基于營配大數據融合的配網“精準規劃+主動降損”

王 欣，王宏德，李思如，王博揚，王 海

（國網山東省電力公司膠州市供電公司，山東 膠州 266300 ）

隨著我國國民經濟的迅猛發展，電力負荷逐年增加，電力系統的配電網絡結構日漸復雜，這必然會使系統損耗逐年增大。由于無功功率的存在使得電力系統中的電流增加，從而導致系統中的有功功率損耗增加[1]。為減少有功功率損耗，從根本上應降低無功功率，對電力系統進行無功優化和篩選卡脖子線路段已經成為電力部門和用電客戶共同關心的問題。通過線路桿塔邏輯名稱和臺區編號關聯實現營配數據融合，通過配網無功優化及理論計算，找出公用臺區和客戶確定無功補償的短板，避免公司和客戶經濟損失，提高電能利用率，達到滿足公司提質增效和優化營商環境的需求，以及帶動社會經濟高質量的發展。

1 主動降損治理的痛點問題

隨著電力負荷的日益增長，配電網覆蓋面愈加廣泛，臺區用戶、線路、新能源并網等基礎數據和運行狀態差異較大，傳統的線損管理方案不具備普遍推廣性。當前營配數據的應用只體現了主線路對應，桿塔與變壓器運行數據未能逐一對應。

由于新能源并網用戶白天要向電網供電，且存在發電功率不穩定的問題，夜間又須要從電網用電，配電網從單一電源的輻射式網絡轉變為功率雙向流動的有源網絡，給線損精細化管理工作帶來了很大的困難。

技術降損涉及復雜的結構計算和大量的數據分析，但一線運維人員大多憑借工作經驗判斷是否存在計量設備異常、線路卡脖子、設備漏電等情況，難以快速查找、精準定位高損成因和具體位置。尤其是對新上用電客戶接入所應配備的無功容量缺乏數據分析診斷，難以精準治理配網線損。

2 系統設計

2.1 問題分析

針對營配數據融合差的問題，通過對PMS 桿塔編碼規則進行分析，挖掘出桿塔邏輯拓撲關系，以主線、分線、支線、小分支線的桿號層級的關聯關系，可以判斷導線段負荷拓撲關系。以桿塔邏輯名稱（桿塔編號）與配變臺區編號為中間表，作為營配貫通的橋梁，以桿塔邏輯名稱與營銷變壓器臺區編號進行關聯，將營銷、集抄數據、一體化線損的變壓器損耗數據、線路電阻數據結合起來，創新電流、無功疊加算法，實現了配網線損細粒度管控和配網降損無功優化方案的推薦；根據線路用戶的電量增長系數，可篩選出1 年、3 年、5 年須改造、超負載的線路和變壓器，提供對應的改造方案。

根據基于營配大數據融合的配網主動降損發展的現狀，結合現在數據分析的要求，現階段數據分析方面存在以下的不足。

站—線—變—戶關系不準確、電網結構不斷變化、傳統的抄表模式常用供售電不同期、部分地區的電網網架比較薄弱、傳統的線損管理以及線損分析針對性不強、傳統的線損管理方式中也缺乏相對比較高效的線損分析工具。

面對傳統線損管理模式存在的問題，可以充分利用大數據技術來開展數據集成工作，加強線損精益分析管理，為降損以及線損管理提供強有力的技術支持。

2.2 數據獲取

根據業務需求分析實現營配貫通，進行細粒度（桿塔導線段級）理論計算，整合PMS 桿塔線路段導線型號、檔距、桿塔編號等字段。其中運行桿塔表、導線表、線路變電站關系表等、一體化線損系統的配變損耗標準、導線標準電阻參數表，關聯關系如圖1所示。

圖1 線路設備關聯關系圖

營銷采集系統獲取的寬表有臺區表、高壓用戶表、營銷拓撲表、計量點表、電能表與計量點關系表、采集對象表、采集點信息表、日功率曲線表、日功率因數曲線表、日電能讀數10個表，各表之間的關聯關系如圖2所示。

圖2 營銷采集寬表關聯關系圖

通過業務需求分析，在數字地圖上查找與業務相關的寬表加入申請，確定以dataworks為交付方式后走審批流程，由省公司交付視圖，根據寬表創建本地表后進行數據同步，從而集成到RDS進入整合環節，具體流程如圖3所示。

