基于多源數(shù)據(jù)互補(bǔ)技術(shù)的線損智能分析平臺(tái)研究

史 琳，鄧?yán)?/p>

（廣州供電局有限公司，廣州 510620）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)破壞和環(huán)境污染等問(wèn)題日益加劇，節(jié)能減排勢(shì)在必行[1-3]。電力行業(yè)是節(jié)能減排工作的重要領(lǐng)域之一，在整個(gè)電力系統(tǒng)線損中臺(tái)區(qū)線損占較大的比重，通過(guò)臺(tái)區(qū)線損管理不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)竊電行為，還能降低電能損耗。因此，降低臺(tái)區(qū)線損已經(jīng)成為電力工作者以及供電企業(yè)的研究熱點(diǎn)[4-5]。

為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在降損增效方面展開(kāi)了大量研究，并給出了相關(guān)的理論依據(jù)及解決方案。文獻(xiàn)[6]對(duì)配電臺(tái)區(qū)在線線損異常進(jìn)行分析，探討了在線線損波動(dòng)影響因素，實(shí)現(xiàn)了用戶竊電的分級(jí)管理；文獻(xiàn)[7]提出比較精確的電壓管理方法，經(jīng)過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行驗(yàn)證了方法的合理性和科學(xué)性；文獻(xiàn)[8]在線損異常分析中引入機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和聚類算法，實(shí)現(xiàn)了消缺閉環(huán)、數(shù)據(jù)分析以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)的全過(guò)程管控。在此，對(duì)用電信息采集系統(tǒng)進(jìn)行整體研究，提出一種基于多源數(shù)據(jù)互補(bǔ)技術(shù)的線損智能分析技術(shù)，結(jié)合某供電公司異常線損典型案例進(jìn)行了分析。

1 臺(tái)區(qū)線損分析平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 主要功能

臺(tái)區(qū)線損分析平臺(tái)主要對(duì)公用配變考核計(jì)量點(diǎn)、單相一般工商業(yè)用戶、居民用戶、中小型專變用戶、大型專變用戶以及三相一般工商業(yè)用戶進(jìn)行采集。臺(tái)區(qū)線損分析平臺(tái)的主要功能如圖1所示。

圖1 臺(tái)區(qū)線損分析平臺(tái)Fig.1 Area line loss analysis platform

1.2 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)類型包括：

1）交流模擬量 功率因數(shù)、無(wú)功功率、有功功率、電流、電壓等。

2）電能量數(shù)據(jù) 各費(fèi)率電能量、總電能量、分相電能示值、組合有功電能示值、各費(fèi)率正反向電能示值、總正反向電能示值等。

3）諧波、功率因數(shù)、功率、電流、電壓等電能質(zhì)量越限數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

4）工況數(shù)據(jù) 計(jì)量設(shè)備及采集終端的工況信息。

5）事件記錄數(shù)據(jù) 費(fèi)控信息以及電能表記錄和終端事件的記錄數(shù)據(jù)等。

1.3 物理架構(gòu)

平臺(tái)由Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和運(yùn)算服務(wù)器等組成。其中，運(yùn)算服務(wù)器從用電信息采集系統(tǒng)獲取原始數(shù)據(jù)，對(duì)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，并做線損分析，將分析結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。為了保證用電信息采集系統(tǒng)和臺(tái)區(qū)線損分析平臺(tái)的安全，臺(tái)區(qū)線損分析平臺(tái)與客戶端，以及用電信息采集系統(tǒng)的統(tǒng)一接口服務(wù)平臺(tái)之間，設(shè)置了防火墻。

電表上報(bào)停電事件流程如圖2所示。終端收到電能表上報(bào)狀態(tài)后，按照新增電能表停電事件和上報(bào)狀態(tài)內(nèi)容，進(jìn)行暫存；若上報(bào)內(nèi)容無(wú)對(duì)應(yīng)電能表停電事件，暫存上報(bào)狀態(tài)字；暫存成功后，重復(fù)抄讀上報(bào)狀態(tài)字一次，確認(rèn)狀態(tài)所有位均置零；若上報(bào)狀態(tài)字含有新發(fā)生的停電事件，繼續(xù)進(jìn)行抄讀主動(dòng)上報(bào)狀態(tài)字確認(rèn)、發(fā)送狀態(tài)字復(fù)位命令、抄讀事件暫存流程。

