配電臺區異常線損動態判斷系統設計

丁 彬，戴 蘇，馬云龍，李 源，靳 翔

（1.國網江蘇省電力有限公司連云港供電分公司，江蘇連云港 222000；2.國網江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210000）

在配電過程中，由于電網的配電范圍較廣且用戶類型錯綜復雜，因此線路出現異常破損的因素十分多樣化[1-2]，導致后續出現的問題越來越棘手[3]，所以在電網配電中對電力線路變化進行監測，判斷每條線路的破損動態，提高配電臺區線損的管理效率以及工作質量。

崔振輝[4]等人利用線損模擬設備提取線損數據特征量，并對特征量進行統一化處理，生成特定的訓練集；其次在遺傳算法的基礎上，比較訓練集數據和正常數據，完成線損數據到數字信號的轉換，將線損數據轉換成數字信號進行輸出，實現異常線損動態判斷。楊婧[5]等人在自動化系統的基礎上，采集配電網數據，并依次對數據中的站、線、變以及戶數據進行處理；其次在自動聚類算法的幫助下將用戶用電種類進行劃分；最終通過隨機森林算法構建出電網中各個線損之間的關系模型，進而建立出配電臺區損耗的分析以及定位模型，實現異常線損動態判斷。但以上兩種方法沒有對系統的核心功能模塊仔細分析和設計，導致核心功能不完整，線損數據更新不及時，無法及時調整電量，導致線損誤差大、系統召回率低以及ROC 曲線較平緩。

為了解決上述方法中存在的問題，提出配電臺區異常線損動態判斷系統設計方法。

1 系統總體設計

配電臺區經常出現線路破損等問題，因此需要時刻對異常線損動態進行判斷[6-7]，從而對其進行細致檢測。在判斷異常線損過程中，必須遵守資源共享與可靠性等準則[8]，并通過電力系統管理對數據進行處理以及共享，而系統可靠性是以電力系統結果和基于電力技術為電力系統線損判斷提供保障，因此在電路線損判斷系統中設計出以線損管理要求為基礎的多個相應功能模塊。

1.1 電能質量管理模塊

電能質量管理模塊的主要作用是對配電臺區的線損進行實時的遠程監測，工作人員利用可視化窗口[9]對電路的電流數據、配電網臺區的電網數據與線路電壓數據進行觀察，電能質量模塊又可稱之為設備模塊，該模塊可保存電力設備內的基礎變量信息，并根據需要添加或刪減設備模塊。設備模塊的屬性框架如圖1 所示。

圖1 設備模塊的屬性框架圖

1.2 線損基礎信息管理功能模塊

線損基礎信息管理功能模塊的主要作用是對線路、變電站以及臺區中的數據進行修改和刪除，工作人員經過對數據的不斷更新將全新數據輸入到系統中，同時系統對數據進行監測[10-11]，最終通過驗證的數據被儲存到數據庫內。該模塊更新數據流程圖如圖2 所示。

圖2 數據更新流程圖

1.3 線損異常功能模塊

線損異常功能模塊的主要作用是仔細分析配電臺區中異常線損情況，將分析結果進行分類[12]，即篩選出超出正常指標的線損，并在線損指定指標以及線損率的基礎上描述出線損的整體走勢，進而為判斷異常線損動態打下基礎，根據該模塊對配電臺區異常線損動態進行分析和判斷，其過程如圖3 所示。

圖3 配電臺區異常線損動態判斷過程

2 系統核心功能模塊設計

通過對配電臺區異常線損動態判斷系統的整體分析，將系統的核心模塊進行細致地分析后對核心模塊進行設計，得到更為完整的系統。

2.1 線損基礎信息管理功能模塊

在線損基礎信息管理功能模塊中，不僅僅需要對各種數據進行編輯，還需對線損設置出考核單元以及考核電量。

2.1.1 變電站編輯模塊

變電站編輯模塊根據電網企業的制度等要求為變電站中的信息進行適當的增減以及修改等，并不斷更新聯動變電站，將更新后的信息傳輸給調度運行專業。

2.1.2 臺區編輯模塊

臺區編輯模塊同樣是根據電網要求進行數據更新，將更新后的數據傳輸[13]給營銷專業。

2.1.3 線路編輯模塊

線路編輯模塊在電網企業的要求下對數據進行更新，最終將更新后的數據傳輸給線路運行專業。

2.1.4 考核單元管理模塊

考核單元管理模塊是依據電網相應的制度和要求，根據配電網絡的拓撲關系進行設置的[14-15]。

2.1.5 考核電量管理功能模塊

考核電量管理功能模塊框架圖如圖4 所示。

圖4 考核電量管理功能模塊框架圖

1）電量獲取

在電表中通過抄取用戶所用電量獲取電力數據，并利用該數據對考核單元電量進行求解。

2）供售電量調整

在電網公司的要求下生成考核單元的電量負荷調整信息，即電力調整的時間、范圍以及電量等數據，根據調整的結果依次對考核單元中的電力進行相應的調整。

3）求解考核單元電量

在考核表采集電量以及用戶用電量的基礎上將考核單元中供電量以及用戶用電量進行比較。

考核電量管理功能模塊操作流程如圖5 所示。

圖5 考核電量管理功能模塊操作流程圖

2.2 線損異常功能模塊

2.2.1 線損統計功能模塊

線損統計功能模塊的主要功能就是根據用戶的用電量以及電網公司的供電計劃計算出指定供電指標值與實際供電指標值之差，依靠該差值可有效分析出配電臺區線損電量。最終得出電量查詢統計結果，其流程如圖6 所示。

