大數(shù)據(jù)在配電網低電壓評估中的應用

于永軍 祁曉笑 南東亮 亢朋朋 秦艷輝

（國網新疆電力公司電力科學研究院，烏魯木齊 830012）

近年來，隨著用電負荷的迅猛增長，全國各地的配電網層面（含中壓和低壓）均出現(xiàn)了不同程度的低電壓現(xiàn)象。低電壓一方面影響普通電器的正常和有效工作，對于使用變頻設備的工廠，還會造成生產中斷（變頻器對電壓幅度比較敏感）。

對于低電壓現(xiàn)象，國網公司一直比較重視。每年，各縣市局均會安排一定的資金用于配變增容、無功補償、重負荷線路分流等項目。但這個工作從本質上講具有滯后性，即往往出現(xiàn)了低電壓情況（至少是苗頭）才會立項改造。為了更好地解決配網層面的低電壓問題，我們需要構建一個基于大數(shù)據(jù)的多維度評估模型，用盡可能多的配網數(shù)據(jù)（既包括運行數(shù)據(jù)，也包括設計數(shù)據(jù)）來預先評價已有配電網或將建配電網出現(xiàn)低電壓的可能性，以期為合理安排技改項目提供科學依據(jù)。

1 配電網低電壓的可能因素

關于配電網的電壓合格率，一般涉及的是C類和D類。筆者結合多年工作經驗，總結出以下可能造成低電壓的原因。

1）管理因素。目前，10kV用戶的配變和臺區(qū)配變基本為五檔無載調壓型。電網負荷處于時刻變化之中（特別有些地區(qū)的負荷季節(jié)落差很大），再科學的設計也不可能讓既有電網兼顧所有負荷狀態(tài)。這就要求配電設備管理人員根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進行科學預測，并及時調整配變分接頭，以使電壓保持在合理區(qū)間。做不到這一點，電壓合格率（特別是D類）將會不理想。

2）線路設備因素[1]。配電網因點多面廣（特別是農網），難免存在設備通流能力跟不上負荷增長的情況。如線路線徑過小、供電半徑過長、配變容量過小、無功補償不足等。

3）接線不合理[2]。主要指農村低壓線路的接線，因其為三相四線型，很多施工人員會習慣在靠近電桿的導線上接線，容易造成三相不平衡。

分析配電網低壓的可能因素，主要是為了在運用大數(shù)據(jù)的時候具有方向性。

2 基于大數(shù)據(jù)的多維度評估方法

多維度評估方法是指以各類可獲取數(shù)據(jù)為基礎，對這些數(shù)據(jù)進行合理分層，然后運用模糊綜合評判方法，逐層評估，最終得到被評估線路（或臺區(qū)）進行低電壓治理的方略。

2.1 維度的確立和分層

眾所周知，配電網從設計到運行會產生大量的數(shù)據(jù)，如線路規(guī)格、沿線配置、線路負載、故障次數(shù)、用戶投訴、電壓監(jiān)測情況等等。從理論上講，這些數(shù)據(jù)必然從某個方面反映著配網的健康狀況。我們的首要任務就是將可獲取數(shù)據(jù)（要求量化）進行聚類。以典型的 10kV公用配網線路（含臺區(qū)）為例，其大數(shù)據(jù)維度劃分如圖1所示。

圖1 配網大數(shù)據(jù)層次劃分

相關說明：①“線徑大小”、“供電半徑”以及“配變容量”均細化到支線；②“電壓監(jiān)測”指設置在變電所10kV母線、用戶10kV母線以及臺區(qū)首末端等處的電壓監(jiān)測儀所上傳的電壓合格率數(shù)據(jù)；③“故障次數(shù)”指因線路或配變通流能力不足而導致的損壞，而不包括外力、雷擊等因素造成的故障；④“電流情況”指調度 SCADA系統(tǒng)以及配網自動化裝置（如有）采集到的線路電流，反映負載狀況；⑤“低壓投訴”95598接到的低電壓報告；⑥“變頻跳閘”指 10kV用戶因電壓下降而中斷的生產次數(shù)。

2.2 各維度的評估

在完成大數(shù)據(jù)分層之后，就要建立對相關數(shù)據(jù)進行評價的模型。限于篇幅，文章將從第三層次維度、第二層次維度中各選一個來作評估介紹，其余可類推。

