基于營(yíng)配大數(shù)據(jù)融合的配網(wǎng)“精準(zhǔn)規(guī)劃+主動(dòng)降損”

王 欣，王宏德，李思如，王博揚(yáng)，王 海

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司膠州市供電公司，山東 膠州 266300 ）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電力負(fù)荷逐年增加，電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，這必然會(huì)使系統(tǒng)損耗逐年增大。由于無功功率的存在使得電力系統(tǒng)中的電流增加，從而導(dǎo)致系統(tǒng)中的有功功率損耗增加[1]。為減少有功功率損耗，從根本上應(yīng)降低無功功率，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無功優(yōu)化和篩選卡脖子線路段已經(jīng)成為電力部門和用電客戶共同關(guān)心的問題。通過線路桿塔邏輯名稱和臺(tái)區(qū)編號(hào)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)營(yíng)配數(shù)據(jù)融合，通過配網(wǎng)無功優(yōu)化及理論計(jì)算，找出公用臺(tái)區(qū)和客戶確定無功補(bǔ)償?shù)亩贪?，避免公司和客戶?jīng)濟(jì)損失，提高電能利用率，達(dá)到滿足公司提質(zhì)增效和優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境的需求，以及帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量的發(fā)展。

1 主動(dòng)降損治理的痛點(diǎn)問題

隨著電力負(fù)荷的日益增長(zhǎng)，配電網(wǎng)覆蓋面愈加廣泛，臺(tái)區(qū)用戶、線路、新能源并網(wǎng)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)差異較大，傳統(tǒng)的線損管理方案不具備普遍推廣性。當(dāng)前營(yíng)配數(shù)據(jù)的應(yīng)用只體現(xiàn)了主線路對(duì)應(yīng)，桿塔與變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)未能逐一對(duì)應(yīng)。

由于新能源并網(wǎng)用戶白天要向電網(wǎng)供電，且存在發(fā)電功率不穩(wěn)定的問題，夜間又須要從電網(wǎng)用電，配電網(wǎng)從單一電源的輻射式網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楣β孰p向流動(dòng)的有源網(wǎng)絡(luò)，給線損精細(xì)化管理工作帶來了很大的困難。

技術(shù)降損涉及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算和大量的數(shù)據(jù)分析，但一線運(yùn)維人員大多憑借工作經(jīng)驗(yàn)判斷是否存在計(jì)量設(shè)備異常、線路卡脖子、設(shè)備漏電等情況，難以快速查找、精準(zhǔn)定位高損成因和具體位置。尤其是對(duì)新上用電客戶接入所應(yīng)配備的無功容量缺乏數(shù)據(jù)分析診斷，難以精準(zhǔn)治理配網(wǎng)線損。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 問題分析

針對(duì)營(yíng)配數(shù)據(jù)融合差的問題，通過對(duì)PMS 桿塔編碼規(guī)則進(jìn)行分析，挖掘出桿塔邏輯拓?fù)潢P(guān)系，以主線、分線、支線、小分支線的桿號(hào)層級(jí)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以判斷導(dǎo)線段負(fù)荷拓?fù)潢P(guān)系。以桿塔邏輯名稱（桿塔編號(hào)）與配變臺(tái)區(qū)編號(hào)為中間表，作為營(yíng)配貫通的橋梁，以桿塔邏輯名稱與營(yíng)銷變壓器臺(tái)區(qū)編號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將營(yíng)銷、集抄數(shù)據(jù)、一體化線損的變壓器損耗數(shù)據(jù)、線路電阻數(shù)據(jù)結(jié)合起來，創(chuàng)新電流、無功疊加算法，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)線損細(xì)粒度管控和配網(wǎng)降損無功優(yōu)化方案的推薦；根據(jù)線路用戶的電量增長(zhǎng)系數(shù)，可篩選出1 年、3 年、5 年須改造、超負(fù)載的線路和變壓器，提供對(duì)應(yīng)的改造方案。