圖2 電能表主動(dòng)上報(bào)停電事件流程Fig.2 Flow chart of active reporting of blackout events by electric energy meter

2 異常線損典型案例分析

2.1 電量構(gòu)成分析

2018年某供電公司0.4 kV和10 kV分壓線損電量見(jiàn)表1，分壓線損率分別為9.33%和3.99%。在0.4 kV分壓線損的電量構(gòu)成中，低壓導(dǎo)線線路老化，導(dǎo)線橫截面積不滿足當(dāng)用電負(fù)荷的要求。其中，線路損失占總損失的93.5%，其他損失占總損失的6.5%。對(duì)于10 kV分壓線損電量構(gòu)成而言，由于參加理論計(jì)算的線路中，10 kV線路線損主要原因?yàn)樽儔浩餍吞?hào)老舊及導(dǎo)線橫截面積過(guò)小。導(dǎo)線橫截面積小于50 mm2的線路長(zhǎng)度占比55.23%；其中線路損耗占比總損耗的81.6%，變壓器銅損和鐵損合計(jì)占比總損耗的18.4%。

表1 分壓線損電量的構(gòu)成Tab.1 Composition of partial voltage line loss

2.2 異常線損分析

10 kV高損線路統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。其主要的原因如下：線路1的線損負(fù)荷主要集中在城市的老舊小區(qū)中，線路的理論線損值為8.35%，導(dǎo)線橫截面普遍為50 mm2的導(dǎo)線，線路老化、導(dǎo)線的損耗為線路損失的主要因素。

表2 10 kV高損線路統(tǒng)計(jì)Tab.2 High loss line statistics of 10 kV

線路2處在新老城區(qū)的交界處，線路的理論線損值為8.20%，該線路變壓位于老城區(qū)中，分支線路過(guò)長(zhǎng)，變壓器經(jīng)常過(guò)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，報(bào)裝接電用戶逐年增加，導(dǎo)致線損率增加。

線路3分支較多，理論線損值為7.93%，線路總長(zhǎng)度為67.59 km，該線路處在配電網(wǎng)末端，供電電壓較低，導(dǎo)致線損率高。

線路4處在城郊地帶，理論線損值為7.83%，分支導(dǎo)線橫截面普遍較細(xì)，線路負(fù)荷主要集中在線路末端，導(dǎo)致線路損耗增大。

線路5分支偏多，理論線損值為7.76%，線路總長(zhǎng)度為90.25 km，用電量分散，用電負(fù)荷分配不合理，線路老化嚴(yán)重。

10 kV線路線損率分布統(tǒng)計(jì)如圖3所示。由圖可見(jiàn)，參加理論計(jì)算的10 kV線路主要由于變電站多位于城鎮(zhèn)中心，用電負(fù)荷主要在農(nóng)區(qū)，用電負(fù)荷多集中在末端，導(dǎo)致供電半徑大，供電電壓偏低。

0.4 kV高損臺(tái)區(qū)線損率見(jiàn)表3。其主要原因如下：

圖3 10 kV線路線損率分布統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistical of line loss rate distribution of 10 kV line

表3 0.4 kV高損臺(tái)區(qū)線損率Tab.3 Line loss rate for 0.4 kV high loss station area

1號(hào)臺(tái)區(qū)處于配電網(wǎng)的最末端，配電變壓器容量315 kV·A，供電用戶25戶，供電半徑為0.53 km，變壓器長(zhǎng)期輕負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，臺(tái)區(qū)的理論線損值為15.38%。

