配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)設計

丁 彬，戴 蘇，馬云龍，李 源，靳 翔

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司連云港供電分公司，江蘇連云港 222000；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210000）

在配電過程中，由于電網(wǎng)的配電范圍較廣且用戶類型錯綜復雜，因此線路出現(xiàn)異常破損的因素十分多樣化[1-2]，導致后續(xù)出現(xiàn)的問題越來越棘手[3]，所以在電網(wǎng)配電中對電力線路變化進行監(jiān)測，判斷每條線路的破損動態(tài)，提高配電臺區(qū)線損的管理效率以及工作質(zhì)量。

崔振輝[4]等人利用線損模擬設備提取線損數(shù)據(jù)特征量，并對特征量進行統(tǒng)一化處理，生成特定的訓練集；其次在遺傳算法的基礎上，比較訓練集數(shù)據(jù)和正常數(shù)據(jù)，完成線損數(shù)據(jù)到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，將線損數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行輸出，實現(xiàn)異常線損動態(tài)判斷。楊婧[5]等人在自動化系統(tǒng)的基礎上，采集配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，并依次對數(shù)據(jù)中的站、線、變以及戶數(shù)據(jù)進行處理；其次在自動聚類算法的幫助下將用戶用電種類進行劃分；最終通過隨機森林算法構建出電網(wǎng)中各個線損之間的關系模型，進而建立出配電臺區(qū)損耗的分析以及定位模型，實現(xiàn)異常線損動態(tài)判斷。但以上兩種方法沒有對系統(tǒng)的核心功能模塊仔細分析和設計，導致核心功能不完整，線損數(shù)據(jù)更新不及時，無法及時調(diào)整電量，導致線損誤差大、系統(tǒng)召回率低以及ROC 曲線較平緩。

為了解決上述方法中存在的問題，提出配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)設計方法。

1 系統(tǒng)總體設計

配電臺區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)線路破損等問題，因此需要時刻對異常線損動態(tài)進行判斷[6-7]，從而對其進行細致檢測。在判斷異常線損過程中，必須遵守資源共享與可靠性等準則[8]，并通過電力系統(tǒng)管理對數(shù)據(jù)進行處理以及共享，而系統(tǒng)可靠性是以電力系統(tǒng)結果和基于電力技術為電力系統(tǒng)線損判斷提供保障，因此在電路線損判斷系統(tǒng)中設計出以線損管理要求為基礎的多個相應功能模塊。

1.1 電能質(zhì)量管理模塊

電能質(zhì)量管理模塊的主要作用是對配電臺區(qū)的線損進行實時的遠程監(jiān)測，工作人員利用可視化窗口[9]對電路的電流數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)臺區(qū)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)與線路電壓數(shù)據(jù)進行觀察，電能質(zhì)量模塊又可稱之為設備模塊，該模塊可保存電力設備內(nèi)的基礎變量信息，并根據(jù)需要添加或刪減設備模塊。設備模塊的屬性框架如圖1 所示。

圖1 設備模塊的屬性框架圖

1.2 線損基礎信息管理功能模塊

線損基礎信息管理功能模塊的主要作用是對線路、變電站以及臺區(qū)中的數(shù)據(jù)進行修改和刪除，工作人員經(jīng)過對數(shù)據(jù)的不斷更新將全新數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，同時系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測[10-11]，最終通過驗證的數(shù)據(jù)被儲存到數(shù)據(jù)庫內(nèi)。該模塊更新數(shù)據(jù)流程圖如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)更新流程圖

1.3 線損異常功能模塊

線損異常功能模塊的主要作用是仔細分析配電臺區(qū)中異常線損情況，將分析結果進行分類[12]，即篩選出超出正常指標的線損，并在線損指定指標以及線損率的基礎上描述出線損的整體走勢，進而為判斷異常線損動態(tài)打下基礎，根據(jù)該模塊對配電臺區(qū)異常線損動態(tài)進行分析和判斷，其過程如圖3 所示。

圖3 配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷過程

2 系統(tǒng)核心功能模塊設計

通過對配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)的整體分析，將系統(tǒng)的核心模塊進行細致地分析后對核心模塊進行設計，得到更為完整的系統(tǒng)。

2.1 線損基礎信息管理功能模塊

在線損基礎信息管理功能模塊中，不僅僅需要對各種數(shù)據(jù)進行編輯，還需對線損設置出考核單元以及考核電量。

2.1.1 變電站編輯模塊

變電站編輯模塊根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)的制度等要求為變電站中的信息進行適當?shù)脑鰷p以及修改等，并不斷更新聯(lián)動變電站，將更新后的信息傳輸給調(diào)度運行專業(yè)。

2.1.2 臺區(qū)編輯模塊

臺區(qū)編輯模塊同樣是根據(jù)電網(wǎng)要求進行數(shù)據(jù)更新，將更新后的數(shù)據(jù)傳輸[13]給營銷專業(yè)。

2.1.3 線路編輯模塊

線路編輯模塊在電網(wǎng)企業(yè)的要求下對數(shù)據(jù)進行更新，最終將更新后的數(shù)據(jù)傳輸給線路運行專業(yè)。

2.1.4 考核單元管理模塊

考核單元管理模塊是依據(jù)電網(wǎng)相應的制度和要求，根據(jù)配電網(wǎng)絡的拓撲關系進行設置的[14-15]。

2.1.5 考核電量管理功能模塊

考核電量管理功能模塊框架圖如圖4 所示。

圖4 考核電量管理功能模塊框架圖

1）電量獲取

在電表中通過抄取用戶所用電量獲取電力數(shù)據(jù)，并利用該數(shù)據(jù)對考核單元電量進行求解。

2）供售電量調(diào)整

在電網(wǎng)公司的要求下生成考核單元的電量負荷調(diào)整信息，即電力調(diào)整的時間、范圍以及電量等數(shù)據(jù)，根據(jù)調(diào)整的結果依次對考核單元中的電力進行相應的調(diào)整。

