數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用探討

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局 段 斐

1 數(shù)字化電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中信息處理方法分析

1.1 關(guān)聯(lián)規(guī)則算法

數(shù)字化電網(wǎng)規(guī)劃過程中，主要通過關(guān)聯(lián)規(guī)則計算的方式完成數(shù)據(jù)的云挖掘，其中關(guān)聯(lián)規(guī)則算法適用于數(shù)字化電網(wǎng)規(guī)劃的原因在于：電網(wǎng)中各信息之間具備一定的關(guān)聯(lián)性，能夠以數(shù)學(xué)計算的形式獲取電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)的運作模式，以及相關(guān)的轉(zhuǎn)變規(guī)律等。

其中，關(guān)聯(lián)規(guī)則算法以產(chǎn)生關(guān)聯(lián)規(guī)則運行算法時的基本流程如下。首先，需要針對項目集進行生成處理，在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)庫進行掃描，觀察項目集的出現(xiàn)頻次，針對頻繁集進行保留，對不頻繁的項目集進行舍棄，同時反復(fù)進行上述過程，隨著項目集大小的不斷增加，使算法能夠針對數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則進行進一步識別與分析。在數(shù)字化電網(wǎng)中，判斷數(shù)據(jù)挖掘的規(guī)則信息是否具備關(guān)聯(lián)規(guī)則，則判斷最小置信度閾值是否滿足條件，即0＜min_sup ＜1時，最小閾值代表著子信息集中被認可的最低頻率信息。其中，0＜min_sup ＜1是常用的最小閾值表達形式。

1.2 數(shù)字化電網(wǎng)信息特征提取

數(shù)字化電網(wǎng)異常信息獲取的步驟主要為：首先是提取電網(wǎng)中的異常數(shù)據(jù)信息，而后傳輸至算法中，其次利用關(guān)聯(lián)規(guī)則算法對提取出的電網(wǎng)中的異常信息進行數(shù)據(jù)挖掘分析，而后自適應(yīng)處理采集到的價值位置信息，最后獲得所需的電網(wǎng)中的特征分量信息。

其中，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則算法挖掘異常信息數(shù)據(jù)特征的數(shù)理形式如下：若x1代表數(shù)字化電網(wǎng)中的信息，g（x1）代表信息分類等級，那么獲得的判斷數(shù)字化電網(wǎng)中異常信息的公式則為，若g（x1）≤200，則r（x1）=1；若200＜g（x1）≤1000，那么r（x1）=2；若g（x1）＞1000，則r（x1）=3。基于數(shù)據(jù)充足，提取數(shù)字化信息特征，即：X（m）=Aa×e-j，式中：Aa是電網(wǎng)信息對應(yīng)樣本信息方差，M 代表關(guān)聯(lián)規(guī)則信息對應(yīng)函數(shù)。率先提取電網(wǎng)系統(tǒng)中的異常信息，隨后實施分析。

1.3 數(shù)字化電網(wǎng)信息特征關(guān)聯(lián)計算

數(shù)字化電網(wǎng)中關(guān)于電網(wǎng)信息特征的數(shù)據(jù)云挖掘操作，離不開信息類別的判斷、信息特征的識別以及關(guān)聯(lián)度的計算，三者一同組成了數(shù)字化電網(wǎng)信息特征關(guān)聯(lián)計算的基礎(chǔ)。若xi、xj=任意信息值，r=距離閾值，當(dāng)|xi-xj|＜r 時，能夠獲得包含信息頻率H、獨立關(guān)系K（xi）在內(nèi)的關(guān)聯(lián)函數(shù)；若ni=信息特征，fij=關(guān)聯(lián)信息i 在總信息集di出現(xiàn)的次數(shù)，fik=關(guān)聯(lián)信息i 在子信息集k 出現(xiàn)的次數(shù)，則能夠獲得包括關(guān)聯(lián)函數(shù)在內(nèi)的信息加權(quán)結(jié)果的函數(shù)公式。

總的來說，數(shù)字化電網(wǎng)規(guī)劃中，信息關(guān)聯(lián)的判斷以及數(shù)據(jù)挖掘工作，離不開以關(guān)聯(lián)規(guī)則算法為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)建模環(huán)節(jié)。通過一系列建模操作，最終能夠獲得數(shù)據(jù)挖掘的信息分析結(jié)構(gòu)，而后為數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供相對精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考[1]。

