基于多維數據特征高損臺區改造線損預測效益評估模型研究

國網張家界供電公司 吳邦飛

提高電能質量，降低電能損耗是電網企業的一項長期生產管理的重要任務，隨著電力體制改革的逐步深化，“減稅降費”力度進一步加大，電網企業經營壓力逐步增大，如何降低臺區線損率，減少電能損失，提升企業效益是一個亟須研究的課題。當前，電網企業基層單位在臺區線損治理方面面臨長期疑難高損臺區難治理，電量損失嚴重；缺少有效的低壓臺區理論線損計算方法和分析模型指導精準分析；現有線損分析方法主要對整臺區線損進行分析，缺失分相、分支進行分析；對高損臺區的改造的經濟效益情況缺乏有效的評估手段，無法做到精準投資改造等問題。

1 影響低壓臺區線損因素分析

1.1 技術因素

一是電網網架結構方面。主要影響因素為末端壓降、容載比、供電半徑等。其中，電壓層級主要為定性影響，根據標準電壓序列達標情況及非標準壓使用情況，查找對網架結構的影響；容載比結合電網負荷增長速度，核查是否合理；供電半徑根據供電半徑限值，對超標線路占比查看線路半徑合理性[1]。

二是電網設備選型方面。主要影響因素為配電線路、變壓器等設備選型情況。其中，輸送距離、配電線路供電半徑及導線截面等維度影響配電線路損耗；空負載損耗、短路阻抗設計值及容量方面對變壓器型式、臺數、容量影響網絡損耗。

三是電網運行方面。主要影響因素為電網負荷、三相不平衡度、功率因數等方面。負載區間運行時長對臺區線路負載率合理性選取的影響；三相負荷不平衡度對變壓器經濟運行的影響；無功補償裝置投切是否合理直接影響著損耗的高低。

1.2 管理因素

一是線損管理機制方面。線損管理工作要求、職責分工、管理流程、溝通機制、嚴禁事項等內容直接關系著線損的全鏈條、全過程、全環節管理，線損管理的好壞根本在于有無合理、健全、完善的線損管理機制。

二是基礎檔案管理方面。線路圖形端是否與現場一致、線變關系是否正確、模型配置是否合理、流程是否滯后、基本參數是否正確等實時影響著配電線路的日線損。

三是計量采集管理方面。計量裝置錯抄、漏抄、串抄、信號無法正常傳輸、偏遠地區信號差、時鐘超差、計量精度差錯等，均為引起關口、用戶、臺變等電量計算異常，進而影響線路線損率。

四是用戶竊電方面。客戶以逃避繳納電費為目的，對計量裝置進行人為干預、私自接線等違法操作，導致竊電客戶電量少記，線損電量突增。

五是考核激勵方面。獎懲考核機制力度不大、考核不及時，考核只進行獎勵不采取懲罰措施、考核范圍不足、考核指標設置不合理等均為影響線損的完成。

1.3 降低線損的技術措施

采用技術措施進行線損的控制是線損管理的重要組成部分，電網企業對這項工作較為重視，擬采取的主要技術降損措施主要有以下幾點。

1.3.1 對臺區內電網結構進行合理調整

電網結構的設計問題將會對電網線損造成極大的影響，其主要影響電網線損的方式是由于臺區配電站所規劃位置，而造成的供電半徑過大而引起的線路損耗過大問題，面對這樣的情況，首要的降損措施就是要合理的規劃供電站位置，有效地縮短供電半徑以減少輸電線路過長造成的線損增加[2]。

1.3.2 合理地對線路中的運行電壓進行調整

為了降低線路線損而進行的電壓調整是利用調相機手段對運行電壓進行調整，其中控制電壓與線路線損之間的互相關系如下式：

上式中，ΔP%為有功功率的損失率，a 代表著提高電壓的百分比，從式子計算過程中可以看出，若a 值增加則會造成P 值的減小，那么也就意味著在合理的范圍內提高線路內電壓能夠促進線損的降低，同時電壓增高也能提高線路輸電的能力，利于配電網供電半徑的擴大。

1.3.3 配電網的無功補償

對電網而言，變壓器本身的存在就是一個較大的負載，在變壓器運行中既會產生有功功率，也會產生無功功率。在線損的計算過程中，有功功率所消耗的電量形成對應的功能，而無功功率因為其不產生做功，就會造成線路內對應的有功損耗，同時這樣的損耗也會極大地影響電能的質量，故而電網在其運營過程中一般會對變壓器進行對應的無功補償以減少這部分線損，包括：低壓集中補償、變電站集中補償和用戶端隨機補償。

2 基于多維數據特征的高損臺區改造線損預測效益評估模型研究

2.1 多維數據特征指標

多維數據有多種，電氣特征數據如電壓、電流、功率，臺區基礎特征數據如線路長度、線路型號、供電半徑、變壓器容量、供電量、售電量、用戶負荷性質等。考慮這些特征數據指標對線損影響的大小、獲取的難易程度，選取功率因數、負載率和線路長度等作為臺區的電氣特征指標，構建了12個原始多維數據特征指標：首末端壓降、上網電量占比、末端電量占比，負載率、功率因數、負荷形狀系數、三相不平衡度、網架結構、供電半徑、臺區總用戶數、供電量和售電量。

