基于大數據的配電網線損分析

鄭雋杰，錢 程，曹騰飛

國網寧波市北侖區(qū)供電公司，浙江 寧波 315800

0 引言

近年來，我國配電網規(guī)模逐漸擴大，相關電力設備數量明顯增長。配電網系統(tǒng)運行過程包含輸電、變電、配電及售電等多個環(huán)節(jié)，在各個環(huán)節(jié)都會產生電能線損。電能線損在電力企業(yè)綜合性經濟指標中占據重要位置，通過線損率可以了解電力企業(yè)的經濟性及企業(yè)的盈利率。配電網線損率的大小與諸多因素相關，技術狀況、運行方式及電網結構等都會對線損率產生明顯的影響，供電企業(yè)生產經營過程降損節(jié)能管理水平也會對線損率產生影響?，F(xiàn)階段，越來越多的電力企業(yè)開始注重配電網線損精細化管理，其對于供電企業(yè)經濟效益的提高也具有重要作用[1]。在大數據背景下，智能分析配電網線路損耗，強調網損工作的重要性變得更加突出。

1 配電網線損產生的原因

配電網線損可以分為技術線損及管理線損兩大類。配電網技術線損的發(fā)生主要與配電網結構不合理、變壓器和電纜等元件運行中的自身損耗及推廣應用大功率設備有關。例如，在配電網系統(tǒng)中，如果線路導線截面與設計要求的符合度較低，極易引發(fā)線路超負荷運行的情況，這樣線路損耗勢必也會明顯增加。變壓器屬于配電網系統(tǒng)中的重要組成部分，其本身就存在一定的銅損及鐵損情況，隨著其運行時間的不斷增長，變壓器還會逐漸出現(xiàn)老化、故障及與配網不匹配的問題，這些問題嚴重程度與電能損耗量呈明顯的正相關關系?，F(xiàn)階段，各個地區(qū)均大力推廣應用大功率設備，而一般情況下大功率設備對無功補償具有較高的要求。為了滿足現(xiàn)代化生產與生活的需要，會有越來越多的功率較大的設備接入線路投入使用，與實際需要相比，配網的無功補償設備遠遠不足，進而引發(fā)電能損耗增加的現(xiàn)象[2]。

除了上述技術線損，配網管理同樣會引發(fā)線損問題。例如，部分用戶在用電過程中會存在竊電或者違規(guī)用電的情況，這樣會導致大批電能損失。另外，部分抄表人員在工作過程中會存在估抄及漏抄問題，還存在更換電能計量裝置之后舊表表底數據沒有及時上傳到管理系統(tǒng)的問題，由此造成階段性統(tǒng)計誤差，最終形成線損偏差。

2 配電網線損管理工作中存在的主要問題

現(xiàn)階段，配電網線損管理工作現(xiàn)狀不容樂觀，普遍存在一定的問題，如線損管理主體不明確，綜合能力有待提高，線損管理方法沒有及時更新等。職能式項目管理組織機構仍舊是大部分電力企業(yè)主要采用的線損管理組織機構，這一模式存在一定的弊端，不能落實線損管理實際工作，最終引發(fā)線損管理混亂的問題，對相關協(xié)調工作的開展造成了負面影響。目前，電網建設布局與結構相對比較薄弱，相關改造工作的先進性明顯不足，許多老舊變壓器也沒有及時更換。另外，電力企業(yè)配電網線損管理人員的綜合能力還不夠高，其業(yè)務技術水平高度還有待提高，許多管理人員不具備足夠的線損管理實際經驗，無法及時發(fā)現(xiàn)線損問題及線損問題的具體原因，最終造成大量電能被不斷損耗，電力企業(yè)成本加大，其可持續(xù)發(fā)展也受到一定的負面影響。除了上述問題，電力企業(yè)對于線損管理的監(jiān)督力度也比較小，很多線損管理人員對于自身工作的重視程度不足。大部分電力企業(yè)都長期使用較為單一的線損管理方法，其管理方法多樣性及先進性均不足，對線損管理工作的有效開展造成了負面影響。