根據(jù)基于營(yíng)配大數(shù)據(jù)融合的配網(wǎng)主動(dòng)降損發(fā)展的現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)在數(shù)據(jù)分析的要求，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)分析方面存在以下的不足。

站—線—變—戶關(guān)系不準(zhǔn)確、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷變化、傳統(tǒng)的抄表模式常用供售電不同期、部分地區(qū)的電網(wǎng)網(wǎng)架比較薄弱、傳統(tǒng)的線損管理以及線損分析針對(duì)性不強(qiáng)、傳統(tǒng)的線損管理方式中也缺乏相對(duì)比較高效的線損分析工具。

面對(duì)傳統(tǒng)線損管理模式存在的問題，可以充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來開展數(shù)據(jù)集成工作，加強(qiáng)線損精益分析管理，為降損以及線損管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)業(yè)務(wù)需求分析實(shí)現(xiàn)營(yíng)配貫通，進(jìn)行細(xì)粒度（桿塔導(dǎo)線段級(jí)）理論計(jì)算，整合PMS 桿塔線路段導(dǎo)線型號(hào)、檔距、桿塔編號(hào)等字段。其中運(yùn)行桿塔表、導(dǎo)線表、線路變電站關(guān)系表等、一體化線損系統(tǒng)的配變損耗標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)電阻參數(shù)表，關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖1所示。

圖1 線路設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系圖

營(yíng)銷采集系統(tǒng)獲取的寬表有臺(tái)區(qū)表、高壓用戶表、營(yíng)銷拓?fù)浔?、?jì)量點(diǎn)表、電能表與計(jì)量點(diǎn)關(guān)系表、采集對(duì)象表、采集點(diǎn)信息表、日功率曲線表、日功率因數(shù)曲線表、日電能讀數(shù)10個(gè)表，各表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖2所示。

圖2 營(yíng)銷采集寬表關(guān)聯(lián)關(guān)系圖

通過業(yè)務(wù)需求分析，在數(shù)字地圖上查找與業(yè)務(wù)相關(guān)的寬表加入申請(qǐng)，確定以dataworks為交付方式后走審批流程，由省公司交付視圖，根據(jù)寬表創(chuàng)建本地表后進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，從而集成到RDS進(jìn)入整合環(huán)節(jié)，具體流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)獲取流程圖

2.3 數(shù)據(jù)處理

建立運(yùn)行變壓器信息寬表，根據(jù)臺(tái)區(qū)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)填充完善基本信息：根據(jù)變壓器標(biāo)準(zhǔn)表完善變壓器空載損耗、短路損耗參數(shù)（包括額定容量、阻抗電壓、空載電流、短路損耗、空載損耗、電壓比、額定電流（高壓）、額定電流（低壓））等數(shù)據(jù)；根據(jù)營(yíng)銷采集關(guān)聯(lián)關(guān)系表完善填充表中的tg_id、mp_id、meter_id、coll_obj_id、sp_id、id 用于表關(guān)聯(lián)的字段；獲取采集對(duì)象中π、TA、綜合倍率字段信息；高壓用戶中用戶編號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)、所屬線路等字段；營(yíng)銷拓?fù)浔淼木€路名稱、變電名稱等字段；以id為關(guān)聯(lián)取數(shù)據(jù)類型為‘1’時(shí)24 h數(shù)據(jù)放在正向有功對(duì)應(yīng)字段中，取數(shù)據(jù)類型為‘2’時(shí)24 h數(shù)據(jù)放在正向無功對(duì)應(yīng)字段中，取數(shù)據(jù)類型為‘5’時(shí)24 h數(shù)據(jù)放在反向有功對(duì)應(yīng)字段中，取數(shù)據(jù)類型為‘6’時(shí)24 h數(shù)據(jù)放在反向無功對(duì)應(yīng)字段中；通過id為關(guān)聯(lián)獲取臺(tái)區(qū)日24 h功率、日24 h功率因數(shù)。

