基于大數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)線損分析

鄭雋杰，錢 程，曹騰飛

國網(wǎng)寧波市北侖區(qū)供電公司，浙江 寧波 315800

0 引言

近年來，我國配電網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，相關(guān)電力設(shè)備數(shù)量明顯增長。配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程包含輸電、變電、配電及售電等多個(gè)環(huán)節(jié)，在各個(gè)環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生電能線損。電能線損在電力企業(yè)綜合性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中占據(jù)重要位置，通過線損率可以了解電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性及企業(yè)的盈利率。配電網(wǎng)線損率的大小與諸多因素相關(guān)，技術(shù)狀況、運(yùn)行方式及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等都會對線損率產(chǎn)生明顯的影響，供電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程降損節(jié)能管理水平也會對線損率產(chǎn)生影響。現(xiàn)階段，越來越多的電力企業(yè)開始注重配電網(wǎng)線損精細(xì)化管理，其對于供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高也具有重要作用[1]。在大數(shù)據(jù)背景下，智能分析配電網(wǎng)線路損耗，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)損工作的重要性變得更加突出。

1 配電網(wǎng)線損產(chǎn)生的原因

配電網(wǎng)線損可以分為技術(shù)線損及管理線損兩大類。配電網(wǎng)技術(shù)線損的發(fā)生主要與配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、變壓器和電纜等元件運(yùn)行中的自身損耗及推廣應(yīng)用大功率設(shè)備有關(guān)。例如，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果線路導(dǎo)線截面與設(shè)計(jì)要求的符合度較低，極易引發(fā)線路超負(fù)荷運(yùn)行的情況，這樣線路損耗勢必也會明顯增加。變壓器屬于配電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，其本身就存在一定的銅損及鐵損情況，隨著其運(yùn)行時(shí)間的不斷增長，變壓器還會逐漸出現(xiàn)老化、故障及與配網(wǎng)不匹配的問題，這些問題嚴(yán)重程度與電能損耗量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系?，F(xiàn)階段，各個(gè)地區(qū)均大力推廣應(yīng)用大功率設(shè)備，而一般情況下大功率設(shè)備對無功補(bǔ)償具有較高的要求。為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)與生活的需要，會有越來越多的功率較大的設(shè)備接入線路投入使用，與實(shí)際需要相比，配網(wǎng)的無功補(bǔ)償設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，進(jìn)而引發(fā)電能損耗增加的現(xiàn)象[2]。

除了上述技術(shù)線損，配網(wǎng)管理同樣會引發(fā)線損問題。例如，部分用戶在用電過程中會存在竊電或者違規(guī)用電的情況，這樣會導(dǎo)致大批電能損失。另外，部分抄表人員在工作過程中會存在估抄及漏抄問題，還存在更換電能計(jì)量裝置之后舊表表底數(shù)據(jù)沒有及時(shí)上傳到管理系統(tǒng)的問題，由此造成階段性統(tǒng)計(jì)誤差，最終形成線損偏差。

2 配電網(wǎng)線損管理工作中存在的主要問題

現(xiàn)階段，配電網(wǎng)線損管理工作現(xiàn)狀不容樂觀，普遍存在一定的問題，如線損管理主體不明確，綜合能力有待提高，線損管理方法沒有及時(shí)更新等。職能式項(xiàng)目管理組織機(jī)構(gòu)仍舊是大部分電力企業(yè)主要采用的線損管理組織機(jī)構(gòu)，這一模式存在一定的弊端，不能落實(shí)線損管理實(shí)際工作，最終引發(fā)線損管理混亂的問題，對相關(guān)協(xié)調(diào)工作的開展造成了負(fù)面影響。目前，電網(wǎng)建設(shè)布局與結(jié)構(gòu)相對比較薄弱，相關(guān)改造工作的先進(jìn)性明顯不足，許多老舊變壓器也沒有及時(shí)更換。另外，電力企業(yè)配電網(wǎng)線損管理人員的綜合能力還不夠高，其業(yè)務(wù)技術(shù)水平高度還有待提高，許多管理人員不具備足夠的線損管理實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)線損問題及線損問題的具體原因，最終造成大量電能被不斷損耗，電力企業(yè)成本加大，其可持續(xù)發(fā)展也受到一定的負(fù)面影響。除了上述問題，電力企業(yè)對于線損管理的監(jiān)督力度也比較小，很多線損管理人員對于自身工作的重視程度不足。大部分電力企業(yè)都長期使用較為單一的線損管理方法，其管理方法多樣性及先進(jìn)性均不足，對線損管理工作的有效開展造成了負(fù)面影響。