3 基于大數據的配電網線損管理的優(yōu)勢

大數據的出現(xiàn)及廣泛應用為各行各業(yè)的發(fā)展提供了巨大的發(fā)展動力，將其應用至配電網線損管理工作中同樣具有突出的優(yōu)勢。首先，其可以明顯提升基礎數據的真實性，強化線損異常分析工作，對調度、運檢、營銷等專業(yè)協(xié)同合作起到促進作用，同時能夠有效解決關口管理、設備異動管理及電量采集管理等問題，促進各專業(yè)數據質量的整體提升，在一定程度上提高營配調貫通業(yè)務水平。另外，應用大數據管理配電網線損，還能夠規(guī)范供電量、售電量額度，應用具有較高規(guī)范性和全面性的電力路線損管理系統(tǒng)，可以更好地控制電力配給的全部環(huán)節(jié)。除此之外，應用大數據還能夠提升電力線損整體管理水平，其可以對配網實際線損情況進行更加真實的反映，間接體現(xiàn)出電力企業(yè)的線損管理、降損管控水平，為各單位由原本的簡單調整指標數值轉變?yōu)殚_展實際降損工作提供指導作用，能夠在一定程度上激發(fā)基層單位開展降損工作的積極性，進而提高電力企業(yè)電力線損精益化管理水平。

4 基礎數據處理及線損分析與評估

4.1 基礎數據處理

在建設相關系統(tǒng)時，基礎數據屬于建設基石，其質量將會對數據應用和信息化應用效果產生直接影響。計量自動化系統(tǒng)屬于基礎數據的電能量數據源，其背景數據源主要包括地理信息，電網拓撲為GIS系統(tǒng)，檔案數據源主要包括營銷系統(tǒng)[3]。采集整合和分析不同類型的數據，確保數據的準確性及一致性能夠促進線損精確定位的實現(xiàn)。數據預處理主要是清洗收集到的數據，剔除錯誤信息，補充缺失信息，同時完成規(guī)范化數據準則的制定，將具有較高質量的數據提供給后期線損分析及線損定位工作。

常用的錯誤信息剔除方法包括個案剔除法、均值替換法等。其中，個案剔除法適用于異常值比較少的數據清洗情況，運用此方法能夠將異常信息快速剔除。例如，當某一用戶在某一天的數據持續(xù)性出現(xiàn)異常數值，或者數值異常率與閾值相比明顯更高，可以對該用戶當日的全部數據進行直接刪除，不將其歸納在數據模型中。如果數據異常是由通信故障引起的，那么則應當根據通信恢復后的計量數據與該用戶的用電習慣，對該用戶通信異常期間的數據進行反演，最后對是否剔除計量數據進行判斷。個案剔除法的主要弊端是剔除了許多有用的信息，而均值替換法則可以對這一問題進行有效解決。

如果異常數值為數值型，那么可以將其他樣本中同屬性取值的平均值補充進來；在非數值型的情況下，可以將其他樣本中取值較多的值補充進來。面對數據樣本中存在較少的異常值的情況，可以使用異常值左右的數據平均值替代。例如，當發(fā)現(xiàn)某一時刻的電壓電流值缺失，可以將其與線性曲線同等看待，使用兩側示值的平均值替代。但是，資產系統(tǒng)、調度系統(tǒng)及營銷系統(tǒng)運行過程所產生的檔案數據、計量數據及計量關系數據都屬于電網運行數據，因此不可以將其直接作為線損分類的分類指標，應當在電力數據之間的物理規(guī)律的基礎上，對源數據進行統(tǒng)計分析，以此找出電力數據的特征屬性，為線損分類工作提供便利。

4.2 基于大數據的線損分析與評估

基于大數據開展配電網線損分析工作，應當先借助線損類別分類器分類當前所遇到的線損，對當前的線損綜合構成進行判別。完成線損行為分類后，再結合對應的計算方法及分類模型對相應的分類器進行訓練。線損行為主要可以分為理論線損、通信線損及竊電線損，進一步的精細化分類需要依靠對應的分類器，分別找出不同部分線損產生的位置，為線損構成可視化、線損率變化可溯源的實現(xiàn)提供保障，還可以為工作人員分解降損任務提供指導作用，為全面降損的實現(xiàn)提供保障。