3）求解考核單元電量

在考核表采集電量以及用戶用電量的基礎上將考核單元中供電量以及用戶用電量進行比較。

考核電量管理功能模塊操作流程如圖5 所示。

圖5 考核電量管理功能模塊操作流程圖

2.2 線損異常功能模塊

2.2.1 線損統(tǒng)計功能模塊

線損統(tǒng)計功能模塊的主要功能就是根據(jù)用戶的用電量以及電網(wǎng)公司的供電計劃計算出指定供電指標值與實際供電指標值之差，依靠該差值可有效分析出配電臺區(qū)線損電量。最終得出電量查詢統(tǒng)計結果，其流程如圖6 所示。

圖6 線損統(tǒng)計查詢流程圖

根據(jù)上述流程判斷用戶認為合理的數(shù)據(jù)，得出正確的查詢結果。

2.2.2 線損異常功能模塊

線損異常功能模塊的主要作用是將可能存在線損的電路以及臺區(qū)進行判斷分析，將所有超出線損規(guī)定的電路以及配電臺區(qū)的線損率以及預測線損指標進行對比，描述出電力變化趨勢，根據(jù)此趨勢圖對配電臺區(qū)的異常線損動態(tài)進行判斷。該模塊框架圖如圖7 所示。

圖7 線損異常功能模塊框架圖

通過以上對配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)內(nèi)的核心模塊分析和設計即可保證線損檢測的準確性，將其添加到系統(tǒng)內(nèi)，從而準確判斷異常線損動態(tài)。

3 實驗結果與分析

為了驗證配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)設計方法的有效性，需對其性能進行測試，對三種方法線損誤差、系統(tǒng)召回率以及ROC 曲線三個指標進行測試，對比三種方法的結果，測試結果如下所示[16]。

3.1 線損誤差

在任意十組線路中對線損進行判斷，計算各個線路中每種方法的誤差，根據(jù)表1 可知，在每組實驗數(shù)據(jù)中所提方法的計算誤差均是最小的，其余兩種方法的誤差均不同程度地大于所提方法，尤其是文獻[5]方法的誤差，是三種方法誤差最大的，所提方法可將誤差降至最小，是因為在判斷異常線損動態(tài)過程中，對核心模塊進行細致的分析和設計，保證在判斷線損過程中數(shù)據(jù)的完整性和實時性，進而確保線損判斷結果更加準確，降低線損計算誤差。

表1 不同方法的線損計算誤差

3.2 系統(tǒng)召回率

召回率又稱為查全率，它是指判斷出的線損線路與所有線路的比值，其公式如下所示：

式中，F(xiàn)N 代表假陰性，TP 代表真陽性，Recall代表召回率。

三種方法的召回率如圖8 所示。

圖8 三種方法的召回率

三種線損判斷方法的召回率均會隨著檢測率的變化而改變，根據(jù)實驗結果可知，在檢測率較低時，線路破損判斷的召回率較低，且其隨著檢測率的增加而增大。當檢測率到20%時，三種方法的召回率最低，此時所提方法的召回率為9.4%，文獻[4]方法為6.8%，文獻[5]方法為7.3%，而檢測率達到100%時，所提方法的召回率達到了100.0%，而文獻方法的召回率僅為77.1%和86.9%，三種方法相比，所提方法的召回率均高于文獻方法，說明所提方法可以準確判斷出線損線路與所有線路的比值，從而將線路破損范圍縮小，同時保證破損線路的完整性，便于發(fā)現(xiàn)的破損線路。

3.3 ROC曲線

配電臺區(qū)異常線損與正常線路之間分布十分不平衡，為更好地判斷出配電臺區(qū)線損動態(tài)，可利用真正例率與反正例率之間的相對關系，即利用ROC 曲線進行描述，ROC 曲線下的面積越大即可代表該方法判斷出破損的準確率越高，其中真正例率的公式為：

式中，TPR 代表真正例率，F(xiàn)P 代表假陽性。

反正例率的公式為：

式中，F(xiàn)PR 代表反正例率，TN 代表真陰性。

三種方法的ROC 曲線如圖9 所示。

圖9 三種方法的ROC曲線

根據(jù)圖9 可知，三種方法中，所提方法的ROC 曲線面積最大，可證明所提方法正確判斷配電臺區(qū)線損動態(tài)數(shù)量最多，從而得出所提方法的準確性最高，該方法的系統(tǒng)性能最優(yōu)。

4 結束語

在電網(wǎng)日益壯大的同時，配電臺區(qū)的配電工作量也在日益增多，各個線路電力工作量的增多導致電路更加容易破損，每個地區(qū)的用電監(jiān)測也不盡相同。在用電監(jiān)測過程中往往因為運行管理等問題會出現(xiàn)監(jiān)測功能出現(xiàn)異常，且配電臺區(qū)在管理過程中，其內(nèi)容錯綜復雜，數(shù)據(jù)雜亂無章，不易判斷目前異常線損動態(tài)，因此提出配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)設計方法。該方法首先對異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)進行初步設計，其次對系統(tǒng)中的核心功能進行細致的設計，實現(xiàn)異常線損動態(tài)判斷，解決了線損誤差大、系統(tǒng)召回率低以及ROC 曲線較平緩的問題，保證電力系統(tǒng)各線損能被及時發(fā)現(xiàn)并治理，目前該方法是最優(yōu)判斷線損程度的系統(tǒng)，但具體應用還需進一步探索。