配電網規劃工作的數字化轉型研究

黃曉暉

(廣東電網有限責任公司佛順德供電局，廣東 順德 528300)

目前配電網內增設了大量變通性資源，這些資源均具備節能減排的作用[1-3]，調節這些資源后改變了傳統配電網潮流，由單向更換為雙向，導致其運行的穩定性降低，增加了配電網規劃工作的難度。在配電網中應用數字化技術[4]，可提升變通性資源的利用率和規劃效率，降低投入及運行成本。配電網規劃工作既要具備精準的量化能力，又要具備較高的協調能力，為提升這些能力，需要利用數字化技術[5-6]。將數字化技術應用到配電網中，作為系統的輸入，這些研究均為配電網規劃工作提供科學依據，云計算與大數據等技術的崛起，促進了配電網規劃工作的發展。隨著數字化技術的不斷完善，可在不同規劃業務中提取數據，應用于各大領域中[7]，但該技術的缺點是提取的數據包含部分無效異常數據，還需利用相關方法改善數據提取的精準性。

將數字化技術應用到電力企業中可提升電網和用戶間的交互性，使得數字化轉型成為配電網規劃工作的關鍵技術[8]，方便規劃工作人員分享規劃結果，提升規劃工作的高效性與科學性。近年來，國家提倡構建數字電網，以數字化轉型為技術支持，達到電力企業在線管理與用戶全新體驗等的電網構建目的。王子陽等[9]通過研究企業數字化轉型路徑，完成企業的商業模式變革，提升企業經濟水平。為此研究配電網規劃工作的數字化轉型，通過構建三維可視化的數字化轉型架構，提高架構數據處理精準性，實現配電網規劃工作的數字化轉型，該方法不僅能夠提升配電網經濟水平，還能改善其供電水平。

1 配電網規劃工作的數字化轉型研究

1.1 中壓配電網規劃工作區域概況

某市共包含291條10 kV線路，總長度3 260 km，屬于公用線路的有269條，總長度2 993 km，公用配電為2 959臺，公用配電總容量1 569.7 MVA，開關總數1 647臺；10 kV線路絕緣化率為53.99%，電纜化率為12.96%，供電可靠率RS-1與RS-3均為99.97%，綜合線損率為3.32%，D類電壓合格率為99.94%。某市的配電網線路裝備情況見表1。

表1 配電網線路裝備情況Tab.1 Distribution network circuit equipment

從表1中的數據可知，某市配電網線路裝備水平較高，均符合電力公司內配電網技術的有關規定。

1.2 數據集成

數據集成屬于數字化轉型架構中的關鍵技術，配電網規劃工作的數字化轉型過程中包含各種來源的數據，這些數據存在異構性與海量性等特點，獲取配電網工作規劃相關數據是完成數字化轉型的前提，相關數據描述見表2。

表2 相關數據描述Tab.2 Relevant data description

數據集成過程中的技術難點見表3。

表3 技術難點Tab.3 Technical difficulties

針對表3的技術難點做出如下處理：通過構建語義塊的HTML頁面結構模型對比分析語義塊，識別數據值的角色，推理數據模式與抽取規則，完成數據抽取[10]。依據關聯規則支持度、置信度與相關度，求解危險性數據誘發度，去掉多余數據[11-12]，通過增量式方法檢驗誘發因子，塑造檢驗索引，利用關聯規則處理誘發因子數量，完成數據檢驗。通過深度受限玻爾茲曼機映射各種格式的異構數據，使其存入到唯一的嵌入式向量空間，完成數據融合。

1.3 數字化轉型架構

配電網規劃工作的數字化轉型的三維可視化架構共包含6個層次，其總體架構如圖1所示。該架構中通過6個層次共同協作，根據數據集成，獲取配電網工作規劃相關數據，利用大數據、可視化與三維數字化等方法[13-15]，完成配電網規劃工作的數字化轉型、數據移交接收、三維可視化展示和三維基本服務功能等操作，實現信息交互，降低出現信息孤島概率。該配電網規劃工作的數字化轉型的三維可視化架構的數字化轉型功能模塊如圖2所示。

圖1 總體架構Fig.1 Overall architecture

圖2 數字化轉型功能模塊Fig.2 Digital transformation function module

數字化轉型功能模塊主要可以進行配電網規劃場景和數據的共享，并定位配電網規劃場景和設備，實現配電網規劃工作的查詢和統計。該配電網規劃工作的數字化轉型的三維可視化架構的數據移交接收功能模塊如圖3所示。

圖3 數據移交接收功能模塊Fig.3 Data transfer and receiving function module

數據移交接收功能模塊主要可以導入配電網規劃數據，對其進行質量檢測、入庫、存儲、共享以及維護等。該配電網規劃工作的數字化轉型的三維可視化架構的三維可視化展示功能模塊如圖4所示。三維可視化展示功能模塊主要可以進行配電網規劃場景可視化展示，并能夠可視化以及檢索配電網規劃信息和電力要素，對配電網規劃信息和資料進行查詢統計。該配電網規劃工作的數字化轉型的三維可視化架構的三維基本服務功能模塊如圖5所示。