2號(hào)臺(tái)區(qū)，配電變壓器容量供電用戶為9戶，臺(tái)區(qū)變壓器三相負(fù)荷不平衡，用電負(fù)荷不集中，用電量小，供電半徑大，理論線損值為13.39%。采用臺(tái)區(qū)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，對(duì)該臺(tái)區(qū)負(fù)荷進(jìn)行分析；利用分析模型，查看采集成功率100%，發(fā)現(xiàn)存在1戶0 kW·h電量單相表計(jì)用戶，屬于現(xiàn)場(chǎng)接線錯(cuò)誤。將該戶電量錄入采集系統(tǒng)后，線損值在理論值附近。

3號(hào)臺(tái)區(qū)處用電量小，在整條線路的最末端，供電用戶數(shù)為17戶，供電半徑為0.57 km，配電變壓器容量50 kV·A，該臺(tái)區(qū)導(dǎo)線橫截面積較小，且導(dǎo)線老舊，線損率為16.75%。在采集系統(tǒng)中分析該臺(tái)區(qū)的負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)有1戶用電客戶不在該臺(tái)區(qū)中。在建立正確的采集檔案后，該臺(tái)區(qū)成為合格臺(tái)區(qū)。

4號(hào)臺(tái)區(qū)低壓分支側(cè)的導(dǎo)線與主干線導(dǎo)線橫截面積相差較大，供電用戶為282戶，供電半徑為0.66 km，配電變壓器容量315 kV·A，首末端電壓差高達(dá)40 V，理論線損值為18.78%。利用臺(tái)區(qū)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，分析該臺(tái)區(qū)的負(fù)荷確，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)區(qū)存在2戶的電能表采集漏抄，在0 kW·h電量用戶中發(fā)現(xiàn)2戶存在竊電現(xiàn)象。

5號(hào)臺(tái)區(qū)處在市中心的老舊小區(qū)，供電用戶為496戶，供電半徑為1.07 km，配電變壓器容量400 kV·A，用電負(fù)荷大，供電半徑也大，導(dǎo)致變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，理論線損值為20.07%。實(shí)際線損值明顯高于理線損值，采集系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)該臺(tái)區(qū)的負(fù)荷異?；靵y，采集數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，造成線損值高。

某供電公司高損臺(tái)區(qū)分布如圖4所示。其主要原因?yàn)椋?）大部分臺(tái)區(qū)處在城市中心區(qū)，導(dǎo)線橫截面積普遍較小，負(fù)荷仍逐年增加，供電半徑大，老舊小區(qū)較多，導(dǎo)線多為鋁線徑，分支較多，且線路老化，導(dǎo)致變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。2）農(nóng)區(qū)低壓的變壓器容量普遍較小，在用電量小的時(shí)候，變壓器輕負(fù)荷運(yùn)行；在用電高峰期，變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，用電負(fù)荷量增大，導(dǎo)致線損增大。

圖4 0.4 kV高損臺(tái)區(qū)分布Fig.4 Distribution of high loss stage area of 0.4 kV

2.3 不合格臺(tái)區(qū)線損明細(xì)

各供電所的臺(tái)區(qū)線損合格率分析結(jié)果如圖5所示。由圖整體來(lái)看各供電所線損合格率較好。其中，1號(hào)、2號(hào)供電所的臺(tái)區(qū)線損合格率分別為99.09%和98.46%，其臺(tái)區(qū)線損管理作效果較好；5號(hào)、7號(hào)供電所臺(tái)區(qū)線損合格率相對(duì)較低，分別為86.19%和84.94%，需加強(qiáng)其線損管理工作。

圖5 線損合格率分析結(jié)果Fig.5 Analysis of line loss qualification rate

2.4 臺(tái)區(qū)線損率波動(dòng)分析

工業(yè)區(qū)供電所1月份—7月份線損率波動(dòng)分析結(jié)果如圖6所示。由圖可見(jiàn)，臺(tái)區(qū)線損率波動(dòng)較大；1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)供電臺(tái)區(qū)線損變異系數(shù)分別為12.31%，11.18%和10.08%；供電企業(yè)應(yīng)及時(shí)排查線損突增或突降原因。將線損率波動(dòng)與線損率歷史曲線相結(jié)合，能夠得到更多的數(shù)據(jù)信息，為臺(tái)區(qū)線損管理提供科學(xué)依據(jù)。

