面向大數據技術的配電臺區線損管理

廣東電網有限責任公司湛江廉江供電局 張寧博

線損率是反映供電企業效率的綜合技術經濟指標，直接反映了企業的技術和管理水平。降損是服務碳達峰、碳中和，提高電能傳輸效率，貫徹落實國家節能減排政策的具體體現。鑒于廣東某市用戶類型多、供電區域復雜、線損問題風險高，廣東某市使用了線損統計分析的信息系統對實際線損率進行統計分析。精細化管理可有效且系統地提高電網中各類數據的專業管理和控制水平，在大量線損相關數據的基礎上對這些數據進行合理分析，可準確發現異常線損。對異常線損線路進行分析，有效指導降損方法，提高線損管理水平，提高線損合格率。

1 現狀分析

線損通常可簡化分為理論線損和管理線損。理論線損是根據電網物理特性，通過數學模型計算得出的線損值。目前理論線損的研究主要集中在利用電網拓撲、潮流計算等方法改進理論線損的計算方法，或根據機器學習算法處理歷史數據并預測臺區的線損，但對理論線損的研究減少了通常投資大、收益小的線損。電網的理論線損電量是通過該電網內所有元件損耗電量累加方式求得的，不同的電網元件需采用不同的算法進行線損理論計算。

管理線損是電能在電網傳輸過程中，由于計量、抄表、竊電及其他人為因素造成的電能損失。目前管理線損的研究主要集中在偷漏電和表計故障情況上，本文主要基于大數據技術對線損異常的臺區進行定位，分析線損異常原因，根據基于計量自動化系統采集數據的建議，利用自動最優聚類算法對用戶用電行為進行分類，建立各種線損之間的關系模型，得到配電網線損和臺區線損的線損分析和定位方法，實現線損異常的準確定位。

簡要分析臺區線損的影響因素，并在智能用電大數據分析的基礎上，從建立診斷模型、定義影響因素、提出解決方案等方面分析了線損管理對策。基于大數據基礎技術的運營、配送、調度數據智能匹配識別方案的應用算法流程，并提出利用相關分析算法和TF-IDF 算法自動識別線路變化和站線變化關系的錯誤數據，從而實現線損的準確定位。利用聚類算法和關聯分析方法對靜態和動態數據進行整合優化，實現臺區數據信息的深度挖掘，實現臺區線損管理的快速診斷、決策和智能控制。

2 線損分析及定位方法

目前對線損的研究大多是針對單一線損，缺乏對線損之間相關性的研究，各級線損間耦合性差，以實現站、線、變、戶逐步檢查關系，以實現準確的線損分析和異常定位目的。要充分利用信息系統產生的大量線損數據分析線損問題，以便準確定位異常線損、降低線損率，從而多方面解決線損問題。

2.1 數據處理

本文的基礎數據主要來源于計量自動化系統。同時整合營銷管理系統和配網GIS 系統對各類數據進行處理和分析，確保基礎數據的準確性和一致性。通過提高基礎數據的質量，重復驗證基礎數據，定期檢查問題，線損問題的閉環解決方案需要一系列的數據處理[1]。首先對輸入的基礎數據進行預處理，本文采用案例消除法和平方差替換法對數據進行預處理，根據不同站點的分類特點設置各種條件，如負荷類型、設備名稱、電氣參數等，并比較同一類別的線損類型是否一致。通過對站點進行分類找出合適的改善方法。修改數據并對這部分數據執行數據預處理。

案例消除法。是一種直接刪除異常數據的方法，不適用于數據量小的過程，這將影響樣本數量和最終的實驗結果，優點是可快速消除異常數據。本文中計量自動化系統采集的線損樣本數量相對較大，因此可采用機箱預處理方法進行數據預處理。

改進的平均替代法。均值替換法可彌補案例消除法的不足，案例消除法可能會錯誤地刪除有用的信息[2]。本文中數據都是數值數據，均值替換法可使用此類數據的平均值替換此類樣本中的其他數據，保證樣本數不減少。由于線損數據量很大，本文采用改進的均值替代法，為保證數據的穩定性，首先計算這類數據的方差，如顯示此類數據是穩定的則數據中心中的異常數據將替換為平均值；如這類數據顯示不穩定且方差較大，則選擇移除方法刪除數據，以確保基礎數據的穩定性和準確性。

2.2 線損診斷定位與分析

目前線損的診斷和定位主要分為三方面：首先根據臺區劃分判斷線損是否正常，然后對線損異常的線路區域進行診斷，最后給出診斷意見并提出個性化的解決方案。通過對計量自動化系統提出的海量線損數據進行預處理和信息挖掘，可根據客戶電價、用電量、負荷性質、用電時段、用戶需求等一系列因素，實現不同站點線損目標分類管理，結合臺區用電量、供電半徑和線徑等信息，計算不同類型臺區的線損標準值，據此判斷臺區線損是否異常。

在對廣東某市進行分析的基礎上，通過計量自動化系統采集25.5萬條數據，對所有用電負荷進行分類，最終將所有負荷分為6類。在確定六種負荷的前提下，通過計算六種負荷的線損標準值得到不同負荷條件下的線損標準值和標準差，從而判斷線損是否處于異常狀態，并對線路損傷進行量化，形成準確的線損診斷。通過分析臺區類型和線損率可準確定位臺區是否為異常線損區。對于線損異常臺區需分析線損異常的原因[3]。

