīng)用邏輯層和前端顯示層的體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多層面方案表述，使用組件開(kāi)發(fā)，采用表面對(duì)象分析方法，比較不同情況下用電數(shù)據(jù)，定位其中的線(xiàn)損點(diǎn)位。配電網(wǎng)中不同用電群體、不同時(shí)段的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

圖1 用戶(hù)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分析圖1數(shù)據(jù)，可以看出，所有造成線(xiàn)損的原因中通信異常和竊電損耗是最有影響力的，由此產(chǎn)生的線(xiàn)損也是最嚴(yán)重的，應(yīng)當(dāng)制定緊急措施加以解決。剩下的因素中，三相不平衡、功率因數(shù)超載或是輕載等影響結(jié)果處于可接受范圍，可以作為觀察項(xiàng)，綜合考慮配電網(wǎng)維護(hù)周期和成本因素?fù)駲C(jī)處理。超載、重載、輕載等影響處于理論正常水平，目前階段暫不處理。

通過(guò)上述實(shí)例，驗(yàn)證了融合海量數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)線(xiàn)損自動(dòng)定位方法的實(shí)用性，可以準(zhǔn)確地得到線(xiàn)損嚴(yán)重部位信息，為配電網(wǎng)的維護(hù)管理帶來(lái)便利。

結(jié)束語(yǔ)：基于大數(shù)據(jù)聚類(lèi)、相關(guān)性分析和挖掘算法，根據(jù)測(cè)量自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)站、線(xiàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析，從理論線(xiàn)損、通信線(xiàn)損和功率損耗，建立配電網(wǎng)線(xiàn)損和區(qū)域線(xiàn)損分析與定位方法，并基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)建方法，建立了準(zhǔn)確定位線(xiàn)損異常的自動(dòng)化運(yùn)維平臺(tái)。在今后的研究中，還需要根據(jù)實(shí)際使用的反饋情況，完善功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的智能、高效管理。