基于迭代策略的三相負荷不平衡大數據分析與治理方案

李一卓，張 娟，楊德浩，魯帥征，王 芳，張運飛

（國網河南省電力公司新野縣供電公司，河南 南陽 473500）

關鍵字：低壓配電網；三相不平衡；解決策略；用電習慣中圖分類號：TM764

1 系統需求

在低壓三相四線制的城市居民和農網供電系統中，由于用戶多為單相負荷或單三相負荷混用，用戶負荷大小、空間分布和用電時間不同，并且這種用電不平衡狀況呈現無規律性，也無法事先預知，所以，電網中三相間的負荷不平衡是客觀存在的。三相負荷不平衡會對配電網供電安全、供電質量、增加線路損耗和經濟運行產生不良影響，是配電網運行薄弱環節的主要體現之一。

針對這一問題，本方案在影響配電臺區三相負荷平衡的多重因素中找出關鍵因素，提出了“三相負荷時序上的空間多點均衡”的概念，通過建立配電臺區戶表定相檔案、載波采集戶表負荷曲線、全臺區戶表負荷曲線數據統一計算、同負荷性質分組、戶表用電時序及空間分布特征分析、外部因素加權處理、可閉環迭代分析與治理的策略模型和管控流程，利用大數據、云計算、寬帶載波等最新的前沿技術，分析用戶的用電性質與用電習慣，結合權重、方差、擬合曲線等數學思維，建立計算模型，利用云服務器的計算能力，得出最優條件下的調相結果，然后現場調整用戶的表計相序，最終在空間、時間維度上實現低費用解決臺區三相不平衡問題。

2 方案設計

2.1 理論依據與實踐依據

用戶的用電性質基本固定，用電習慣短期內變化不大，具體到某戶，在時間上有一定的規律性；用戶在臺區內的空間分布基本不變，戶表所接電網的相序基本不變，時序上的用電負荷變化不大。這使得通過分析計算單位時間內的所有用戶負荷在空間、時間軸上的合理分布，最終實現“三相負荷時序上的空間多點均衡”的概念具有了理論依據。

隨著智能電能表的普及，通信技術和計量方法的提升，單位時間內的負荷計量數據可以達到分鐘級、小時級?，F有智能電能表已經存儲的小時級負荷數據，可以實時獲取。這是本方案的主要實踐依據。

云計算、大數據分析、載波等技術日趨成熟，為本方案的實施提供了有效的技術保障。

2.2 策略模型和管控流程

本方案的策略模型和管控流程如圖1所示。

圖1 策略模型和管控流程

2.2.1 基礎檔案準備

臺區戶表檔案，主要是通過現有電力營銷系統對外提供的數據接口獲取。一般是通過XLS文件導入。

2.2.2 戶表定相、定位、定性

由于前期規劃和后期管理的缺位等歷史原因，配電臺區線路復雜，戶表接線零亂，不易分清相序。本方案利用載波過零耦合數字信號技術，通過核相儀主控端按相序定時下發、核相儀從端接收的方式實現快速核相，同時通過核相儀從端的紅外、藍牙接口實現戶表、手機App 之間的通信，實時記錄戶表地址、核相結果，并與管理系統的檔案匹配，最終實現戶表定相。同時，利用手機的定位功能，記錄表計位置，便于后期查找表計，提升工作效率。另外，現場情況比較復雜，如醫院、政府單位、通信基站等，不能隨意停電和換相，這一部分用戶要按負荷固定處理，參與大數據分析，但按定性處理。

2.2.3 數據準備

數據準備工作主要采集全臺區戶表小時負荷計量數據。采集方法是通過載波方式抄讀智能表內已有的小時負荷數據，存儲到云服務器，形成歷史負荷曲線，為大數據分析提供依據。

2.2.4 云計算、大數據分析

有了全臺區的戶表檔案、相序檔案和戶表歷史小時負荷計量數據，即有了用戶性質、用電習慣等計算依據，結合權重、方差、擬合曲線等數學思維，設定目標不平衡率，建立計算模型，利用云服務器的計算能力，得出最優條件下的調相方案。