（1）理論線損分析評估。電網本身結構及設備等比較容易引起理論線損，在傳輸電能時不可避免地存在一定的損失情況，其發(fā)生與技術狀況、運行方式及電網結構等具有較大的關系，可以分為電力元件可變損耗部分及固定損耗部分。在計算此類損耗時，通常會使用等值電阻法、均方根電流法及平均電流法等。現(xiàn)階段，上述幾種計算方法主要應用在10 kV配電網理論線損計算工作中，對于0.4 kV低壓配電網，其供電方式更加復雜，又因其供電出現(xiàn)回路之間的差異，沿線負荷分布情況常常不存在嚴格的規(guī)律性，各項負荷分配也處于不平衡狀態(tài)，可以使用改進過的等值電阻法計算理論線損，這樣獲得的計算結果會更加準確。在配電網運行過程中，理論線損不會受到其他運行數據的明顯影響，因此在實際計算過程可以忽略不計。運用等效電阻法結合配電網拓撲結構及接線方式，可以計算配電網中變壓器和導線的等線電阻，為理論線損的進一步計算和評估提供可靠參考。

（2）通信線損分析評估。虛假通信線損及真實通信線損都屬于配電網中的通信線損，前文已經簡單介紹通信線損數據修復、減少虛假通信線損對日線損影響的方法。如果遇到采集器或者通信出現(xiàn)永久故障，運維人員需要對通信線路或者表計的通信模塊進行檢修，以此削弱其對線損的影響。計量系統(tǒng)上傳數據的頻率一般為每15 min一次，在更新通信系統(tǒng)狀態(tài)信息時，則是每30 min更新一次。當出現(xiàn)通信故障時，計量數據無法按照正常頻率更新，可以將故障前一刻的數據或者前一天同一時刻的數據作為替代值，不過要對其進行均值加權。在通信故障被消除且恢復正常之后，先分析時序數據，之后利用模糊擬合算法，建立計量表數值實時變化、歷時一個月同時段平均值、實時線損數據之間關聯(lián)模型，這樣可以得到通信線損時刻及線損值。

（3）竊電線損分析評估。在分析評估竊電線損時，可以分類不同用戶的用電數據，將其中具有相似特征的用戶挑選出來，劃分用戶類型?？梢愿鶕脩舻木唧w類型構建對應的用戶用電模型，以此開展針對性的行為分析工作，總結用戶的用電規(guī)律。如果發(fā)現(xiàn)某一用戶在某一時間段用電行為明顯異常于歷史用電行為，并且該用戶用電行為與其同類型用戶用電行為也存在明顯差異，那么應當重點關注和判斷此用戶是否存在竊電行為，可以讓運維管理人員到該用戶家進行入戶檢查。在挖掘用戶用電行為時，可以采取基于自動最優(yōu)聚類算法的用戶用電行為分析方法，以自動最優(yōu)聚類方式分類用戶用電數據。利用閾值檢測算法時，可以設置動態(tài)閾值，檢測表計，然后比照臺區(qū)電量數據的對應變化，這一閾值通常跟隨穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的變化而調整，這樣有利于提高檢測方法的抗干擾能力。閾值通常是當前用戶用電量均值與當前噪聲水平之和，當閾值高于某一范圍時，可以將其判定為異常行為，這一方法尤其適用于用電大戶偷竊電行為的分析和評估。

5 結束語

綜上所述，配電網建設規(guī)模逐漸擴大，線損問題變得日益嚴重，線損問題的產生與諸多因素相關，現(xiàn)階段還存在明顯的線損管理問題，在今后應當進行針對性的改善。在對配電網線損進行分析和評估時，應當依據線損類型即理論線損、通信線損及竊電線損采取對應的分析及評估方法進行準確計算，在改善配電網線損問題的基礎上，為我國電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供促進及支撐作用。