3 基于大數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)線損管理的優(yōu)勢

大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)及廣泛應(yīng)用為各行各業(yè)的發(fā)展提供了巨大的發(fā)展動力，將其應(yīng)用至配電網(wǎng)線損管理工作中同樣具有突出的優(yōu)勢。首先，其可以明顯提升基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，強(qiáng)化線損異常分析工作，對調(diào)度、運(yùn)檢、營銷等專業(yè)協(xié)同合作起到促進(jìn)作用，同時(shí)能夠有效解決關(guān)口管理、設(shè)備異動管理及電量采集管理等問題，促進(jìn)各專業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的整體提升，在一定程度上提高營配調(diào)貫通業(yè)務(wù)水平。另外，應(yīng)用大數(shù)據(jù)管理配電網(wǎng)線損，還能夠規(guī)范供電量、售電量額度，應(yīng)用具有較高規(guī)范性和全面性的電力路線損管理系統(tǒng)，可以更好地控制電力配給的全部環(huán)節(jié)。除此之外，應(yīng)用大數(shù)據(jù)還能夠提升電力線損整體管理水平，其可以對配網(wǎng)實(shí)際線損情況進(jìn)行更加真實(shí)的反映，間接體現(xiàn)出電力企業(yè)的線損管理、降損管控水平，為各單位由原本的簡單調(diào)整指標(biāo)數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)殚_展實(shí)際降損工作提供指導(dǎo)作用，能夠在一定程度上激發(fā)基層單位開展降損工作的積極性，進(jìn)而提高電力企業(yè)電力線損精益化管理水平。

4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理及線損分析與評估

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

在建設(shè)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)屬于建設(shè)基石，其質(zhì)量將會對數(shù)據(jù)應(yīng)用和信息化應(yīng)用效果產(chǎn)生直接影響。計(jì)量自動化系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的電能量數(shù)據(jù)源，其背景數(shù)據(jù)源主要包括地理信息，電網(wǎng)拓?fù)錇镚IS系統(tǒng)，檔案數(shù)據(jù)源主要包括營銷系統(tǒng)[3]。采集整合和分析不同類型的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及一致性能夠促進(jìn)線損精確定位的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是清洗收集到的數(shù)據(jù)，剔除錯(cuò)誤信息，補(bǔ)充缺失信息，同時(shí)完成規(guī)范化數(shù)據(jù)準(zhǔn)則的制定，將具有較高質(zhì)量的數(shù)據(jù)提供給后期線損分析及線損定位工作。

常用的錯(cuò)誤信息剔除方法包括個(gè)案剔除法、均值替換法等。其中，個(gè)案剔除法適用于異常值比較少的數(shù)據(jù)清洗情況，運(yùn)用此方法能夠?qū)惓Ｐ畔⒖焖偬蕹?。例如，?dāng)某一用戶在某一天的數(shù)據(jù)持續(xù)性出現(xiàn)異常數(shù)值，或者數(shù)值異常率與閾值相比明顯更高，可以對該用戶當(dāng)日的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行直接刪除，不將其歸納在數(shù)據(jù)模型中。如果數(shù)據(jù)異常是由通信故障引起的，那么則應(yīng)當(dāng)根據(jù)通信恢復(fù)后的計(jì)量數(shù)據(jù)與該用戶的用電習(xí)慣，對該用戶通信異常期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，最后對是否剔除計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。個(gè)案剔除法的主要弊端是剔除了許多有用的信息，而均值替換法則可以對這一問題進(jìn)行有效解決。

如果異常數(shù)值為數(shù)值型，那么可以將其他樣本中同屬性取值的平均值補(bǔ)充進(jìn)來；在非數(shù)值型的情況下，可以將其他樣本中取值較多的值補(bǔ)充進(jìn)來。面對數(shù)據(jù)樣本中存在較少的異常值的情況，可以使用異常值左右的數(shù)據(jù)平均值替代。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一時(shí)刻的電壓電流值缺失，可以將其與線性曲線同等看待，使用兩側(cè)示值的平均值替代。但是，資產(chǎn)系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)及營銷系統(tǒng)運(yùn)行過程所產(chǎn)生的檔案數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)及計(jì)量關(guān)系數(shù)據(jù)都屬于電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此不可以將其直接作為線損分類的分類指標(biāo)，應(yīng)當(dāng)在電力數(shù)據(jù)之間的物理規(guī)律的基礎(chǔ)上，對源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以此找出電力數(shù)據(jù)的特征屬性，為線損分類工作提供便利。

4.2 基于大數(shù)據(jù)的線損分析與評估

基于大數(shù)據(jù)開展配電網(wǎng)線損分析工作，應(yīng)當(dāng)先借助線損類別分類器分類當(dāng)前所遇到的線損，對當(dāng)前的線損綜合構(gòu)成進(jìn)行判別。完成線損行為分類后，再結(jié)合對應(yīng)的計(jì)算方法及分類模型對相應(yīng)的分類器進(jìn)行訓(xùn)練。線損行為主要可以分為理論線損、通信線損及竊電線損，進(jìn)一步的精細(xì)化分類需要依靠對應(yīng)的分類器，分別找出不同部分線損產(chǎn)生的位置，為線損構(gòu)成可視化、線損率變化可溯源的實(shí)現(xiàn)提供保障，還可以為工作人員分解降損任務(wù)提供指導(dǎo)作用，為全面降損的實(shí)現(xiàn)提供保障。