2.2 線損預測模型設計思路

線損預測模模型設計主要依據電網公司現有線損管控系統功能上數據深入挖掘和擴展，通過對用電采集的電能量數據進行有效分析與計算后，計算出各個臺區的線損損耗。服務端應用程序將采用目前主流的JAVA 技術，SQL Server 據庫進行設計，同時采用現有的電力光纖網絡作為數據傳輸介質進行搭建數據共享的橋梁。系統整體設計采用在B/S三層架構基礎上擴展的多層B/S 結構，基于J2EE開發技術架構，使用Eclipse 等工具進行開發，考慮到不同業務對不同技術架構的適用性，在系統框架中兼容多層服務架構與B/S 和C/S 混合架構，同時系統采用分層結構開發和設計，依照界面、業務邏輯、數據、接口分離的系統內部松耦合原則，將整個系統劃分為界面層、業務邏輯層、數據訪問層和接口層。

各個不同的功能層次負責處理相應的系統功能，各自完成整個應用系統的各層次功能，最后實現供電臺區線損預測。通過理論探索與實證研究、系統分析與管理創新相結合的研究思路，對公司在線損管控方面有較強的指導意義和可操作性，有利于持續提高供電企業管理水平，改善企業經營效益，提高服務水平，完善電網結構，提高供電能力。

2.3 線損預測模型功能需求分析

本文中的基礎數據模塊與電氣數據模塊數據可以從電網公司現有的“一臺區一指標”營銷管理系統和用電采集系統中進行數據獲取，完成數據的調用，手動導入同步到線損預測模型系統中；線損預測模型系統中新增的信息將由本系統的維護人員在系統進行維護即可完成基礎數據操作，主要調用的數據如下所示。

一是關于基礎數據部分：本模塊的信息將引用“一臺區一指標”營銷管理系統和用電采集系統中的部分組織架構與臺區基礎信息。包含數據日期，市，縣，所，首末端壓降、上網電量占比、末端電量占比，負載率、功率因數、負荷形狀系數、三相不平衡度、網架結構、供電半徑、臺區總用戶數、供電量和售電量。

二是關于臺區合格區間數據部分：線損預測模型系統的電氣信息數據將引用用電采集系統中的曲線數據、歷史數據信息。包含數據日期，供電單位，縣級單位，供電所，臺區，臺區編碼，臺區標識，臺區類別，臺區責任人，供電量，售電量，線損電量，線損，理論線損率，數據情況，影響線損最大因子。

2.4 線損預測模型功能模塊設計

線損預測模型軟件由1個主模塊和4個子模塊組成。主模塊完成軟件執行的選擇控制功能；子模塊從主模塊調用。每個子模塊完成1個特定執行功能。4個子模塊分別為：數據導入模塊、數據查詢模塊、計算模塊、數據庫模塊。模型主程序流程圖如圖1所示。

圖1 模型主程序流程圖

2.4.1 數據導入模塊

數據導入功能是指，系統須針對面向非介入式負荷辨識的特征分析中所需的所有數據，提供在線和快速導入服務，將數據統一地導入到本系統中，作為數據在線分析的支持。系統的數據導入功能以EXCEL 表格文件的組織形式導入，系統需要支持對本地EXCEL 文件的上傳、內容格式檢查及識別，并將其保存到本系統中。

2.4.2 數據查詢模塊

由于本系統的元數據存儲基于Access 來實現，因此查詢模塊必須支持以關系數據庫作為元數據方案。此外，查詢模塊需要根據元數據信息，正確地規劃和執行查詢任務，并能實現結果數據的正確聚合和返回。

2.4.3 計算模塊

通過對導入的臺區電氣數據和基礎數據，探索臺區電氣特征指標分布及與線損率的關聯關系確立模型輸入。運用基于LightGBM 技術的臺區線損率計算方法，揭示電氣特征指標和模型參數選取對臺區線損率計算精度造成的影響，從而構建線損合理區間計算模型。

2.4.4 數據庫模塊

Access2010數據庫是Microsoft Office2010系列應用軟件中一個重要的組成部分，相對于其他的應用軟件，Access2010界面友好、操作相對簡單、功能較全面，系統提供了大量的工具和向導。

3 典型案例對比分析

本文以某市10個高損臺區在降損措施實施前后的線損率數據進行理論計算，首先導入（寫入）臺區實際參數信息，通過模型計算得出臺區線損，再通過修改特定參數信息（如改造某分支線路線徑、長度），在現有管理條件不改變，測算改造后的臺區線損率，再根據高損臺區改造實施后線損結果與測算值比較，進而驗證臺區線損測算模型精準性，不斷試驗修完善測算模型，并提供了對應的降損方案。

3.1 降低三相不平衡度情況

降低三相不平衡度對比線損變化情況。以臺區1300343831為例，2022年3月12日的線損率為14.04%，而理論線損率應為4.2%，該臺區的三相不平衡度為71.3%，通過減少10%的三相不平衡度，則模型計算的理論線損率為3.36%，在原模型計算線損率基礎上降低了0.84%，同樣方法對其余9個臺區計算結果見表1。

表1 降低三相不平衡度對線損的影響

3.2 改變首末端壓降情況

改變首末端壓降對比線損變化情況。以臺區1300350525為例，其2022年3月5日的實測線損率為8.92%，理論線損率應為4.4%，臺區的首末端壓降為6.61V，降低4V 的首末端壓降后，模型計算的理論線損率為3.63%，在模型計算線損率基礎上降低了0.77%，其余9個臺區線損率均不同程度降低，計算結果見表2。

表2 改變首末端壓降對線損的影響

4 結語

本文對某市低壓電臺區進行了相關研究，建立了基于多維數據特征的高損臺區改造線損預測效益評估模型，通過運用線損模型預測，指導電網基層單位根據多損電量、理論線損、改造投入、經濟效益等因素綜合評估開展臺區降損改造，以實現精準改造，精準降損，提高投資效益的精益化管理目標，為電網企業降損增效，提質增效提供有力保障。