圖3 數據獲取流程圖

2.3 數據處理

建立運行變壓器信息寬表，根據臺區信息進行數據填充完善基本信息：根據變壓器標準表完善變壓器空載損耗、短路損耗參數（包括額定容量、阻抗電壓、空載電流、短路損耗、空載損耗、電壓比、額定電流（高壓）、額定電流（低壓））等數據；根據營銷采集關聯關系表完善填充表中的tg_id、mp_id、meter_id、coll_obj_id、sp_id、id 用于表關聯的字段；獲取采集對象中π、TA、綜合倍率字段信息；高壓用戶中用戶編號、運行狀態、所屬線路等字段；營銷拓撲表的線路名稱、變電名稱等字段；以id為關聯取數據類型為‘1’時24 h數據放在正向有功對應字段中，取數據類型為‘2’時24 h數據放在正向無功對應字段中，取數據類型為‘5’時24 h數據放在反向有功對應字段中，取數據類型為‘6’時24 h數據放在反向無功對應字段中；通過id為關聯獲取臺區日24 h功率、日24 h功率因數。

進行配變24 h 有功、無功鐵損、有功銅損計算后，重新計算功率因數：對于高供高計：采用功率因數曲線的24 h 數據；對于高供低計和公用臺區：根據24 h 抄表示數加變壓器的有功損耗、無功損耗后結合公式計算得出；進行配變無功優化計算，求出欠補償最大值和功率因數最小值；根據用戶歷史電量數據計算用戶電量增長系數。

建立桿塔數據寬表，根據桿塔信息進行數據填充完善基本信息；根據桿塔關聯表完善導線型號，根據導線型號及電阻標準表建立關聯；計算各桿塔導線段電阻；導出營配數據關聯表，字段導出包括桿塔名稱、主線名稱，并進行完善；導入營配數據關聯表，字段包括臺區編號；通過字段、臺區編號進行營配數據融合。

將臺區24 h 電流、無功補償容量、電量增長系數等關聯到桿塔寬表，對臺區非T 接的桿塔進行三相電流疊加計算及無功欠補償計算。

對每支桿塔進行細粒度配網理論計算，計算步驟如下：利用PQ分解法，根據配變用戶正向有功功率占配變線路正向有功總功率比例，分攤出配變用戶缺失的24 h 正向有功功率，再通過功率與電流的關系，獲取配變用戶的24 h 的電流值；當多電源并網時，按照反向有功和反向無功示數值確定電流迭代方向，確定迭代策略；基于配變線路細粒度拓撲結構數據結合配變用戶電流運行數據，實現對任意線路段的損耗計算。

整個數據處理流程如圖4所示。

圖4 數據處理應用流程圖

2.4 數據處理結果

營配數據融合以挖掘桿塔邏輯名稱（桿塔編號）與營銷臺區編號的關聯關系為基礎實現下列成果：通過配網細粒度理論計算數值和電流密度，可反向追溯PMS數據的準確率，對線損理論數據比實際數據高的線路段，須要審核導線和桿塔編號是否有錯誤。提高PMS數據錄入的正確率。根據線路用戶的電量增長系數，可篩選出1 年、3 年、5 年須改造、超負載的線路、變壓器，提供改造方案；對于高供低計的用戶，根據變壓器的損耗參數分別計算出有功銅損及鐵損、無功的鐵損，并可實現用戶綜合功率因數的計算（包括變損），同時實現用戶24 h的無功欠補償計算；對于高供高計的用戶，直接使用采集的功率因數，實現用戶24 h 的無功欠補償計算；可準確求出無功欠補償容量最大值及24 h 功率因數最小值；按變電站、線路匯總、查看用戶補償容量；進行細粒度桿塔級別的線路段細粒度計算，包括各線路段的電流、無功損耗、有功損耗、電流密度以及變壓器損耗；根據電流密度，確定各桿塔卡脖子線路段，并按線路、變電站進行匯總；監測配網拓撲結構示意圖中任意桿塔的線路段、節點的電流密度、無功欠或過補償情況、正反電流、損耗等運行信息；對比主動技術降損改造前后效果。

