基于營配大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)停電診斷與影響評估關(guān)鍵技術(shù)研究

曹熙 田欣 黎曉冰

摘要：針對配電網(wǎng)發(fā)展過程中存在的問題，亟需研究面向大數(shù)據(jù)環(huán)境下的配網(wǎng)停電診斷與影響評估模型及相關(guān)大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)，從而全面客觀的診斷分析配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，估算供電中斷對用戶造成的損失，并對造成停電事故產(chǎn)生的原因及影響進(jìn)行深度分析，需要借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，充分利用營配領(lǐng)域積累的海量歷史和現(xiàn)時產(chǎn)生的實(shí)時數(shù)據(jù)，科學(xué)地構(gòu)建診斷指標(biāo)體系、診斷模型、指數(shù)模型及分析模型，實(shí)現(xiàn)在線智能分析診斷，從而合理地估算和評價城市配電網(wǎng)中各類用戶的停電損失，分析造成配電網(wǎng)停電故障的根本原因，并為應(yīng)急電源優(yōu)化配置的投資和決策方面提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) ?停電診斷 ?關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，人民物質(zhì)文化生活水平不斷提高，各行業(yè)對電力的需求也越來越大，這也使得電力系統(tǒng)自身規(guī)模不斷擴(kuò)大，自動化水平不斷提高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜。向用戶提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的電能是電力企業(yè)的宗旨。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，供電不足或斷電的情況往往會因各種因素而發(fā)生，這除了會直接影響供電部門的經(jīng)濟(jì)效益之外，還會對各類用戶造成非常嚴(yán)重的停電損失。在供電不足或停電問題尚無法完全得到解決的現(xiàn)狀下，我們需要從統(tǒng)籌社會全局的角度，本著社會效益最大化的原則來規(guī)劃配電網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行檢修，進(jìn)而達(dá)到現(xiàn)有條件下的配電網(wǎng)最優(yōu)可靠性水平。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，可以充分利用營配領(lǐng)域積累的海量歷史數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)挖掘科學(xué)構(gòu)建相應(yīng)診斷模型、指數(shù)模型及分析模型，在線捕獲實(shí)時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測、估算供電中斷對用戶造成的損失，即停電損失，并對造成停電事故產(chǎn)生的根本原因進(jìn)行溯源分析，便于電網(wǎng)企業(yè)啟動合理應(yīng)急預(yù)案，采取恰當(dāng)?shù)奶幹么胧┓乐雇ｋ娪绊憯U(kuò)大化。合理地估算和評價城市配電網(wǎng)中各類用戶的停電損失， 可為電力企業(yè)在提高城市電網(wǎng)的可靠性水平及應(yīng)急電源優(yōu)化配置的投資和決策方面提供依據(jù)。

1 研究目標(biāo)

本文重點(diǎn)研究配網(wǎng)停電原因診斷及其影響評估，主要為了實(shí)現(xiàn)如下三個工作目標(biāo)：

①通過試點(diǎn)研究，完成配網(wǎng)停電原因診斷與影響評估業(yè)務(wù)分析，明確應(yīng)用目標(biāo)，驗(yàn)證業(yè)務(wù)價值，確保營配網(wǎng)診斷與評估應(yīng)用切實(shí)符合南網(wǎng)智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

②通過試點(diǎn)研究，完成大數(shù)據(jù)典型應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)模型、分析模型和數(shù)據(jù)可視化場景設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目標(biāo)。

③通過試點(diǎn)研究與同步開展的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用路線研究，研究符合營配一體化需求的大數(shù)據(jù)技術(shù)的適用性，探尋最適合的技術(shù)解決方案。

2 主要涉及的研究理論

本文所涉及的學(xué)習(xí)理論主要包括：信息熵和重尾分布理論。具體理論依據(jù)闡述如下：

2.1 信息熵理論：指標(biāo)權(quán)重的大小其本質(zhì)上是由該指標(biāo)在指標(biāo)體系中所含的信息量所決定的，信息量的大小本質(zhì)上是有該指標(biāo)取值序列熵值所反映。一般而言，越穩(wěn)定的指標(biāo)，其所含的信息越少，反之則越大。而信息熵理論則正好反應(yīng)了這一基本理念，因此用信息熵來進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的分配是合適的。

2.2 重尾分布模型：設(shè)置指標(biāo)閾值的目的就是要在指標(biāo)的正常值和異常值之間設(shè)置一個分界線，因此核心問題就是要觀察正常值和異常值的分布問題。一般而言，正常值屬于分布較普遍的取值，其出現(xiàn)次數(shù)較多，而異常現(xiàn)象的取值往往偏離常規(guī)取值。而在重尾分布理論中，其取值最高的部分常用于刻畫描述常態(tài)（比如我國居民平均收入的人群數(shù)量），而其常常尾部所刻畫的對象往往是異常對象（比如居民億萬收入的人群）。因此，對于指標(biāo)閾值設(shè)定的問題，可以用重尾分布理論來解決。

