基于人工智能的配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計研究

林樹青

摘要：在配電網(wǎng)運行過程中經(jīng)常會發(fā)生設(shè)備負載的現(xiàn)象，如若不能夠?qū)ω撦d設(shè)備進行及時維護的話，那么將會造成極其嚴重的影響，該文根據(jù)對配電網(wǎng)設(shè)備負載率預(yù)測中框架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)清洗、聚類分析、關(guān)聯(lián)分析以及配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警模型的構(gòu)建的研究分析發(fā)現(xiàn)，只有合理對基于人工智能的配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)進行具體的研究應(yīng)用，才能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)設(shè)備的負載率進行監(jiān)測，從而保證配電網(wǎng)設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：人工智能;配電網(wǎng)設(shè)備;負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng);監(jiān)測

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）16-0108-03

在配電網(wǎng)運行過程中會經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備重過載的現(xiàn)象，而如若不能夠及時對其進行發(fā)現(xiàn)且制止的話，那么配電網(wǎng)設(shè)備在重過載運行狀態(tài)過程中將有很大的可能性發(fā)生各種各樣的故障，甚至還可能直接威脅配電網(wǎng)的正常運行，對整個配電網(wǎng)的正常運行都造成較為嚴重的影響。隨著人工智能技術(shù)的愈加成熟，在各行各業(yè)中都有了較為重要的應(yīng)用，配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)便是基于人工智能技術(shù)設(shè)計而成的一套應(yīng)用在配電網(wǎng)中的自動化系統(tǒng)，能夠有效地對配電網(wǎng)設(shè)備負載率進行監(jiān)測，防止配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)重過載現(xiàn)象，最大程度上保證配電網(wǎng)設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。

現(xiàn)階段國內(nèi)外相關(guān)單位對于配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的研究也越來越重視，該系統(tǒng)的實現(xiàn)應(yīng)用能夠很大程度上提升配電網(wǎng)的運行效率和運行安全。雖然我國相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，但是在系統(tǒng)大體構(gòu)造以及功能上已經(jīng)沒有太大的問題。配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)所涉及的技術(shù)范圍較為廣泛，其中應(yīng)用最為重要的便是人工智能技術(shù)，根據(jù)人工智能技術(shù)設(shè)計而成的配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)將更加智能化，其對于人力的依賴性將更低一些，同時所有配電網(wǎng)設(shè)備負載率監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果也將具有較高的精準(zhǔn)性，可以說，其根據(jù)原理通過相關(guān)技術(shù)的利用能夠?qū)崿F(xiàn)具體的預(yù)警功能，因此可以看出配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)是具有技術(shù)可行性的。

1 系統(tǒng)設(shè)計

配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、故障診斷和故障預(yù)警的功能作用。當(dāng)配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備負載率出現(xiàn)重過載現(xiàn)象的時候，配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警平臺便會自動發(fā)出警報，從而達到預(yù)警目的。

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)[1]

配電網(wǎng)在運行過程中，如果設(shè)備負載率過高的話，將會使得設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性大幅度提升，整個配電網(wǎng)都將會出現(xiàn)較大的安全隱患，而將配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用到配電系統(tǒng)中則能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)設(shè)備的負載率進行實時的監(jiān)測和分析，一旦配電設(shè)備負載率出現(xiàn)特殊情況，那么系統(tǒng)便會立即發(fā)出警報，提醒工作人員對預(yù)警部位進行檢查維修，從而達到提升配電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的目的。

1.2 配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的組成

配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)是利用計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進技術(shù)形成的配電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)平臺，其中主要分為設(shè)備負載率預(yù)測和設(shè)備重過載狀態(tài)判斷預(yù)警兩大模塊。配電網(wǎng)設(shè)備負載率預(yù)測模塊主要實現(xiàn)對配電網(wǎng)設(shè)備正常運行所產(chǎn)生的負載率進行預(yù)測，其不僅能夠有效辨別出環(huán)境干擾因素，而且還可以保證配電網(wǎng)設(shè)備的監(jiān)測負載率的精準(zhǔn)性。配電網(wǎng)設(shè)備重過載預(yù)警模塊主要實現(xiàn)對配電網(wǎng)設(shè)備的負載率進行分析的作用，一旦配電網(wǎng)設(shè)備的負載率達到重過載狀態(tài)，那么配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)平臺便會立即發(fā)出警報，而且工作人員也能夠根據(jù)平臺上的監(jiān)測信息來判斷出現(xiàn)問題設(shè)備的具體位置和情況[2]。