進(jìn)行配變24 h 有功、無功鐵損、有功銅損計(jì)算后，重新計(jì)算功率因數(shù)：對(duì)于高供高計(jì)：采用功率因數(shù)曲線的24 h 數(shù)據(jù)；對(duì)于高供低計(jì)和公用臺(tái)區(qū)：根據(jù)24 h 抄表示數(shù)加變壓器的有功損耗、無功損耗后結(jié)合公式計(jì)算得出；進(jìn)行配變無功優(yōu)化計(jì)算，求出欠補(bǔ)償最大值和功率因數(shù)最小值；根據(jù)用戶歷史電量數(shù)據(jù)計(jì)算用戶電量增長(zhǎng)系數(shù)。

建立桿塔數(shù)據(jù)寬表，根據(jù)桿塔信息進(jìn)行數(shù)據(jù)填充完善基本信息；根據(jù)桿塔關(guān)聯(lián)表完善導(dǎo)線型號(hào)，根據(jù)導(dǎo)線型號(hào)及電阻標(biāo)準(zhǔn)表建立關(guān)聯(lián)；計(jì)算各桿塔導(dǎo)線段電阻；導(dǎo)出營(yíng)配數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)表，字段導(dǎo)出包括桿塔名稱、主線名稱，并進(jìn)行完善；導(dǎo)入營(yíng)配數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)表，字段包括臺(tái)區(qū)編號(hào)；通過字段、臺(tái)區(qū)編號(hào)進(jìn)行營(yíng)配數(shù)據(jù)融合。

將臺(tái)區(qū)24 h 電流、無功補(bǔ)償容量、電量增長(zhǎng)系數(shù)等關(guān)聯(lián)到桿塔寬表，對(duì)臺(tái)區(qū)非T 接的桿塔進(jìn)行三相電流疊加計(jì)算及無功欠補(bǔ)償計(jì)算。

對(duì)每支桿塔進(jìn)行細(xì)粒度配網(wǎng)理論計(jì)算，計(jì)算步驟如下：利用PQ分解法，根據(jù)配變用戶正向有功功率占配變線路正向有功總功率比例，分?jǐn)偝雠渥冇脩羧笔У?4 h 正向有功功率，再通過功率與電流的關(guān)系，獲取配變用戶的24 h 的電流值；當(dāng)多電源并網(wǎng)時(shí)，按照反向有功和反向無功示數(shù)值確定電流迭代方向，確定迭代策略；基于配變線路細(xì)粒度拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)合配變用戶電流運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意線路段的損耗計(jì)算。

整個(gè)數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理應(yīng)用流程圖

2.4 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

營(yíng)配數(shù)據(jù)融合以挖掘桿塔邏輯名稱（桿塔編號(hào)）與營(yíng)銷臺(tái)區(qū)編號(hào)的關(guān)聯(lián)關(guān)系為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)下列成果：通過配網(wǎng)細(xì)粒度理論計(jì)算數(shù)值和電流密度，可反向追溯PMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，對(duì)線損理論數(shù)據(jù)比實(shí)際數(shù)據(jù)高的線路段，須要審核導(dǎo)線和桿塔編號(hào)是否有錯(cuò)誤。提高PMS數(shù)據(jù)錄入的正確率。根據(jù)線路用戶的電量增長(zhǎng)系數(shù)，可篩選出1 年、3 年、5 年須改造、超負(fù)載的線路、變壓器，提供改造方案；對(duì)于高供低計(jì)的用戶，根據(jù)變壓器的損耗參數(shù)分別計(jì)算出有功銅損及鐵損、無功的鐵損，并可實(shí)現(xiàn)用戶綜合功率因數(shù)的計(jì)算（包括變損），同時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶24 h的無功欠補(bǔ)償計(jì)算；對(duì)于高供高計(jì)的用戶，直接使用采集的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶24 h 的無功欠補(bǔ)償計(jì)算；可準(zhǔn)確求出無功欠補(bǔ)償容量最大值及24 h 功率因數(shù)最小值；按變電站、線路匯總、查看用戶補(bǔ)償容量；進(jìn)行細(xì)粒度桿塔級(jí)別的線路段細(xì)粒度計(jì)算，包括各線路段的電流、無功損耗、有功損耗、電流密度以及變壓器損耗；根據(jù)電流密度，確定各桿塔卡脖子線路段，并按線路、變電站進(jìn)行匯總；監(jiān)測(cè)配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖中任意桿塔的線路段、節(jié)點(diǎn)的電流密度、無功欠或過補(bǔ)償情況、正反電流、損耗等運(yùn)行信息；對(duì)比主動(dòng)技術(shù)降損改造前后效果。

