大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)電能損耗管理中的應(yīng)用

摘 要：介紹傳統(tǒng)電網(wǎng)對電能損耗分析的方法及不足，提出了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電網(wǎng)電能損耗管理。分析了在兩個(gè)關(guān)鍵方面降低線損的措施時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用方法，介紹了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的方法，分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)降損增效中的作用。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù);智能電網(wǎng);電能損耗

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0156-02

0 前言

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)作為聯(lián)系電源與用戶的公用網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備發(fā)展越來越快，網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜，電能損耗的分析也越來越困難[1]。目前，比較精確的網(wǎng)損計(jì)算仍然是離線的，通過人工填報(bào)形成的每月報(bào)表式，數(shù)據(jù)來源仍然是依靠進(jìn)出線和變壓器出口端的電能表測量得到的。但實(shí)際中，經(jīng)常會遇到表計(jì)設(shè)備陳舊老化而造成數(shù)據(jù)端不全，從而使得數(shù)據(jù)異?；蛉笔В獙λ杉臏y量數(shù)據(jù)進(jìn)行人工校核剔除不良數(shù)據(jù)，這阻礙了電網(wǎng)的精細(xì)化管理，同時(shí)隨著智能電網(wǎng)的大力發(fā)展，電氣元件數(shù)量和種類也在不斷增加，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的難度進(jìn)一步加大。要提高網(wǎng)損計(jì)算的精度，就需要采用更加靈活的信息采集方法，減少人工干預(yù)的可能性[2]。

而利用EMS的數(shù)據(jù)進(jìn)行電能損耗計(jì)算可以在一定程度上降低人工校核的成本，提高電能采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而提高了計(jì)量精度。但也增加了計(jì)算量，對于現(xiàn)有的電網(wǎng)計(jì)算配置，比較難達(dá)到，大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和云存儲技術(shù)的出現(xiàn)為這提供了可能[3]。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集從而提高網(wǎng)損計(jì)算效率為電能損耗高效管理提供了條件。

1 電能損耗研究

電網(wǎng)中的電能損耗是電能通過熱能及電暈放電等形式散失到電網(wǎng)元件的周圍，這種能量散失只會隨著元件和周圍環(huán)境的變化而變化，并不會因?yàn)楣芾砗腿藶榈囊蛩囟淖?，是固有不可避免的損耗[4]。但是實(shí)際電力輸送中，除了不可避免的電力損耗外，還有可以依靠各級供電部門采取合理措施將損耗降低到合理范圍內(nèi)的損耗，這部分損耗的大小與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是通過管理及技術(shù)措施降低，這種電能損耗與電網(wǎng)供電量的百分比稱為線損率[5]。即：

工作中，將損耗電量又細(xì)分為統(tǒng)計(jì)損耗電量與理論損耗電量。因此，損耗率也就對應(yīng)兩個(gè)值，即統(tǒng)計(jì)損耗率與理論損耗率，分別是如下：

因?yàn)閾p耗率是一個(gè)用百分比表述的相對量，不同于損耗電量，它可以在一定程度上表征電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)布局、電網(wǎng)管理的合理性與經(jīng)濟(jì)性，是我國評估考核電網(wǎng)企業(yè)管理能力、經(jīng)營能力的重要指標(biāo)。目前我國的電能損耗率仍然較發(fā)達(dá)國家高很多，還有很大的降損空間，而智能電網(wǎng)的出現(xiàn)為數(shù)據(jù)的采集技術(shù)發(fā)展提供了裝備平臺。通過合理的數(shù)據(jù)分析及有效的降損措施是能夠?qū)㈦娔軗p耗指標(biāo)降低下來，而找出合理的電能損耗指標(biāo)預(yù)測與分解方法就成為了關(guān)鍵。

2 現(xiàn)有降損措施

現(xiàn)有的降損措施主要是對電力網(wǎng)的技術(shù)改造，通過調(diào)整和優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上對原有線路改造，加大導(dǎo)線截面，架設(shè)新的輸配線路，更好低損耗變壓器;或者對電壓升高，優(yōu)化電壓等級，分層變壓[6]。其中主要措施：

（1）通過合理分配無功功率。無功功率交互將引起發(fā)電、輸電設(shè)備上的電壓降及電能損耗減至最低。無功電源的分布、無功潮流的傳輸是直接影響線損和電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的重要原因。當(dāng)有功功率與無功功率通過網(wǎng)絡(luò)電阻時(shí)，即會形成功率損耗。合理的選擇無功功率補(bǔ)償方式及無功功率并網(wǎng)點(diǎn)，可以有效降低電壓的波動，穩(wěn)定電壓水平，避免了大量無功功率遠(yuǎn)距離傳輸造成的線損。傳統(tǒng)電網(wǎng)的無功損耗采集主要是通過電壓降及區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)阻抗分布得到的，并不能及時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)變化對系統(tǒng)無功功率分布的影響。采集的數(shù)據(jù)缺少同時(shí)性，而電網(wǎng)的負(fù)荷變化是實(shí)時(shí)的，對于不同時(shí)間段的電網(wǎng)潮流有不同的方向，使得傳統(tǒng)的線損管理缺乏科學(xué)的依據(jù)。