1.3 配電網(wǎng)設(shè)備負載率預(yù)測框架

配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)中的配電網(wǎng)負載率預(yù)測框架大致分為數(shù)據(jù)清洗、聚類分析、關(guān)聯(lián)分析等。其中數(shù)據(jù)清洗主要指對所監(jiān)測收集到的所有配電網(wǎng)設(shè)備相關(guān)信息數(shù)據(jù)進行初步挑選，排除沒有利用價值的無用信息，保留配電網(wǎng)設(shè)備負載率相關(guān)數(shù)據(jù)，從而以此來達到為下一步數(shù)據(jù)分析提供較為可靠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的目的。而聚類分析則是可以根據(jù)不同用戶的不同用電需求對其相關(guān)配電變壓器進行分類監(jiān)測，確保所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理性和科學(xué)性。關(guān)聯(lián)分析則將配電網(wǎng)設(shè)備負載率等信息數(shù)據(jù)與自然因素等關(guān)聯(lián)起來進行分析，以此達到降低監(jiān)測失誤可能性的目的。

1.4 配電網(wǎng)設(shè)備重過載預(yù)警框架[3]

配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)能夠根據(jù)配電網(wǎng)元件的運行負載率進行及時監(jiān)測和分析，判斷其是否存在重過載的現(xiàn)象，一旦配電網(wǎng)元件出現(xiàn)重過載現(xiàn)象，那么配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)便會自動發(fā)出警報，以此來達到確保配電網(wǎng)元件一直處于安全運行狀態(tài)的目的。配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警框架分為對象過濾和狀態(tài)預(yù)警兩大模塊，其中對象過濾主要針對的是在配電網(wǎng)元件過載率所有數(shù)據(jù)進行篩選過濾，將一些與元件重過載分析沒有任何關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進行排除，篩選出具有一定價值的對象數(shù)據(jù)。而狀態(tài)預(yù)警則是配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警功能作用發(fā)揮的重中之重，其能夠根據(jù)對象過濾后的配電網(wǎng)元件過載率數(shù)據(jù)進行實時分析，一旦配電網(wǎng)元件出現(xiàn)重過載現(xiàn)象，那么其便會立即發(fā)出警報，這樣的話，工作人員便需要對配電網(wǎng)元件工作狀態(tài)進行調(diào)整，從而確保配電網(wǎng)元件運行的穩(wěn)定性。

2 配電網(wǎng)設(shè)備負載率預(yù)測

配電網(wǎng)設(shè)備負載率預(yù)測作為配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的系統(tǒng)目標(biāo)主要是通過預(yù)測框架結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)清洗、聚類分析和關(guān)聯(lián)分析等功能實現(xiàn)的。如若配電網(wǎng)設(shè)備負載率過高的話將意味著其處于超負荷工作狀態(tài)中，而這個狀態(tài)的配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性也將會大幅度提升，只有根據(jù)實際情況及時做出調(diào)整，才能夠最大程度上保證配電網(wǎng)設(shè)備的運行安全。

2.1 數(shù)據(jù)清洗

依據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)進行配電網(wǎng)設(shè)備負載率預(yù)測的時候可能會遇到數(shù)據(jù)值出現(xiàn)異常丟失的情況，而在數(shù)據(jù)清洗中發(fā)現(xiàn)這種情況的話便需要對丟失的數(shù)據(jù)進行補充，根據(jù)預(yù)測需求的不同對數(shù)據(jù)補充的情況也有所不同，一般情況下配電網(wǎng)設(shè)備負載率數(shù)據(jù)缺失區(qū)間是不得超過1h或者1d的，如若超過的話，那么便需要在進行數(shù)據(jù)清洗的時候使用前一個小時或者前一天的運行數(shù)據(jù)進行補充，從而以此來達到讓配電網(wǎng)設(shè)備負載率處于規(guī)律發(fā)展?fàn)顟B(tài)的目的[4]。大多數(shù)配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對歷史時序數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗的要求都是缺失區(qū)間不能超過一個月，若超過一個月的話，那么這條歷史時序數(shù)據(jù)將會被丟棄，無法投入應(yīng)用之中。

