基于大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)電壓智能分析及診斷應(yīng)用研究

潘 良，唐星祝，曾 偉，梁偉峰，許凌云

1.國網(wǎng)湖南省電力公司婁底供電分公司，湖南 婁底 417000

2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007

“有電用，電好用”是永恒的主題。目前，電網(wǎng)企業(yè)正處于電力體制改革的重要時(shí)刻，而備受社會(huì)關(guān)注的就是為用戶持續(xù)提供可靠、合格的電能，供電電壓合格率是其中最為重要的一項(xiàng)指標(biāo)。電壓專業(yè)工作是受政府監(jiān)管、履行社會(huì)責(zé)任的工作，也是保障公司持續(xù)發(fā)展的工作[1-4]。

用戶電壓合格率涉及變電站、線路、配變臺(tái)區(qū)、用戶等一連串環(huán)節(jié)，涉及調(diào)控、運(yùn)檢、營銷、發(fā)展、項(xiàng)目管理中心等多個(gè)部門，涉及負(fù)荷參數(shù)、線路參數(shù)、配變臺(tái)區(qū)參數(shù)、用戶用電參數(shù)等多系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)，迫切需要一套基于大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)電壓異常智能分析及診斷應(yīng)用輔助供電電壓治理工作。

1 總體目標(biāo)

目前湖南全省臺(tái)區(qū)數(shù)量超過29萬個(gè)，用戶數(shù)量超過2890萬，并且與日俱增，數(shù)據(jù)量十分龐大，湖南電力在國網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)主動(dòng)率先打造省級(jí)電網(wǎng)電能質(zhì)量精益管理體系，不斷推進(jìn)電壓領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)建設(shè)，全面對(duì)接全省海量的臺(tái)區(qū)及用戶電壓數(shù)據(jù)，不斷在電壓專業(yè)上爭(zhēng)先創(chuàng)優(yōu)，提升電壓專業(yè)精益化管理水平，以客戶為中心，以降電壓類投訴為目標(biāo)，持續(xù)深化低電壓、高電壓等問題分析，并針對(duì)性開展治理，支撐“有電用”向“電好用”升級(jí)轉(zhuǎn)型，增強(qiáng)客戶用電體驗(yàn)，提高優(yōu)質(zhì)服務(wù)的能力和水平。

此課題在前期積累電力大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)優(yōu)化提升數(shù)據(jù)智能分析。一是研究基于大數(shù)據(jù)的變電站電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)變電站電壓統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警等模塊功能。二是研究基于大數(shù)據(jù)的臺(tái)區(qū)電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)臺(tái)區(qū)電壓智能分析及診斷應(yīng)用功能。三是研究基于大數(shù)據(jù)的用戶電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)用戶低、高電壓智能分析及診斷應(yīng)用功能。

2 技術(shù)方案

2.1 總體框架

基于大數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)成（如圖1所示），分別為數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層。（1）數(shù)據(jù)源層，包括SCADA、AVC、PMS等多個(gè)系統(tǒng)配電網(wǎng)電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷所需要的全部相關(guān)數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)層，收集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)源層中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，開展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、抽取、挖掘、分析計(jì)算，為基于大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。（3）業(yè)務(wù)應(yīng)用層，基于大數(shù)據(jù)開展配電網(wǎng)電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用，包括電壓合格率監(jiān)測(cè)、AVC區(qū)間以及配變檔位監(jiān)測(cè)、低電壓與過電壓監(jiān)測(cè)分析以及智能診斷和預(yù)警。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 主要功能

（1）基于大數(shù)據(jù)的變電站電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)變電站電壓智能分析及診斷應(yīng)用功能。開展變電站電壓統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警。對(duì)變電站主變調(diào)檔統(tǒng)計(jì)涉及的主變數(shù)、線路數(shù)、線路帶低壓用戶總戶數(shù)、主變調(diào)檔前線路配變臺(tái)區(qū)出口電壓合格率、主變調(diào)檔后線路配變臺(tái)區(qū)出口電壓合格率、主變調(diào)檔前線路配變臺(tái)區(qū)下用戶電壓合格率、主變調(diào)檔后線路配變臺(tái)區(qū)下用戶電壓合格率、提升率、相關(guān)電壓值等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（2）基于大數(shù)據(jù)的臺(tái)區(qū)電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)新臺(tái)區(qū)電壓智能分析及診斷應(yīng)用功能。開展新投配變臺(tái)區(qū)統(tǒng)計(jì)分析和智能預(yù)警。對(duì)新投配變投運(yùn)時(shí)間、配變檔位數(shù)、運(yùn)行檔位、臺(tái)區(qū)用戶電壓合格率、不平衡度、負(fù)載率等情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（3）基于大數(shù)據(jù)的用戶電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)，開展用戶低、高電壓智能分析及診斷功能應(yīng)用。與低電壓模塊結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)用戶低、高電壓統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警。數(shù)據(jù)分析比對(duì)后，可以發(fā)現(xiàn)以前看不到的有價(jià)值的數(shù)據(jù)和線索，讓高、低電壓?jiǎn)栴}都看得清、摸得準(zhǔn)，用實(shí)際行動(dòng)踐行“不能用低電壓?jiǎn)栴}損害群眾利益”“不能用提高首端電壓掩蓋末端電壓?jiǎn)栴}損害群眾利益”的宗旨，讓低電壓、過電壓無處遁形，實(shí)現(xiàn)低電壓、過電壓標(biāo)本兼治。