2 數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)框架設(shè)計

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

作為未來電網(wǎng)系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢以及發(fā)展方向，數(shù)字化電網(wǎng)需要多元化的技術(shù)作為基礎(chǔ)和支持。例如，在信號采集與回路驅(qū)動層面，引進了微處理技術(shù)、傳感器技術(shù)以及PLC 控制技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)控層面，引進了標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)接口同時采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保障了電網(wǎng)信號傳輸效率與準(zhǔn)確性。系統(tǒng)硬件體系涵蓋顯示器、客戶端以及數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)部件構(gòu)成，對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要針對各種網(wǎng)絡(luò)需求進行及時響應(yīng)處理，數(shù)據(jù)庫針對電力工程專業(yè)數(shù)據(jù)以及地理信息實施全面整合調(diào)度、存儲，客戶端負責(zé)發(fā)送相關(guān)調(diào)度指令，并針對各種外部需求信息實施采集、處理，顯示裝置應(yīng)該迎合多場景呈現(xiàn)訴求，設(shè)計遠程、便捷展示圖形，提高需求響應(yīng)效率，提高數(shù)據(jù)可靠性[2]。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

作為電網(wǎng)管理規(guī)劃的另一項重要組成部分，軟件架構(gòu)的設(shè)計同樣具有重要作用。數(shù)字化電網(wǎng)平臺建設(shè)過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)以用戶實際需求為核心，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進行協(xié)調(diào)，綜合運用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、國土資源信息以及林業(yè)資源信息為電網(wǎng)規(guī)劃方案提供支持。

3 數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中的數(shù)據(jù)設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)種類

受到電網(wǎng)服務(wù)對象以及業(yè)務(wù)內(nèi)容等相關(guān)因素的影響，其建設(shè)規(guī)劃過程當(dāng)中所涉及的數(shù)據(jù)信息類別較為多元，形態(tài)較為復(fù)雜，因此在規(guī)劃方案構(gòu)建的同時，技術(shù)團隊?wèi)?yīng)當(dāng)基于統(tǒng)一的數(shù)字化平臺，分別針對其信息化需求、電氣功能需求以及成本需求進行綜合測算，并給出可視化的建設(shè)解決方案。

如某電力工程中，新增66條輸電走廊、8個輸電網(wǎng)變電站以及6個配電網(wǎng)變電站，計劃投資總額達到7984萬元，在輸電網(wǎng)間線路工程中投入4849萬元，在配電網(wǎng)以及輸電網(wǎng)線路中投入1529萬元，在負荷及配電線路中投入233萬元，其中配電網(wǎng)以及輸電網(wǎng)對應(yīng)變電站建設(shè)分別投資1141萬元以及232萬元[3]。此次工程相關(guān)數(shù)據(jù)如下：線路平均負載20.87%、線路重載2.41%、線路輕載82.07%、線路潮流不均勻度19.05%、變電站平均負載率29.18%、變電站重載率6.65%、變電站輕載率81.09%、變電站負載率不均勻度26.24%。

除上述建設(shè)成本以及基礎(chǔ)性指標(biāo)內(nèi)容之外，數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與規(guī)劃方案建設(shè)過程當(dāng)中，還涉及一系列專題化數(shù)據(jù)信息。其中包括了目標(biāo)地點行政區(qū)劃、交通流量、衛(wèi)星遙感影像、航空影像、周邊電力配套設(shè)施配置情況、人口密集程度、自然環(huán)境狀況以及礦產(chǎn)資源分布情況，等等。借助數(shù)字化技術(shù)對以上數(shù)據(jù)信息進行挖掘和利用，能夠進一步強化電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方案與現(xiàn)場環(huán)境特性，以及區(qū)域發(fā)展要求之間的契合度。具體見表1。

表1 數(shù)據(jù)詳細狀況

3.2 大數(shù)據(jù)調(diào)度

綜合考慮上下級電網(wǎng)線路協(xié)調(diào)規(guī)劃以及變電站模型，把電網(wǎng)線路以及變電站當(dāng)成統(tǒng)一整體。隨著時代的不斷發(fā)展以及社會的不斷進步，對于電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃與管理過程當(dāng)中的數(shù)據(jù)分析與處理能力提出了更高的要求。在以往的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃過程當(dāng)中，受到技術(shù)因素的制約與限制，對于矢量數(shù)據(jù)、海量影像的存儲與利用難度較大，系統(tǒng)內(nèi)部存儲空間較為有限，不利于電網(wǎng)規(guī)劃的可視化發(fā)展要求，影響了規(guī)劃方案的建設(shè)效率。

近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的電網(wǎng)布局以及電網(wǎng)規(guī)劃方式也發(fā)生了一定的變化，大尺度、高精度、多類別的數(shù)據(jù)分析技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)與影像信息的存儲大范圍應(yīng)用金字塔結(jié)構(gòu)，一方面節(jié)約了系統(tǒng)內(nèi)部的存儲空間，另一方面也使數(shù)據(jù)影像的調(diào)取與查閱效率得到了進一步提升。