2.2.5 現場調相

依據大數據分析計算出的調相方案，利用App定位功能，現場人工調相，并記錄調相結果，反饋到云平臺。

2.2.6 調相結果核對、效果驗證

現場調相后，利用現有的電力用戶用電采集系統，采集臺區總表的三相負荷數據，計算調相后的不平衡率，驗證調相結果。如果調相結果沒有達到預期，再次進行數據準備，云計算、大數據分析和現場調相，直達結果符合預期。

2.2.7 二次迭代分析治理

隨著季節、用戶性質、用電習慣的變化，配電臺區的三相不平衡率可能超過設定值，此時，再次進行數據準備，大數據分析計算出二次調相結果，進行現場調相，效果驗證，即形成二次迭代閉環治理臺區三相不平衡的目標。

3 方案實現

基于以上設計方案，結合國網關于配電臺區三相負荷不平衡治理“先運維管控、后技術治理”“源頭預防、常態監測、科學施策、動態治理”的原則，在本方案的實現上，采用“微服務、微應用”架構，引入云計算、大數據分析、寬帶載波通信、手機App、配電負荷分析儀、載波過零信號核相儀等技術與設備，設計了完整的系統邏輯架構，如圖2所示。

圖2 系統邏輯架構

實際使用過程中，現場作業人員在確定目標臺區后，主要進行以下工作。

現場臺區配變處安裝配電負荷分析儀、核相儀主控端；配電負荷分析儀，通過載波通道，采集全臺區每戶每表最近30天存量數據，存儲到云服務器。

在手機App 上下載臺區用戶檔案，通過核相儀主控端按相序定時下發、核相儀從端接收的方式實現快速核相，同時通過核相儀從端的紅外、藍牙接口實現戶表、手機App 之間的通信，實時記錄戶表地址、核相結果，并與管理系統的檔案匹配，最終實現戶表定相；利用手機的定位功能，記錄表計位置，形成臺區拓撲圖，方便后期現場定位表計，進行調相工作；依據現場情況，確認戶表的定性問題。

利用云計算快速處理能力，對全臺區每戶每表30天小時電量進行數據建模，結合權重、方差、擬合曲線等數學思維與算法，設定目標不平衡率（5%～25%），分析用戶的用電性質與用電習慣，計算出最優條件下的調相結果。

手機App 下載目標臺區的最終調相結果，依據臺區拓撲圖，現場調相，并確認調相結果；調相結果核對、效果驗證。

再次采集：隨著臺區負荷的變化，三相不平衡再次超過設定值時，采集全臺區每戶每表最近1-30天存量數據，大數據分析計算出二次調相結果，進行現場調相，效果驗證，形成閉環治理臺區三相不平衡。

4 結束語

本項目提出的基于迭代策略的三相負荷不平衡大數據分析與治理方案，充分利用現有新技術和電網基礎設施，無功耗損失，低成本，可操作性強，符合電力系統現有的生產技術實際情況，可有效解決臺區三相負荷不平衡問題，提高日常運行維護效率和質量，實現降損增效，提高供電質量，有效提升電力公司的管控技術水平，具有直接的經濟效益。

通過對配電臺區三相不平衡問題的深入分析，尋找引起三相不平衡的根本因素，深入分析三相不平衡問題為安全優質供電提供了保障，對于電網和電器設備的安全和經濟運行，以及人民生活的正常秩序有重要意義。同時，項目中相關的載波技術、藍牙接口技術、軟件技術以及系統設計理念的成功應用，可為其在電力行業細分領域的深入發展提供實踐依據和技術支撐；項目中相關新技術的成功應用將帶動周邊相關配套加工制造企業的技術水平和地方經濟的增長，具有不可估量的間接經濟效益和深遠的社會效益。