基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)分析

李雷 王磊 趙麗 陳思 謝杰

（國網(wǎng)河南內(nèi)鄉(xiāng)縣供電公司 河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣 474350）

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用在電力行業(yè)中多個不同的領(lǐng)域，如電力設(shè)備狀態(tài)評價、電力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化運(yùn)行及節(jié)能降損、電力系統(tǒng)建模等，本文主要對大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)ε潆娤到y(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的計算和分析，從而提出有針對性的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)措施，優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，本文詳細(xì)對如何將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用在配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損領(lǐng)域進(jìn)行了闡述。

1 配電大數(shù)據(jù)系統(tǒng)

在配電大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，包括數(shù)據(jù)采集器，匯集器，配電數(shù)據(jù)子站，配電數(shù)據(jù)主站等。數(shù)據(jù)采集器主要用來采集配電終端的實(shí)時數(shù)據(jù)，并將所采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R集器中。配電數(shù)據(jù)經(jīng)過匯集之后，就可以集中傳輸?shù)剿鶎俚呐潆娮诱局小Ｅ潆姅?shù)據(jù)子站和配電數(shù)據(jù)主站之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信和數(shù)據(jù)交互，主站可以接收子站所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，也通過對子站的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控[1]。通過分析配電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，包括用電負(fù)荷大小、用電行為特征、線損區(qū)域分布、設(shè)備容量等臺賬信息，可以找出配電網(wǎng)節(jié)能降損的方法和措施，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損中的應(yīng)用

準(zhǔn)確對配電網(wǎng)中的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，是配電網(wǎng)節(jié)能降損的重要前提，根據(jù)采集到的配電數(shù)據(jù)結(jié)果，可以合理安排配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，優(yōu)化配電網(wǎng)的潮流分布。同時在用戶終端設(shè)置數(shù)據(jù)采集器，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能使智能化配電網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)有了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。此外利用大數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)能夠掌握配電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個配電網(wǎng)格或配電臺區(qū)的線損較高時，則可以提出相應(yīng)的配電網(wǎng)絡(luò)線損治理方案[2]。對于電壓偏低的配電區(qū)域，可以通過無功補(bǔ)償提高電壓水平。對于線損較高的配電網(wǎng)格，可以通過采用截面較大的線路或者在該地區(qū)推廣節(jié)能產(chǎn)品，降低配電線損。

2.2 配電系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

當(dāng)利用先進(jìn)的通信技術(shù)，采集到完整的各類配電運(yùn)行數(shù)據(jù)信息后，可以對配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式加以優(yōu)化。優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)為配電系統(tǒng)的線損最小，如下式（1）所示：

約束條件主要包括功率平衡約束、支路潮流約束、電壓上下限約束、有功及無功約束等，分別如以下下式所示：

圖1：內(nèi)點(diǎn)法計算流程圖

圖2：K 均值聚類的聚類過程

建立好配電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型之后，就可以利用優(yōu)化算法對所建立的模型進(jìn)行求解。對于優(yōu)化算法的選取，可以選用人工智能算法或者數(shù)值計算的方法。一般而言，數(shù)值計算通過不斷進(jìn)行迭代的方式尋找到最優(yōu)解，每次計算的結(jié)果較為一致，在實(shí)際應(yīng)用中也具有較高的效率[3]。本文選用內(nèi)點(diǎn)法對建立的模型進(jìn)行求解，計算流程圖如圖1所示。

通過計算，可以得到整個配電系統(tǒng)的潮流分布、發(fā)電數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)等，并進(jìn)一步分析計算系統(tǒng)的網(wǎng)損。在此基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)對線損的在線實(shí)時分析計算，并進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過對比各個配電臺區(qū)的線損情況，可以有針對性地對線損高的臺區(qū)采取降損措施。上述方法是通過以配電系統(tǒng)線損最小為目標(biāo)，優(yōu)化配電系統(tǒng)的運(yùn)行，來達(dá)到配電系統(tǒng)節(jié)能降損的目的，在實(shí)際中具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價值。