1）第三層次維度，選配變容量是否合理做評估

配變承擔著電能供出的任務，配變容量不足將從根本上限制電壓的抬升。而配變容量配置與臺區(qū)負荷密切相關。鑒于目前能在線獲取的電氣量信息較為豐富，因此可以建立科學的負荷預測模型來為配變容量評價作輔助決策。筆者認為：基于大數(shù)據(jù)的負荷預測應綜合確定性預測方法和不確定性預測方法的優(yōu)缺點，將兩者有機結合，如圖2所示。

圖2 基于大數(shù)據(jù)的臺區(qū)負荷預測方法

在用圖2模型求得負荷預測后，將預測值與配變容量作比對，產生三類評估等級：①好；指配變容量以很大裕度大于負荷預測。②中；指配變容量與負荷預測想接近。③差；指配變容量小于負荷預測。

2）第二層次維度，選“采集數(shù)據(jù)”做評估

由圖1可知，“采集數(shù)據(jù)”維度主要包含了“電壓監(jiān)測”、“電流情況”以及“故障次數(shù)”等分維度。假設分維度已經評估完畢，即各自產生如“配變容量”評估相類似的評估結果，如“故障次數(shù)”可評估為“正?！薄ⅰ耙话恪?、“不正?！钡热齻€狀態(tài)。顯然，第二層次維度與它所包含的第三層次維度間存在模糊關系，因此考慮用模糊綜合評判模型來進行本項評估[3]。

（1）建立因素集：

∪ = {電壓監(jiān)測u1，故障次數(shù)u2，電流情況u3}

（2）建立評價集：V= {v1，v2，v3}；vi(i=1,2,3)的意義見表1。

表1 模糊綜合評判中評價集意義

（4）選擇一定人數(shù)專家，由其建立評判矩陣：

式中，rij為專家中認為因素ui造成“采集數(shù)據(jù)”維度被評估為vj的人數(shù)比例。

（5）得出綜合評判結果

2.3 所有要素的組合

由前文內容可知，基于大數(shù)據(jù)的低電壓評估，首先是完成第三層次維度的評估并得到三個檔次的結果；然后運用模糊綜合評判去完成第二層次維度的評估，也得到三個檔次的結果。我們不妨認為：代表正常含義（或與此類似含義，以下同）的標定為 X，代表一般含義的標定為 Y，代表不正常含義的標定為 Z。這樣，三個第二層次維度就可組合出一個擁有27種可能的總維度評估結果，詳見表2。

表2 總維度評估的可能組合

相關解析：線路參數(shù)是最主要的硬件，其評估結果為正常，說明電網有較大潛力，低電壓出現(xiàn)可能性不大，或者低電壓為極短時現(xiàn)象，因此網絡無需做改動；線路參數(shù)一般，說明電網接近低電壓區(qū)域，但不是很嚴重，則應視不同區(qū)域采集數(shù)據(jù)和用戶感知情況，進行針對性調整，如將某段線路進行調線、某段線路的三相負荷進行重新分配、配變分接頭加強調節(jié)等；線路參數(shù)不正常，說明電網已不能承受正常負荷，低電壓現(xiàn)象肯定大面積出現(xiàn)，因此應安排計劃進行全線改造。

3 相關案例

以浙江東部某縣供電公司為例，2013年原本計劃用于低電壓改造的項目為 79小項，預計資金為3450萬元。

在采用上文展示的評估模型后，項目縮減至49項，資金也節(jié)省至2587萬元。顯著提升了投資有效性。相關結果見表3（節(jié)選）。

表3 案例部分結果

4 結論

基于大數(shù)據(jù)的配電網低電壓評估方法能有效評價低電壓的嚴重程度，以及評估出是挖掘電網潛力還是改造電網來應對低電壓，對項目投資具有重要的輔助決策意義，是一種值得推廣的方法。另外，這種方法將配電網的各類數(shù)據(jù)進行聚類聯(lián)系，有利于從更深的層次上加強配網建設。當然，本方法也有一些缺點：如第三層次維度劃分不夠細，第二層次維度數(shù)量偏少等。這需要在以后的研究中加以改進。

[1] 嚴寒榕. 基于大數(shù)據(jù)的多維度評估模型探討[J]. 通信世界, 2014, 42(6): 4-6.

[2] 孟祥萍, 片兆宇, 張龍斌, 等. 基于母線間脆弱信息協(xié)調的配電網低電壓風險評估[J]. 電網技術, 2012,42(7): 219-223.

[3] 阮韜. 如何解決農村配電網低電壓問題的探討[J].科技風, 2011, 21(3): 43-45.