3 應(yīng)用范圍及成效

以電網(wǎng)企業(yè)發(fā)展建設(shè)部、營(yíng)銷部、運(yùn)維檢修部和電力客戶為服務(wù)對(duì)象，將配電網(wǎng)的營(yíng)配數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過應(yīng)用挖掘線路桿塔編號(hào)拓?fù)潢P(guān)系與臺(tái)區(qū)編號(hào)結(jié)合，將線路、桿塔代碼進(jìn)行營(yíng)配數(shù)據(jù)融合，通過大數(shù)據(jù)算法進(jìn)行細(xì)粒度理論計(jì)算，優(yōu)化篩選無功補(bǔ)償容量和線路段，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行和降損節(jié)電，從而實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)。

該方法及系統(tǒng)的應(yīng)用分別服務(wù)于以下4 個(gè)方面的工作：一是服務(wù)于發(fā)展建設(shè)工作，10 kV 及以下配電網(wǎng)規(guī)劃和項(xiàng)目前期，通過數(shù)據(jù)分析獲取配網(wǎng)線路細(xì)粒度損耗，有針對(duì)性及方向性的規(guī)劃和儲(chǔ)備項(xiàng)目，確保項(xiàng)目?jī)?chǔ)備精準(zhǔn)性及有效性，合理充分利用配農(nóng)網(wǎng)資金；二是服務(wù)于配電網(wǎng)運(yùn)維檢修工作，通過數(shù)據(jù)分析獲取10 kV 線路桿塔導(dǎo)線段線損，對(duì)10 kV 線路存在卡脖子的導(dǎo)線段準(zhǔn)確定位，變壓器超載提供改造提升計(jì)劃儲(chǔ)備明細(xì)，明確配電線路大修技改項(xiàng)目?jī)?chǔ)備方向，及時(shí)改造存在隱患的線路，同時(shí)可以對(duì)線路進(jìn)行無功補(bǔ)償計(jì)算，提高電壓合格率，降低線路損耗[2]；三是服務(wù)營(yíng)銷工作，通過系統(tǒng)計(jì)算篩選出低于功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的線路段和用戶，以及降損節(jié)電線路段和用戶的補(bǔ)償容量，挖掘出補(bǔ)償線路段和用戶無功補(bǔ)償方案，提供客戶欠補(bǔ)償清單，避免用戶投訴；四是服務(wù)用電客戶，避免力率罰款，提供就地和集中補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)方案。