2.2 聚類分析[5]

根據(jù)用戶用電需求的不同將配電網(wǎng)配電變壓器分為住宅類、商業(yè)類和混用類三種，每種配電變壓器的屬性和運行效率都是有所不同的，所監(jiān)測出來的運行數(shù)據(jù)自然也存在較大區(qū)別。為了保證所有監(jiān)測信息數(shù)據(jù)分析的可行性和科學(xué)性，需要依靠配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)中的聚類分析功能將不同種類的配電變壓器進行自動識別分類。聚類分析的功能主要依靠鑒別不同種類配電變壓器的負載率曲線周期特征來實現(xiàn)，商業(yè)類的配電變壓器負載率相對來說要平穩(wěn)一些，這是因為其長時間處于運行狀態(tài)之中，而住宅類的配電變壓器則普遍出現(xiàn)高峰期和平臺型，混用類配電變壓器的識別是最高難度的，只能夠根據(jù)判斷其是否滿足住宅類和商業(yè)類配電變壓器負載率曲線的共同特征來進行分辨。

2.3 關(guān)聯(lián)分析

配電網(wǎng)設(shè)備的負載率跟其運行環(huán)境也有著較大的關(guān)聯(lián)，配電網(wǎng)設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)在一定程度上也會受到溫度、濕度等自然環(huán)境因素的影響，而通過配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對配電網(wǎng)設(shè)備負載率進行監(jiān)測的話則也需要對其造成影響的各方面因素進行分析。根據(jù)有關(guān)研究數(shù)據(jù)可以得知，配電網(wǎng)設(shè)備負載率與溫度、濕度之間的關(guān)聯(lián)性要大一些，溫度、濕度越高的話，配電網(wǎng)設(shè)備負載率相比平時來說也要高一些，而配電網(wǎng)設(shè)備負載率與氣壓之間的關(guān)聯(lián)性將小一些。雖然也會受到一定程度的影響，但是這種影響范圍卻具有較大的局限性。配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)分析便是基于配電網(wǎng)設(shè)備負載率監(jiān)測信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對相關(guān)自然因素進行分析，以此來進一步確保配電網(wǎng)設(shè)備的運行安全[6]。

2.3.1 自然因素

配電網(wǎng)是處于長期運行狀態(tài)之中的，其可能面臨各種各樣的惡劣天氣，不管是風(fēng)雨天氣因素還是雷電等自然災(zāi)害都會對配電網(wǎng)造成一定的安全威脅。而且不同地區(qū)的溫度、濕度也是不同的，這對于配電網(wǎng)設(shè)備的運行來說也有著一定的影響，配電網(wǎng)設(shè)備如若長期處于較為惡劣的自然環(huán)境中，那么其發(fā)生故障的可能性也將會大幅度增加，同時配電網(wǎng)設(shè)備的運行負載率也將會因為這些因素出現(xiàn)上升或者下降的現(xiàn)象，這對于配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的功能作用發(fā)揮來說有著一定的影響。

2.3.2 電氣設(shè)備自身缺陷

電氣設(shè)備自身存在缺陷的話也會對配電網(wǎng)的運行造成較大的影響，如若所應(yīng)用的配電網(wǎng)電氣設(shè)備年限較長，自身各方面都存在問題的話，那么在應(yīng)用過程中配電網(wǎng)設(shè)備的負載率將可能會經(jīng)常出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其出現(xiàn)故障的可能性也會大幅度地提升。

2.3.3 人為因素[7]