圖4 三維可視化展示功能模塊Fig.4 Three dimensional visualization display function module

圖5 三維基本服務功能模塊Fig.5 Three dimensional basic service function module

三維基本服務功能模塊主要可以實現配電網規劃場景瀏覽、查詢定位以及分析量化，并對配電網規劃圖層進行控制，展示配電網規劃專題信息并進行標注。

2 實驗分析

為提升配電網供電水平與經濟效益，以某市區域配電網為例，利用所提方法對區域配電網規劃工作開展數字化轉型研究。

配電網規劃工作在數字化轉型過程中會產生大量數據，數據抽取與融合效果直接影響數字化轉型效果，針對不同數據來源，所提方法數據抽取的有效性測試結果見表4。

表4 數據抽取的有效性測試結果Tab.4 Effectiveness test results of data extraction

分析表4可知，所提方法能夠抽取各數據來源中的全部數據項，且最高數據抽取誤差僅達0.014。由此可知，所提方法可精準抽取數字化轉型過程中的數據，利于提升后續配電網規劃工作的高效性與經濟性。

在數據融合過程中，會出現部分無效異常數據，在其不同發生概率時，所提方法數據融合的均方誤差如圖6所示。

圖6 數據融合的均方誤差Fig.6 Mean square error of data fusion

分析圖6可知，概率與數據融合的均方誤差成正比，在概率為30%時，均方誤差趨于穩定，穩定在0.034左右。由此可知，所提方法具備較優的數據融合效果。

該區域配電網包含A-G共7個負荷節點，b-i為分支節點，數字化轉型前后該區域配電網規劃方案如圖7和圖8所示。

圖7 數字化轉型前的配電網規劃方案Fig.7 Distribution network planning before digital transformation

圖8 數字化轉型后的配電網規劃方案Fig.8 Distribution network planning after digital transformation

圖7和圖8中，實線代表可能架設的線路，虛線代表實際架設線路。2種配電網規劃方案的經濟指標見表5。綜合分析圖7、圖8與表5可知，2種方案的規劃路徑不一樣，但路徑總長度一致。因此，2種方案的投入成本一致；數字化轉型前比數字化轉型后的運行成本低，但剩余成本高于數字化轉型后，維修、故障、廢棄成本代表配電網運行的可靠性，說明數字化轉型后的配電網規劃方案可靠性較高，數字化轉型后的總成本低于數字化轉型前的總成本。由此可知，數字化轉型后可提升配電網的整體經濟效益，利于配電網的長遠發展。

表5 數字化轉型前后配電網規劃方案的經濟指標Tab.5 Economic indicators of distribution network planning before and after digital transformation

應用數字化轉型后的配電網規劃方案1年后，該區域配電網的環保效益測量結果見表6。

表6 環保效益測量結果Tab.6 Environmental benefit measurement results

分析表6可知，數字化轉型后配電網規劃方案可有效減排SO2、NOx、CO2排放量，且減排數值較高，針對環保情況年節約成本高達842.51萬元，數字化轉型后的配電網規劃工作具備三維可視化操作特點，可及時發現SO2、NOx、CO2排放量高的燃煤電廠，并將其更換為可再生利用資源率高且污染小的發電設備，提升配電網的環保效益。

數字化轉型前與數字化轉型后2種配電網規劃方案分別應用一年后，2種方案的配電網線路裝備變化情況見表7。分析表7可知，在網架結構方面，轉型后的配電網規劃指標中，線路聯絡率顯著提高，說明配電網的可靠性得到提升；在供電能力方面，轉型后指標中僅有容載比與平均負載率變化幅度較小，其余指標均有顯著提升，說明配電網的供電能力得到提升；在供電質量方面，轉型后的綜合電壓合格率有所提升，高達100%；在裝備水平方面，轉型后的絕緣化率未發生改變，與轉型前一致，均可達100%，但電纜化率有所增長，說明裝備水平有所改善；在經濟運行水平方面，綜合線損率有所下降，代表電能損耗呈下降趨勢，即經濟運行水平呈上升趨勢；在智能化水平方面，配電網自動化覆蓋率與新能源消納率均有所增長，均可達100%，說明數字化轉型可提升配電網規劃的智能化水平。

表7 2種方案的配電網規劃指標變化情況Tab.7 Distribution network planning index changes of two schemes

應用數字化轉型后的配電網規劃方案1年后，該區域的配電網問題得到改善，改善程度見表8。

表8 配電網問題改善程度Tab.8 Problems improvement degree of distribution network

分析表8可知，數字化轉型后的配電網規劃方案可有效改善數字化轉型前配電網規劃中出現的問題，其中負載較重與干線線規不統一問題均已完美解決，其余問題的平均改善程度可達96.25%，說明數字化轉型可改善配電網規劃中出現的一系列問題，利于配電網規劃工作的長遠發展。

3 結論

在大數據背景下，互聯網的發展速度飛快，為配電網規劃工作帶來一定的沖擊性，電力企業在確保配電網運行安全性的同時，還要增強規劃的創新性，提高科學水平，降低運行及投入成本，配電網規劃工作的轉型是必然趨勢，為此研究配電網規劃工作的數字化轉型，提升配電網的可靠性、供電水平，節約總成本，為電力企業創造更多的商業價值。