理論線損：根據配電網的供電方式和結構線損計算公式也有所不同。因此采用改進的等效電阻法計算配電線路的線損理論計算公式：ΔA=NI2pjk2Rdzt×10-3，其中N 表示配電變壓器低壓出口電網的結構常數；I 表示低壓線路前端的平均負載電流；K 表示線路荷載曲線的特征系數；R 表示等效電阻；t 表示電網的實際運行時間。三相三線制N=3，三相四線制N=3.5，單相二線制N=2。分配線等效電阻的計算公式如式（1），其中Aj表示每個用戶的電能表電能，Ai表示某個電源電能表復制的電量之和；Rj表示某一導線的電阻值；Nj表示某條直線的結構常數。

技術線損：主要是指電能在電網傳輸過程中，由于傳輸介質固有的物理特性所產生的電能損耗。目前部分地區存在線路規劃不統一、電力負荷分散、變壓器供電半徑大、供電線路長等問題。特別是在農村地區線路老化、供電半徑過大、迂回供電、配變重過載或輕載不能達到經濟運行狀態等問題往往是突出問題。

表計故障線損：表計故障計量數據丟失主要是指在數據傳輸過程中由于通信故障引起的數據異常或數據丟失。通常情況下計量自動化系統的傳輸異常會導致系統中的數據丟失。恢復正常后系統會在線損統計中發現異常。有一段時間，線損數據沒有更新或數據有較大偏差或丟失，此時表計故障期間的數據需修復或消除。為減少系統故障對全線線損分析的影響，如果采集系統中的采集器發生故障或長時間運行，運維人員需到現場檢查情況，以便及時排除故障，減少影響。

新能源線路損耗：光伏、風電等新能源電站裝機容量有不同程度的增加，新能源輸出有功功率的增加也會引起電網無功功率趨勢的大幅波動。風力發電主要由風速決定，受環境影響很大。因此風電功率具有很強的不確定性，這就決定了風電場有功功率輸出具有很大的隨機性，它會隨著風速的變化而變化。它還將導致無功功率損耗的巨大變化，從而導致線損的增加。光伏發電和風力發電有很大的區別，白天功率因數相對穩定，基本在0.97和0.98之間。但無功功率補償的效果可能會受到光伏接入的影響。功率輸入對線損的影響可忽略不計，但在夜間光伏發電站將停止發電，這對電網的無功功率有很大影響、影響線損，因此新能源的接入可能會在很大程度上影響系統的無功功率，導致線損增加。

竊電線路損耗：目前在城市大部分地區的理論線損和技術線損都沒有改進的余地，減少線損主要是通過加強管理水平來實現的。加強線損管理水平的重點主要是防竊電。目前的竊電方法呈現出專業化趨勢，竊電證據更加隱蔽。在電力負荷分類、標準線損率和標準差的基礎上，建立了不同類型電力負荷的個性化用電模型，找出這類用戶的用電規律并跟蹤觀察一定時間段。歷史耗電數據大于或更明顯區別于同類型的耗電負荷。當其他線損異常的可能性被排除時，考慮是否存在竊取行為是很重要的。

3 線損管理方法

在對線路負荷分類和線損數據分享的基礎上確定線損率產生的原因，實現準確診斷和降低線損率。

規劃降損。目前部分地區存在線路規劃不統一、電力負荷分散、變壓器供電半徑大、供電線路長等問題。特別是在農村地區，線路殘舊、線徑小、供電半徑過大的問題往往是突出問題。規劃時應盡量滿足電力用戶的電力負荷開發要求，同時在規劃時應考慮發展問題，選擇合理的供電半徑。在配電網的規劃建設過程中應考慮綜合采取優化配電網結構、簡化電壓等級、縮短供電半徑、減少迂回線路等方法，選擇合適的導線截面、變壓器規格與容量，合理配備無功補償裝置等各類措施，來降低電網損耗。

技術降損。結合配電網的目標網架做好高損配變的更換工作，推廣應用節能變壓器、導線、金具等節能綠色設備，加強降損改造。加強設備的負荷管理、分析，定期開展設備的測溫、低電壓臺區、重過載或輕載配變、三相負荷不平衡臺區的治理。開展無功分析和專項整治，按照電源、電網、客戶補償相結合的原則合理布局和配置無功補償設備，實現無功分層分區平衡。

管理降損。規范電費抄核收作業，按自然月設定供售電量抄表周期，統一抄表例日，避免抄表不同期導致的線損率波動。采用“日監測、周發布、月復檢”的工作模式監測線損數據。充分運用計量自動化系統、營銷管理系統等信息化平臺開展線損異常的監測、線損異常原因的智能分析等工作。強化用電檢查和普查工作，建立線損異常分析與用電檢查工作的常態聯動機制，加大反竊電工作力度，盡最大努力減少“跑冒滴漏”。如確定臺區可能存在竊電，電監人員應及時到現場進行清查，確認是否存在竊電。應立即拍攝證據，包括照片、視頻等并應立即停止供電。根據有關規定對用電人應收取竊電費和違約電費，同時要根據實際情況嚴格檢查、嚴格計量管理，如在調查中達到立案標準將移交公安機關處理。

線損的其他管理方法。在實際工作中還要加強日常運維管理工作，做好運行方式管理，合理制定電網經濟運行方案。強化無功運行管理，充分利用無功補償容量，提高功率因數，合理調整電壓水平，降低運行損耗。同時及時準確上報營銷數據統計，進一步完善計量自動化系統，并加強線損指標的分析評估工作等。