（1）理論線損分析評估。電網(wǎng)本身結(jié)構(gòu)及設(shè)備等比較容易引起理論線損，在傳輸電能時(shí)不可避免地存在一定的損失情況，其發(fā)生與技術(shù)狀況、運(yùn)行方式及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等具有較大的關(guān)系，可以分為電力元件可變損耗部分及固定損耗部分。在計(jì)算此類損耗時(shí)，通常會使用等值電阻法、均方根電流法及平均電流法等?，F(xiàn)階段，上述幾種計(jì)算方法主要應(yīng)用在10 kV配電網(wǎng)理論線損計(jì)算工作中，對于0.4 kV低壓配電網(wǎng)，其供電方式更加復(fù)雜，又因其供電出現(xiàn)回路之間的差異，沿線負(fù)荷分布情況常常不存在嚴(yán)格的規(guī)律性，各項(xiàng)負(fù)荷分配也處于不平衡狀態(tài)，可以使用改進(jìn)過的等值電阻法計(jì)算理論線損，這樣獲得的計(jì)算結(jié)果會更加準(zhǔn)確。在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，理論線損不會受到其他運(yùn)行數(shù)據(jù)的明顯影響，因此在實(shí)際計(jì)算過程可以忽略不計(jì)。運(yùn)用等效電阻法結(jié)合配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及接線方式，可以計(jì)算配電網(wǎng)中變壓器和導(dǎo)線的等線電阻，為理論線損的進(jìn)一步計(jì)算和評估提供可靠參考。

（2）通信線損分析評估。虛假通信線損及真實(shí)通信線損都屬于配電網(wǎng)中的通信線損，前文已經(jīng)簡單介紹通信線損數(shù)據(jù)修復(fù)、減少虛假通信線損對日線損影響的方法。如果遇到采集器或者通信出現(xiàn)永久故障，運(yùn)維人員需要對通信線路或者表計(jì)的通信模塊進(jìn)行檢修，以此削弱其對線損的影響。計(jì)量系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)的頻率一般為每15 min一次，在更新通信系統(tǒng)狀態(tài)信息時(shí)，則是每30 min更新一次。當(dāng)出現(xiàn)通信故障時(shí)，計(jì)量數(shù)據(jù)無法按照正常頻率更新，可以將故障前一刻的數(shù)據(jù)或者前一天同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)作為替代值，不過要對其進(jìn)行均值加權(quán)。在通信故障被消除且恢復(fù)正常之后，先分析時(shí)序數(shù)據(jù)，之后利用模糊擬合算法，建立計(jì)量表數(shù)值實(shí)時(shí)變化、歷時(shí)一個(gè)月同時(shí)段平均值、實(shí)時(shí)線損數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)模型，這樣可以得到通信線損時(shí)刻及線損值。

（3）竊電線損分析評估。在分析評估竊電線損時(shí)，可以分類不同用戶的用電數(shù)據(jù)，將其中具有相似特征的用戶挑選出來，劃分用戶類型。可以根據(jù)用戶的具體類型構(gòu)建對應(yīng)的用戶用電模型，以此開展針對性的行為分析工作，總結(jié)用戶的用電規(guī)律。如果發(fā)現(xiàn)某一用戶在某一時(shí)間段用電行為明顯異常于歷史用電行為，并且該用戶用電行為與其同類型用戶用電行為也存在明顯差異，那么應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注和判斷此用戶是否存在竊電行為，可以讓運(yùn)維管理人員到該用戶家進(jìn)行入戶檢查。在挖掘用戶用電行為時(shí)，可以采取基于自動最優(yōu)聚類算法的用戶用電行為分析方法，以自動最優(yōu)聚類方式分類用戶用電數(shù)據(jù)。利用閾值檢測算法時(shí)，可以設(shè)置動態(tài)閾值，檢測表計(jì)，然后比照臺區(qū)電量數(shù)據(jù)的對應(yīng)變化，這一閾值通常跟隨穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的變化而調(diào)整，這樣有利于提高檢測方法的抗干擾能力。閾值通常是當(dāng)前用戶用電量均值與當(dāng)前噪聲水平之和，當(dāng)閾值高于某一范圍時(shí)，可以將其判定為異常行為，這一方法尤其適用于用電大戶偷竊電行為的分析和評估。

5 結(jié)束語

綜上所述，配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，線損問題變得日益嚴(yán)重，線損問題的產(chǎn)生與諸多因素相關(guān)，現(xiàn)階段還存在明顯的線損管理問題，在今后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行針對性的改善。在對配電網(wǎng)線損進(jìn)行分析和評估時(shí)，應(yīng)當(dāng)依據(jù)線損類型即理論線損、通信線損及竊電線損采取對應(yīng)的分析及評估方法進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，在改善配電網(wǎng)線損問題的基礎(chǔ)上，為我國電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供促進(jìn)及支撐作用。