在此基礎(chǔ)上，能夠為規(guī)劃團隊以及技術(shù)人員提供更加清晰的可視化信息內(nèi)容，為電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)提供更加準(zhǔn)確可靠的依據(jù)與參考。與此同時，借助動態(tài)加載技術(shù)，還能夠按照圖像信息特征針對系統(tǒng)加載性能進行適時調(diào)節(jié)，減少了資源的無謂消耗，使系統(tǒng)整體運行效率得到質(zhì)的飛躍[4]。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在數(shù)字化時代電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)過程當(dāng)中，數(shù)據(jù)庫建設(shè)對于提升規(guī)劃水平以及規(guī)劃成效發(fā)揮著重要作用。但在以往數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程當(dāng)中，受到技術(shù)與算法因素的影響，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與應(yīng)用效率往往較為低下，難以為系統(tǒng)提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持以及數(shù)據(jù)服務(wù)。而借助數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)，能夠針對電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)場專題數(shù)據(jù)進行更加廣泛地利用，同時能夠針對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行層次化管理與儲存，提升了數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用水平。

在數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的同時，數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)按照服務(wù)要求，以及服務(wù)對象特點將其主要分為系統(tǒng)儲存庫、功能業(yè)務(wù)庫、電力設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、模型庫以及影像地形庫，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行同步，借助網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議針對相關(guān)信息進行實時溝通與共享，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)考慮到不同種類庫的基本特點，更好地開展數(shù)據(jù)儲存與服務(wù)活動，為電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)工作提供更加堅定的支持。

4 數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用流程

4.1 資料采集整理

基于上文能夠得出結(jié)論，在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過程當(dāng)中，數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要涵蓋了固定數(shù)據(jù)處置、數(shù)據(jù)實時更新等相關(guān)工作，因此對于數(shù)據(jù)信息的可靠性以及共享網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性提出了一定要求。在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過程中對數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)進行應(yīng)用的同時，能夠借助三維模型、現(xiàn)場影像以及各類專題數(shù)據(jù)進行綜合分析，保障電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計依據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

4.2 設(shè)計流程

作為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計過程當(dāng)中的關(guān)鍵，強化設(shè)計流程優(yōu)化同樣具有關(guān)鍵性作用。設(shè)計團隊?wèi)?yīng)當(dāng)充分明確數(shù)字化電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢與特點，基于一體化設(shè)計系統(tǒng)盡可能提升方案精度與可行性，使設(shè)計方案當(dāng)中存在的問題能夠得到較為及時地處理與優(yōu)化，保障電網(wǎng)整體運行可靠性。在設(shè)計過程當(dāng)中，技術(shù)團隊可將現(xiàn)場各項參數(shù)指標(biāo)錄入到系統(tǒng)平臺當(dāng)中，并進行三維建模，使設(shè)計人員能夠更加直觀地掌握電網(wǎng)規(guī)劃與布局現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境信息，并能夠從宏觀角度對線路走向以及線路密度進行分析，使電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計工作的開展能夠得到更加便捷的技術(shù)輔助與支持，有效提升方案整體可行性，減少電網(wǎng)規(guī)劃方案的整體成本，保障電網(wǎng)布局合理性。

4.3 三維控件設(shè)計

三維控件作為數(shù)字化平臺相關(guān)功能設(shè)計實現(xiàn)的基礎(chǔ)載體，具有功能較為多樣、運行效率較高等特性，在數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)支持下的電網(wǎng)布局規(guī)劃與設(shè)計領(lǐng)域當(dāng)中具有重要的應(yīng)用價值以及應(yīng)用意義。相關(guān)技術(shù)人員以及設(shè)計團隊可借助三維空間針對目標(biāo)位置空間環(huán)境進行全面分析，同時能夠基于設(shè)計目標(biāo)以及設(shè)計需求提供輔助性的參考意見，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員還能夠按照方案內(nèi)部的專題要求，對電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過程當(dāng)中所涉及的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)信息進行分類、調(diào)閱與查詢，使空間內(nèi)部參數(shù)指標(biāo)更加細致，為優(yōu)化電網(wǎng)布局以及電網(wǎng)規(guī)劃方案提供數(shù)值層面的依據(jù)。

此外，借助三維控件，還能夠?qū)⒛繕?biāo)地點的人口分布情況、交通密度以及電網(wǎng)布設(shè)情況等相關(guān)信息進行整合分析，并能夠按照國家要求以及目標(biāo)設(shè)計要求，針對電網(wǎng)設(shè)施設(shè)備的布局情況進行進一步分析，提升電網(wǎng)方案規(guī)劃設(shè)計的合理性，同時能夠依托可視化三維模型針對方案內(nèi)容進行直觀展示。

綜上所述，數(shù)字化電網(wǎng)基于專業(yè)電網(wǎng)數(shù)據(jù)以及多樣地理信息，全面覆蓋整個規(guī)劃區(qū)域，優(yōu)化設(shè)計配電網(wǎng)架以及主網(wǎng)架對應(yīng)輸電線路、變電站和電源點，同時在電網(wǎng)規(guī)劃開發(fā)中還擁有輔助設(shè)計功能，能夠進一步擴大投資建設(shè)效率，提升整體工作效率，在智能塔桿建設(shè)、線路優(yōu)化以及施工管理等方面引入可視化技術(shù)，提升電網(wǎng)規(guī)劃科學(xué)性。