3 應用范圍及成效

以電網企業發展建設部、營銷部、運維檢修部和電力客戶為服務對象，將配電網的營配數據進行融合，通過應用挖掘線路桿塔編號拓撲關系與臺區編號結合，將線路、桿塔代碼進行營配數據融合，通過大數據算法進行細粒度理論計算，優化篩選無功補償容量和線路段，實現電力系統穩定的經濟安全運行和降損節電，從而實現“碳達峰、碳中和”的目標。

該方法及系統的應用分別服務于以下4 個方面的工作：一是服務于發展建設工作，10 kV 及以下配電網規劃和項目前期，通過數據分析獲取配網線路細粒度損耗，有針對性及方向性的規劃和儲備項目，確保項目儲備精準性及有效性，合理充分利用配農網資金；二是服務于配電網運維檢修工作，通過數據分析獲取10 kV 線路桿塔導線段線損，對10 kV 線路存在卡脖子的導線段準確定位，變壓器超載提供改造提升計劃儲備明細，明確配電線路大修技改項目儲備方向，及時改造存在隱患的線路，同時可以對線路進行無功補償計算，提高電壓合格率，降低線路損耗[2]；三是服務營銷工作，通過系統計算篩選出低于功率因數標準的線路段和用戶，以及降損節電線路段和用戶的補償容量，挖掘出補償線路段和用戶無功補償方案，提供客戶欠補償清單，避免用戶投訴；四是服務用電客戶，避免力率罰款，提供就地和集中補償的最優方案。

4 推廣前景

大數據產品整合了營銷、采集、一體化線損、PMS、同期線損5 個系統數據，通過桿塔的邏輯名稱及營銷臺區編號實現營配數據融合，在國內率先實現了配網細粒度計算，可代替國網統推的配網理論計算軟件[3]。由于數據全部從數據中臺獲取，各地市只須要獲取相同的數據表及獲取相同的視圖，按照統一模板進行建表、同步、集成加工之后，利用腳本完成配網理論計算、可視化展示。本項目因其數據來源可靠準確、獲取數據的方法簡單易操作、計算篩選過程無需人力，能夠給出公用臺區和用戶無功補償改造建議，為用戶提供方便的可視化功能等優勢使其可在短時間內面向各個地區，被用戶所接受，并在經濟、社會、管理方面帶來效益。

經濟效益方面：預計在2022年開始在青島進行試點，用一個月的時間比對試點地區各個用戶的主動補償是否正常并通過短信等形式提示用戶，針對補償不正常的用戶給出合理改造建議，預計無功補償不合理的用戶按照本產品建議改造電容器后產生的年投資回報率將在30%以上。在2022年下半年推廣到整個山東省地區，對力率低線路和用戶降低損耗將達到10%～53%，大大節省供電成本。

社會效益方面：服務營銷客戶，指導供電企業做好無功優化及改造，在減少無功電流的基礎上，通過提升配電線路功率因數、無功補償等辦法，大幅度降低配電線路線損率。同時可提高配線路電壓合格率，通過大數據分析計算用戶的補償容量，幫助客戶確定無功補償的短板，避免客戶經濟損失，提高客戶自身的節電意識，提高電能利用率，服務經濟社會的發展。

管理效益方面：大幅度提高配電網規劃、配農網項目、大修技改項目前期儲備效率，提升配電網10 kV 線路新建規劃及卡脖子改造的精準性，通過設定電流增長幅度，篩選出1～N年后電網建設需求，實現精益智能化項目儲備，提高電網供電可靠性。

5 結束語

本項目應用后，可大幅度提高配電網規劃、配農網項目、大修技改項目前期儲備效率，提升配電網10 kV線路新建規劃及卡脖子改造的精準性，通過設定電流增長幅度，篩選出1～N年后電網建設需求，實現精益智能化項目儲備，提高電網供電可靠性。服務營銷，服務客戶，指導供電企業做好無功優化及改造，在減少無功電流的基礎上，通過提升配電線路功率因數、無功補償等辦法，大幅度降低配電線路線損率。同時可提高配電線路電壓合格率，通過大數據分析計算用戶的補償容量，幫助客戶確定無功補償的短板，避免客戶經濟損失，提高客戶自身的節電意識，提高電能利用率，服務經濟社會的發展。