（2）通過合理選擇變壓器。變壓器的損耗主要是變壓器空載鐵損，輕載變壓器的電磁損耗以及變壓器老化后的漏磁損耗。同時(shí)，運(yùn)行線路的老化、線路過負(fù)荷、電網(wǎng)故障和異常都加大了線損的指標(biāo)。目前我國推廣了低損耗變壓器，通過控制鐵芯損耗的方法將鐵損大幅降低。其他如輕載變壓器停一臺備用，合理調(diào)整變壓器運(yùn)行方式等多種方式，及在變壓器二次端適當(dāng)提高運(yùn)行電壓等方式，達(dá)到降低變壓器損耗的目的。但這些措施的選擇都需要基于潮流分布，而電網(wǎng)中的潮流變化是隨負(fù)荷及電源的大小變化中，只有通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，將采集的數(shù)據(jù)整合分析，利用云存儲的多種手段，才能更好地分布變壓器，實(shí)現(xiàn)輕載和過載變壓器的潮流均衡，從而將經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)

大數(shù)據(jù)是指對規(guī)模巨大、來源復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行高速捕捉發(fā)現(xiàn)和處理分析，用合理有效的方法提取數(shù)據(jù)中的價(jià)值的技術(shù)體系。智能電網(wǎng)作為大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，以其先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的目標(biāo)，滿足當(dāng)代用戶對電能質(zhì)量的各方面需求。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，將智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工作中已經(jīng)迫在眉睫。智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)具有多種特點(diǎn)，包括離散化、多樣化及復(fù)雜化特征，這些特征為大數(shù)據(jù)處理帶來了極大的挑戰(zhàn)。處理智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)首先就是眾多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)化、剔除、校核等方式，建立統(tǒng)一完整有效的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)集成技術(shù)是智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)集成涉及眾多應(yīng)用系統(tǒng)，包括這些系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)源也是千差萬別，而實(shí)時(shí)性、可用性及統(tǒng)一性都是智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)集成中需要考慮的各種因素，單單實(shí)現(xiàn)一方面的數(shù)據(jù)采集是無法將龐大的數(shù)據(jù)庫組成完整，需要結(jié)合多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的集成。

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)存儲整合、最后統(tǒng)一取用是大數(shù)據(jù)技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。而通過將眾多應(yīng)用類型整合，根據(jù)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將不同數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理包括分流處理、內(nèi)存計(jì)算處理、圖處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，方便調(diào)用。

數(shù)據(jù)分析是基于數(shù)據(jù)采集的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，通過將采集的數(shù)據(jù)按時(shí)間及不同地域分布存儲于云系統(tǒng)，基于邏輯判斷及特定算法實(shí)現(xiàn)調(diào)用所需數(shù)據(jù)得到需要分析的數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)的使用效率。

4 大數(shù)據(jù)技術(shù)在電能損耗管理中的作用

將智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于電能損耗管理與電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的基于人工數(shù)據(jù)采集、公式計(jì)算的方法相比，可以更有效的解決研究過程中遇到的問題。傳統(tǒng)的電網(wǎng)是基于監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，數(shù)據(jù)刷新有時(shí)間間隔，通常抽取的數(shù)據(jù)需要人工輔助決策，不利于數(shù)據(jù)的一致性讀取和客觀性反映。而大數(shù)據(jù)方法可以采用盡可能多的數(shù)據(jù)分析處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性和一致性。

智能電網(wǎng)通過整合處理大量的實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)電能損耗管理中的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)應(yīng)用的高效。而處理電力大數(shù)據(jù)的第一步就是將電能損耗的基礎(chǔ)采集數(shù)據(jù)集成整理，在海量的大數(shù)據(jù)中提取出實(shí)體和關(guān)系，經(jīng)過關(guān)聯(lián)和聚合后采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)存儲這些數(shù)據(jù)。對于電能損耗的分析是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)時(shí)代的發(fā)展，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理智能局限于很小范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)量，不能將區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合，降低了數(shù)據(jù)分析的可用范圍，基于智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的海量動態(tài)電力數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)多回并行研究，提高了數(shù)據(jù)的使用效率，也方便在更大范圍內(nèi)分析線損原因，實(shí)現(xiàn)降損增效。

通常電力系統(tǒng)是通過三個(gè)指標(biāo)分析電網(wǎng)的穩(wěn)定性：功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定。最方便是通過功角判斷，而線損也是無功功率潮流分布的一種體現(xiàn)，將功角特性應(yīng)用到分析線損中，是開展降損增效的另一個(gè)途徑。通過智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)將同步相量測量單元（PMW）的分析技術(shù)應(yīng)用到無功損耗計(jì)算中，利用大數(shù)據(jù)的采集、存儲、挖掘、分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效利用是接下來線損分析的重點(diǎn)。

5 結(jié)語

本文通過介紹傳統(tǒng)電網(wǎng)對電能損耗分析的方法及不足，提出了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能電網(wǎng)電能損耗管理。在分析了電能損耗管理中無功分配和低損耗變壓器選擇的原理后，給出了利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)降損增效的方法和途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 張明明.基于大數(shù)據(jù)分析的電能損耗預(yù)測模型的仿真分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（06）：153-156.

[2] 張宏煒，俞建育，盧婧婧，解大，等.電力網(wǎng)電能損耗管理的功率因數(shù)考核指標(biāo)探討[J].華東電力，2010，38（01）：106-108.

[3] 宋亞奇，周國亮，朱永利，等.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（04）：927-935.

[4] 吳振揚(yáng).基于針環(huán)電暈放電的不同海拔條件下氣體離子遷移率研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

[5] 王鵬.配電網(wǎng)中電能損耗及降損措施的研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[6] 孟祥君，季知祥，楊祎.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].供用電，2015，32（08）：19-24.