人為因素主要分為外力破壞和人為操作失誤兩種，其中外力破壞的話指配電網(wǎng)電氣設(shè)備、線路等遭受暴力損壞，而人為操作失誤指工作人員操作不規(guī)范引起配電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障等現(xiàn)象。人為因素在配電網(wǎng)風(fēng)險來源中占據(jù)著較大的比例，只有通過加強日常的管理監(jiān)督，才能夠降低人為因素導(dǎo)致的配電網(wǎng)出現(xiàn)故障的可能性。

3 配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警[8]

隨著社會的快速發(fā)展以及不同地區(qū)發(fā)展不均衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，對于配電需求也是處于不斷增長的狀態(tài)，而且在進行配電網(wǎng)建設(shè)的時候也可能會由于各方面因素導(dǎo)致無法滿足所有用戶的用電需求，且在配電過程中還可能會發(fā)生各種各樣的突發(fā)情況，這都會對配電網(wǎng)的正常運行造成較大的影響。當(dāng)配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對設(shè)備負載率進行實時監(jiān)測后，其元件重過載預(yù)警功能便能夠?qū)λa(chǎn)生的相應(yīng)數(shù)據(jù)對象進行過濾，從而根據(jù)最終的數(shù)據(jù)判定結(jié)果來實現(xiàn)預(yù)警的目的。

3.1 對象過濾

通過配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)進行配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警的時候，最關(guān)鍵的便是需要對所監(jiān)測的配電網(wǎng)元件負載率數(shù)據(jù)進行對象過濾，根據(jù)實際應(yīng)用需求一般情況下能夠?qū)⒇撦d率指標(biāo)設(shè)置為二級監(jiān)測指標(biāo)和二級關(guān)注狀態(tài)，從而實現(xiàn)過濾出重點關(guān)注對象的目的。根據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對象過濾的分析，配電網(wǎng)設(shè)備在過去一周內(nèi)的最高負載率不超過50%便屬于二級監(jiān)測指標(biāo)和二級關(guān)注狀態(tài)，說明配電網(wǎng)設(shè)備的運行處于二級運行安全范圍之內(nèi)，并沒有太大的運行風(fēng)險，而如若是超過50%的話[9]，那么便意味著配電網(wǎng)設(shè)備負載率數(shù)據(jù)符合一級監(jiān)測指標(biāo)和一級關(guān)注狀態(tài)，這個狀態(tài)的配電網(wǎng)設(shè)備便屬于重過載運行狀態(tài)，具有較大的安全風(fēng)險。如若不能夠根據(jù)實際監(jiān)測分析情況對配電網(wǎng)設(shè)備進行運行問題排除的話，那么便可能會使得配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性大幅度提升，嚴重威脅到整個配電網(wǎng)的正常運行。

3.2 狀態(tài)預(yù)警[10]

根據(jù)配電網(wǎng)元件負載率的預(yù)測值判斷配電變壓器、線路的運行狀態(tài)，其中輕載、臨界、重載、過載的設(shè)定如下：輕載狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負載率預(yù)測值小于60%，臨界狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負載率預(yù)測值大于等于60%且小于70%，重載狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負載率預(yù)測值大于等于70%且小于100%，過載狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負載率預(yù)測值則大于100%。利用配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)在對配電網(wǎng)元件進行負載率監(jiān)測的時候，便能夠根據(jù)預(yù)測值判斷配電網(wǎng)元件處于何種負載狀態(tài)中，并對其不同時間段內(nèi)形成不同負載狀態(tài)的所有數(shù)據(jù)情況進行具體的整合和分析，最大程度上保證了配電網(wǎng)元件運行狀態(tài)的實時把控。

4 結(jié)束語

總而言之，配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)在配電網(wǎng)運行過程中有著極其重要的應(yīng)用，其能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)設(shè)備的負載率做到實時監(jiān)測，有利于保證配電網(wǎng)設(shè)備運行過程中的穩(wěn)定性和安全性。而且基于人工智能的配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)完全地將人力解放了出來，其智能化和自動化的工作模式在保證工作質(zhì)量的同時降低了工作人員的工作壓力，可以說配電網(wǎng)設(shè)備負載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用能夠從根本上推動電力行業(yè)更加快速發(fā)展。

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