圖6 供電所臺(tái)區(qū)線損率波動(dòng)分析Fig.6 Analysis of line loss rate fluctuation in power station

3 存在的問(wèn)題及整改措施研究

3.1 臺(tái)區(qū)存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)實(shí)際線損數(shù)據(jù)和理論線損數(shù)據(jù)的分析，可知在管理線損和技術(shù)線損方面，該供電公司存在以下問(wèn)題：

1）農(nóng)網(wǎng)地區(qū)存在輕負(fù)荷變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行的狀況。配電網(wǎng)骨架布局不合理，導(dǎo)線橫截面積過(guò)小，供電半徑過(guò)大，市中心區(qū)域變壓器容量過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，打擊竊電的力度不夠。

2）維修計(jì)劃制定不合理，部分低壓變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行，供電公司對(duì)變壓器未及時(shí)進(jìn)行檢修與維護(hù)。

3）在一些用電量小及偏遠(yuǎn)的地區(qū)，變壓器的裝機(jī)容量大；負(fù)荷較大地區(qū)，變壓器容量明顯偏小，變壓器的裝機(jī)容量不合理，導(dǎo)致線損增加。

4）老舊小區(qū)用電負(fù)荷逐年增加，設(shè)備及線路老化嚴(yán)重，變壓器投運(yùn)時(shí)間較早，導(dǎo)致線損偏高。

5）臺(tái)區(qū)負(fù)荷錯(cuò)誤嚴(yán)重影響低壓線損率，導(dǎo)致線損率上下波動(dòng)明顯，穩(wěn)定性差。

3.2 臺(tái)區(qū)整改措施

針對(duì)以上的問(wèn)題提出以下整改建議：

1）加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)備的改造，改變?cè)械呢?fù)荷狀態(tài)，更換節(jié)能變壓器，提高變壓的功率因數(shù)，增加變壓器的無(wú)功補(bǔ)償，發(fā)現(xiàn)故障表要及時(shí)更換。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)竊電問(wèn)題嚴(yán)格按照反竊電管理辦法執(zhí)行。

2）優(yōu)化電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)布局，配電網(wǎng)在安全經(jīng)濟(jì)的模式下運(yùn)行，減少線路的迂回供電，改造線徑較小的導(dǎo)線。

3）出臺(tái)相應(yīng)管理辦法，降低供電企業(yè)的負(fù)面影響，提高供電企業(yè)形象，營(yíng)造風(fēng)清氣正的企業(yè)風(fēng)氣，保證企業(yè)利益和社會(huì)利益的共同發(fā)展。

4）加強(qiáng)對(duì)臨時(shí)電用戶的普查，及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)停運(yùn)的變壓器，加大對(duì)智能電表采集失敗戶的維護(hù)與檢查。

5）加快智能電表的改造進(jìn)度，以滿足采集系統(tǒng)的采集和相應(yīng)的載波技術(shù)要求。

采用管理降損和技術(shù)降損手段對(duì)高損臺(tái)區(qū)進(jìn)行治理，經(jīng)過(guò)2個(gè)月的時(shí)間，線損大于10%的臺(tái)區(qū)同期同比降低80%，證明了基于多源數(shù)據(jù)互補(bǔ)技術(shù)的線損智能分析平臺(tái)的科學(xué)性和有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

將系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)相融合，提出了一種基于多源數(shù)據(jù)互補(bǔ)技術(shù)的線損智能分析技術(shù)。該平臺(tái)具有臺(tái)區(qū)線損率波動(dòng)分析、線損率歷史曲線不合格臺(tái)區(qū)線損明細(xì)以及線損合格率分析等功能。針對(duì)某供電公司異常線損案例進(jìn)行研究，分析查找異常線損的原因，驗(yàn)證了平臺(tái)的有效性和實(shí)用性；結(jié)合該地區(qū)實(shí)際情況和理論線損數(shù)據(jù)，提出了針對(duì)性的解決措施。該研究能夠?yàn)榻档团_(tái)區(qū)線損率，提高配電效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供理論指導(dǎo)，對(duì)降低壓臺(tái)區(qū)損失率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。