4 推廣前景

大數(shù)據(jù)產(chǎn)品整合了營(yíng)銷、采集、一體化線損、PMS、同期線損5 個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過桿塔的邏輯名稱及營(yíng)銷臺(tái)區(qū)編號(hào)實(shí)現(xiàn)營(yíng)配數(shù)據(jù)融合，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)細(xì)粒度計(jì)算，可代替國(guó)網(wǎng)統(tǒng)推的配網(wǎng)理論計(jì)算軟件[3]。由于數(shù)據(jù)全部從數(shù)據(jù)中臺(tái)獲取，各地市只須要獲取相同的數(shù)據(jù)表及獲取相同的視圖，按照統(tǒng)一模板進(jìn)行建表、同步、集成加工之后，利用腳本完成配網(wǎng)理論計(jì)算、可視化展示。本項(xiàng)目因其數(shù)據(jù)來源可靠準(zhǔn)確、獲取數(shù)據(jù)的方法簡(jiǎn)單易操作、計(jì)算篩選過程無需人力，能夠給出公用臺(tái)區(qū)和用戶無功補(bǔ)償改造建議，為用戶提供方便的可視化功能等優(yōu)勢(shì)使其可在短時(shí)間內(nèi)面向各個(gè)地區(qū)，被用戶所接受，并在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、管理方面帶來效益。

經(jīng)濟(jì)效益方面：預(yù)計(jì)在2022年開始在青島進(jìn)行試點(diǎn)，用一個(gè)月的時(shí)間比對(duì)試點(diǎn)地區(qū)各個(gè)用戶的主動(dòng)補(bǔ)償是否正常并通過短信等形式提示用戶，針對(duì)補(bǔ)償不正常的用戶給出合理改造建議，預(yù)計(jì)無功補(bǔ)償不合理的用戶按照本產(chǎn)品建議改造電容器后產(chǎn)生的年投資回報(bào)率將在30%以上。在2022年下半年推廣到整個(gè)山東省地區(qū)，對(duì)力率低線路和用戶降低損耗將達(dá)到10%～53%，大大節(jié)省供電成本。

社會(huì)效益方面：服務(wù)營(yíng)銷客戶，指導(dǎo)供電企業(yè)做好無功優(yōu)化及改造，在減少無功電流的基礎(chǔ)上，通過提升配電線路功率因數(shù)、無功補(bǔ)償?shù)绒k法，大幅度降低配電線路線損率。同時(shí)可提高配線路電壓合格率，通過大數(shù)據(jù)分析計(jì)算用戶的補(bǔ)償容量，幫助客戶確定無功補(bǔ)償?shù)亩贪?，避免客戶?jīng)濟(jì)損失，提高客戶自身的節(jié)電意識(shí)，提高電能利用率，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

管理效益方面：大幅度提高配電網(wǎng)規(guī)劃、配農(nóng)網(wǎng)項(xiàng)目、大修技改項(xiàng)目前期儲(chǔ)備效率，提升配電網(wǎng)10 kV 線路新建規(guī)劃及卡脖子改造的精準(zhǔn)性，通過設(shè)定電流增長(zhǎng)幅度，篩選出1～N年后電網(wǎng)建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)精益智能化項(xiàng)目?jī)?chǔ)備，提高電網(wǎng)供電可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目應(yīng)用后，可大幅度提高配電網(wǎng)規(guī)劃、配農(nóng)網(wǎng)項(xiàng)目、大修技改項(xiàng)目前期儲(chǔ)備效率，提升配電網(wǎng)10 kV線路新建規(guī)劃及卡脖子改造的精準(zhǔn)性，通過設(shè)定電流增長(zhǎng)幅度，篩選出1～N年后電網(wǎng)建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)精益智能化項(xiàng)目?jī)?chǔ)備，提高電網(wǎng)供電可靠性。服務(wù)營(yíng)銷，服務(wù)客戶，指導(dǎo)供電企業(yè)做好無功優(yōu)化及改造，在減少無功電流的基礎(chǔ)上，通過提升配電線路功率因數(shù)、無功補(bǔ)償?shù)绒k法，大幅度降低配電線路線損率。同時(shí)可提高配電線路電壓合格率，通過大數(shù)據(jù)分析計(jì)算用戶的補(bǔ)償容量，幫助客戶確定無功補(bǔ)償?shù)亩贪?，避免客戶?jīng)濟(jì)損失，提高客戶自身的節(jié)電意識(shí)，提高電能利用率，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。