2.3 多源數(shù)據(jù)集成融合技術(shù)。數(shù)據(jù)集成是把不同來源、格式、特點(diǎn)性質(zhì)的數(shù)據(jù)在邏輯上或物理上有機(jī)地集中，從而為企業(yè)提供全面的數(shù)據(jù)共享。

目前通常采用聯(lián)邦式、基于中間件模型和數(shù)據(jù)倉庫等方法來構(gòu)造集成的系統(tǒng)，這些技術(shù)在不同的著重點(diǎn)和應(yīng)用上解決數(shù)據(jù)共享和為企業(yè)提供決策支持。

3 研究技術(shù)路線

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本研究的整體架構(gòu)如上圖所示，以公司現(xiàn)有停電診斷分析相關(guān)指標(biāo)為基礎(chǔ)，運(yùn)用概率圖模型理論，構(gòu)建層次指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容包括：①指標(biāo)閾值優(yōu)化：通過重尾分布理論，對電力大數(shù)據(jù)流序列的分析，對每個指標(biāo)值的分布構(gòu)建重尾分布模型，確定停電指標(biāo)的置信區(qū)間，進(jìn)而確定重尾分布中常態(tài)數(shù)據(jù)分布和異常分布之間的分界線，進(jìn)而確定指標(biāo)的閾值;②指標(biāo)權(quán)重優(yōu)化：多因素問題研究中各因素的權(quán)重分配始終是多因素問題研究的一個重點(diǎn)，指標(biāo)的權(quán)重確定屬于這一范疇;③構(gòu)建指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：基于概率圖模型理論通過邊來刻畫基礎(chǔ)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，并形成了一套完成的概率推理理論，確定并量化指標(biāo)之間拓?fù)潢P(guān)系;④基于綜合指數(shù)法的停電影響指數(shù)模型構(gòu)建：充分借鑒國際上最新的指數(shù)理論研究方法與成果，結(jié)合我國國有企業(yè)的實(shí)際情況和公司停電業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，從停電范圍、停電損失等方面著手構(gòu)建停電影響指數(shù)模型;⑤停電影響模糊綜合評價：由于不同類型的指標(biāo)存在著信息完整度不同，評價專家理解度不同等情況，使得停電影響評價指標(biāo)體系的計(jì)算是一個定量與定性相結(jié)合的過程。

4 應(yīng)用場景

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應(yīng)用場景1：配網(wǎng)抗大面積停電能力及停電原因診斷模型。通過構(gòu)建抗大面積停電能力的“N-1”診斷分析模型，停電原因診斷分析人員可根據(jù)模型分析結(jié)果，探測系統(tǒng)中的表象與深層問題的原因，快速定位系統(tǒng)問題源頭，并提供及時有效的解決方案?？勾竺娣e停電能力診斷，通過分析當(dāng)前、歷史停電事故的數(shù)據(jù)，挖掘出當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行的弊端和缺陷，找出電網(wǎng)運(yùn)行故障的癥結(jié)和問題，并對此進(jìn)行修復(fù)升級，從而全面提高系統(tǒng)抗大面積停電能力，保障要害區(qū)域的供電安全和穩(wěn)定。

應(yīng)用場景2：配網(wǎng)可靠性診斷模型。利用元件可靠性歷史數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)可靠性進(jìn)行計(jì)算與預(yù)測，分析所有可能的故障事件或元件，并確定對負(fù)荷點(diǎn)的影響，找出系統(tǒng)的故障模式集合，并對停電影響程度進(jìn)行評估。電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時，即在電網(wǎng)元件容量、母線電壓和系統(tǒng)頻率等的允許范圍內(nèi)?？紤]電網(wǎng)元件在計(jì)劃停運(yùn)以及合理的非計(jì)劃停運(yùn)條件下，向用戶提供全部所需的電力和電量的能力。

5 總結(jié)

通過開展基于營配大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)停電診斷與影響評估關(guān)鍵技術(shù)研究，一方面通過基于重尾分布、信息熵等理論對營配領(lǐng)域的歷史數(shù)據(jù)挖掘分析，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化診斷指標(biāo)體系的閾值、診斷指標(biāo)的權(quán)重、指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等，從而構(gòu)建能全面、客觀反映配網(wǎng)運(yùn)營水平的診斷指標(biāo)體系框架;另一方面通過研究基于客戶滿意度的配網(wǎng)運(yùn)營診斷與分析模型，模擬仿真、內(nèi)存計(jì)算等技術(shù)，構(gòu)建能實(shí)時在線分析、診斷配網(wǎng)運(yùn)營的分析模型，開展配網(wǎng)運(yùn)營效率、配網(wǎng)可靠性、安全性及配網(wǎng)停電影響評估等診斷分析，提升配網(wǎng)智能分析能力，促進(jìn)提升公司營配一體化運(yùn)營整體水平。

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