2.3 算法支撐

（1）線路首末端電壓降落，計(jì)算公式如下：

由式（1）可知，電壓降低與線路傳輸功率、線路電阻、線路額定電壓、導(dǎo)線橫截面積、供電距離有關(guān)。

（2）臺(tái)區(qū)電壓狀態(tài)劃分。根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓偏差規(guī)范》（GB/T 12325—2008），220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%，臺(tái)區(qū)出口電壓狀態(tài)劃范圍如表1所示。

表1 臺(tái)區(qū)出口電壓狀態(tài)劃分

（3）關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。相關(guān)計(jì)算公式如下：

（4）智能分析與輔助決策。①聚類分析。聚類分析是基于數(shù)據(jù)特征按照相似性進(jìn)行聚合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類進(jìn)而提供輔助決策的重要方法。文章中使用聚類分析實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)電壓異常分析和診斷功能。K-means模型是常用的聚類方法之一，基本原理為選擇k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為初始中心，統(tǒng)計(jì)各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到k個(gè)初始中心的距離，把每個(gè)對(duì)象分配給距離它最近的聚類中心，重新計(jì)算聚類中心，直至達(dá)成聚類中心不再變化等結(jié)束條件。②關(guān)聯(lián)挖掘。電壓異常與臺(tái)區(qū)運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)。通過關(guān)聯(lián)挖掘可以識(shí)別其中的聯(lián)系，輔助特征分析和智能診斷功能。Apriori是挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則的常用算法，通過支持度（support）、置信度（confidence）等對(duì)完成關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘。通常設(shè)定最小支持度閾值和最小置信度閾值，滿足閾值約束的規(guī)則即為強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則。

3 案例與成效分析

以國網(wǎng)湖南省電力有限公司婁底供電分公司為試點(diǎn)，對(duì)3個(gè)110kV變電站AVC調(diào)控區(qū)間、108臺(tái)新投配變檔位以及9123個(gè)用戶的電壓合格率開展大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析、關(guān)聯(lián)特征挖掘、電壓異常預(yù)警，有效推進(jìn)AVC調(diào)控區(qū)間和新投配變檔位的合理設(shè)置，驗(yàn)證了基于大數(shù)據(jù)的電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應(yīng)用系統(tǒng)功能的正確性和合理性。（1）臺(tái)區(qū)低電壓分布特征分析?；诖髷?shù)據(jù)開展臺(tái)區(qū)低電壓分布特征分析，識(shí)別出造成臺(tái)區(qū)低電壓的主要原因?yàn)樵O(shè)備重過載、供電半徑過長(zhǎng)、導(dǎo)線線徑過小等，占比分別為39.82%、33.17%、24.16%。（2）臺(tái)區(qū)低電壓原因分析與輔助決策?；诖髷?shù)據(jù)識(shí)別導(dǎo)致電壓偏低的主要因素包括臺(tái)區(qū)配變及線路重過載、供電半徑過長(zhǎng)、線徑過小、三相負(fù)荷不平衡、AVC設(shè)置不合理、低壓無功補(bǔ)償容量不足或可用率低、配變分接頭設(shè)置不合理等，主要舉措為加大低壓線徑、配變?cè)鋈?、增大低壓線徑、新建或分拆臺(tái)區(qū)、優(yōu)化AVC區(qū)間和配變分接頭設(shè)置等。（3）臺(tái)區(qū)電壓異常預(yù)警?；贏priori關(guān)聯(lián)分析識(shí)別配電臺(tái)區(qū)的容量、線路末端最低電壓、臺(tái)區(qū)低壓側(cè)最長(zhǎng)主干線線徑、最長(zhǎng)供電半徑與電壓異常的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并基于該關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)區(qū)電壓異常狀態(tài)的預(yù)警。（4）電壓控制策略的優(yōu)化提升?；趯?shí)際運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析10kV母線電壓合格率，通過開展AVC調(diào)控區(qū)間和配變檔位分析，優(yōu)化AVC定值、配變檔位設(shè)置，經(jīng)調(diào)整前后對(duì)比驗(yàn)證，大幅提高了AVC受控站和配變調(diào)檔后的電壓合格率。

4 結(jié)束語

該課題研究成果在試點(diǎn)公司、省公司應(yīng)用成功，未來可以進(jìn)一步推進(jìn)管理創(chuàng)新，促進(jìn)國網(wǎng)公司系統(tǒng)電壓大數(shù)據(jù)智能分析治理工作全覆蓋，全面提升配網(wǎng)電壓智能分析診斷以及輔助決策能力。