圖6 線損統計查詢流程圖

根據上述流程判斷用戶認為合理的數據，得出正確的查詢結果。

2.2.2 線損異常功能模塊

線損異常功能模塊的主要作用是將可能存在線損的電路以及臺區進行判斷分析，將所有超出線損規定的電路以及配電臺區的線損率以及預測線損指標進行對比，描述出電力變化趨勢，根據此趨勢圖對配電臺區的異常線損動態進行判斷。該模塊框架圖如圖7 所示。

圖7 線損異常功能模塊框架圖

通過以上對配電臺區異常線損動態判斷系統內的核心模塊分析和設計即可保證線損檢測的準確性，將其添加到系統內，從而準確判斷異常線損動態。

3 實驗結果與分析

為了驗證配電臺區異常線損動態判斷系統設計方法的有效性，需對其性能進行測試，對三種方法線損誤差、系統召回率以及ROC 曲線三個指標進行測試，對比三種方法的結果，測試結果如下所示[16]。

3.1 線損誤差

在任意十組線路中對線損進行判斷，計算各個線路中每種方法的誤差，根據表1 可知，在每組實驗數據中所提方法的計算誤差均是最小的，其余兩種方法的誤差均不同程度地大于所提方法，尤其是文獻[5]方法的誤差，是三種方法誤差最大的，所提方法可將誤差降至最小，是因為在判斷異常線損動態過程中，對核心模塊進行細致的分析和設計，保證在判斷線損過程中數據的完整性和實時性，進而確保線損判斷結果更加準確，降低線損計算誤差。

表1 不同方法的線損計算誤差

3.2 系統召回率

召回率又稱為查全率，它是指判斷出的線損線路與所有線路的比值，其公式如下所示：

式中，FN 代表假陰性，TP 代表真陽性，Recall代表召回率。

三種方法的召回率如圖8 所示。

圖8 三種方法的召回率

三種線損判斷方法的召回率均會隨著檢測率的變化而改變，根據實驗結果可知，在檢測率較低時，線路破損判斷的召回率較低，且其隨著檢測率的增加而增大。當檢測率到20%時，三種方法的召回率最低，此時所提方法的召回率為9.4%，文獻[4]方法為6.8%，文獻[5]方法為7.3%，而檢測率達到100%時，所提方法的召回率達到了100.0%，而文獻方法的召回率僅為77.1%和86.9%，三種方法相比，所提方法的召回率均高于文獻方法，說明所提方法可以準確判斷出線損線路與所有線路的比值，從而將線路破損范圍縮小，同時保證破損線路的完整性，便于發現的破損線路。

3.3 ROC曲線

配電臺區異常線損與正常線路之間分布十分不平衡，為更好地判斷出配電臺區線損動態，可利用真正例率與反正例率之間的相對關系，即利用ROC 曲線進行描述，ROC 曲線下的面積越大即可代表該方法判斷出破損的準確率越高，其中真正例率的公式為：

式中，TPR 代表真正例率，FP 代表假陽性。

反正例率的公式為：

式中，FPR 代表反正例率，TN 代表真陰性。

三種方法的ROC 曲線如圖9 所示。

圖9 三種方法的ROC曲線

根據圖9 可知，三種方法中，所提方法的ROC 曲線面積最大，可證明所提方法正確判斷配電臺區線損動態數量最多，從而得出所提方法的準確性最高，該方法的系統性能最優。

4 結束語

在電網日益壯大的同時，配電臺區的配電工作量也在日益增多，各個線路電力工作量的增多導致電路更加容易破損，每個地區的用電監測也不盡相同。在用電監測過程中往往因為運行管理等問題會出現監測功能出現異常，且配電臺區在管理過程中，其內容錯綜復雜，數據雜亂無章，不易判斷目前異常線損動態，因此提出配電臺區異常線損動態判斷系統設計方法。該方法首先對異常線損動態判斷系統進行初步設計，其次對系統中的核心功能進行細致的設計，實現異常線損動態判斷，解決了線損誤差大、系統召回率低以及ROC 曲線較平緩的問題，保證電力系統各線損能被及時發現并治理，目前該方法是最優判斷線損程度的系統，但具體應用還需進一步探索。