3 數(shù)據(jù)聚類分析在配電網(wǎng)線損預(yù)測中的應(yīng)用

除了通過優(yōu)化配電系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到節(jié)能降損的目的之外，還可以通過對大數(shù)據(jù)平臺中的配電數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，并進(jìn)行配電線損預(yù)測，指導(dǎo)線損管理。在配電大數(shù)據(jù)平臺中，應(yīng)包括設(shè)備臺賬信息、配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息等[4]。根據(jù)所掌握的眾多數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用數(shù)據(jù)聚類分析算法，可以構(gòu)建配電網(wǎng)線損預(yù)測模型，并可以提供相應(yīng)的配電臺區(qū)線損異常告警，發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)在用電過程中存在的問題，為配電網(wǎng)的節(jié)能降損提供重要的參考，故配電網(wǎng)的線損預(yù)測具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值。

3.1 數(shù)據(jù)聚類分析

聚類分析算法一般包含四個部分：特征獲取與選擇、計算相似度、分組、聚類結(jié)果展示，本文選用k 均值聚類算法進(jìn)行配電網(wǎng)線損預(yù)測。該聚類方法的基本思想是，在一個平面層次上對所有的樣本點(diǎn)先做出某種較為粗略的劃分[5]，然后按照某種最優(yōu)的準(zhǔn)則進(jìn)行修正，通過算法的迭代執(zhí)行，得到一個較為合理的聚類結(jié)果。具體聚類過程可由圖2 來表達(dá)。

通過大數(shù)據(jù)聚類分析對配電網(wǎng)進(jìn)行線損預(yù)測，可以提升對配電網(wǎng)節(jié)能降損的管理效益，指導(dǎo)配電線路改造方案的制定，從而提高電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)營效益。

3.2 配電網(wǎng)的線損預(yù)測

采用數(shù)據(jù)聚類分析算法進(jìn)行配電網(wǎng)線損預(yù)測時，根據(jù)配電網(wǎng)中的負(fù)荷總量、負(fù)荷率和負(fù)荷峰谷差等具有較強(qiáng)代表性的負(fù)荷特征數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)聚類分析算法對地區(qū)配網(wǎng)中你給的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，并將數(shù)據(jù)分為K 類，每個類別中包括n 個相似日。根據(jù)待預(yù)測日的負(fù)荷特征數(shù)據(jù)，將待預(yù)測日劃入到某個類別中，根據(jù)歷史線損數(shù)據(jù)進(jìn)行線損預(yù)測，k 均值聚類的詳細(xì)算法介紹如下：

3.2.1 條件與約定

在進(jìn)行線損數(shù)據(jù)聚類分析之前，需要先設(shè)定樣本的特征向量集為{X1,X2,...,XN}，并且需要分成的類數(shù)量是固定，為K 類。

3.2.2 基本思想

K 數(shù)據(jù)聚類分析的基本思想是通過計算不斷調(diào)整樣本所屬的類別，使得樣本到聚類中心之間的距離最小，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的聚類。在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，可以首先確定k 個初始聚類中心，經(jīng)過初始聚類之后，再將各樣本劃入到具體的類別中，使得各個樣本離所屬類別的距離最小，完成樣本的聚類。

3.2.3 算法步驟

在數(shù)據(jù)聚類編程實(shí)現(xiàn)的過程中，可以按照以下步驟進(jìn)行，第一步是根據(jù)樣本的特征向量選取K 個初始聚類中心，即第二步是對待預(yù)測的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分類，根據(jù)樣本的特征向量集{Xi}，按照與聚類中心的距離最小的原則進(jìn)行聚類劃分，若則可以將樣本判斷為式中表示Xi和的中心的距離，上角標(biāo)表示迭代次數(shù)，于是產(chǎn)生新的聚類第三步是在第二步的基礎(chǔ)上，重新計算各個類型的類心：

4 結(jié)論

大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)的分析計算中具有較大的應(yīng)用空間，本文詳細(xì)分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)節(jié)能降損中的應(yīng)用，包括基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)、數(shù)據(jù)聚類分析在配電網(wǎng)線損預(yù)測中的應(yīng)用等，對于促進(jìn)配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)水平的提高具有一定的價值。