基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)分析

李雷 王磊 趙麗 陳思 謝杰

（國(guó)網(wǎng)河南內(nèi)鄉(xiāng)縣供電公司 河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣 474350）

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用在電力行業(yè)中多個(gè)不同的領(lǐng)域，如電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、電力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化運(yùn)行及節(jié)能降損、電力系統(tǒng)建模等，本文主要對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)ε潆娤到y(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的計(jì)算和分析，從而提出有針對(duì)性的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)措施，優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，本文詳細(xì)對(duì)如何將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用在配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損領(lǐng)域進(jìn)行了闡述。

1 配電大數(shù)據(jù)系統(tǒng)

在配電大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，包括數(shù)據(jù)采集器，匯集器，配電數(shù)據(jù)子站，配電數(shù)據(jù)主站等。數(shù)據(jù)采集器主要用來(lái)采集配電終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將所采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R集器中。配電數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)匯集之后，就可以集中傳輸?shù)剿鶎俚呐潆娮诱局小Ｅ潆姅?shù)據(jù)子站和配電數(shù)據(jù)主站之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信和數(shù)據(jù)交互，主站可以接收子站所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，也通過(guò)對(duì)子站的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控[1]。通過(guò)分析配電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，包括用電負(fù)荷大小、用電行為特征、線(xiàn)損區(qū)域分布、設(shè)備容量等臺(tái)賬信息，可以找出配電網(wǎng)節(jié)能降損的方法和措施，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損中的應(yīng)用

準(zhǔn)確對(duì)配電網(wǎng)中的各類(lèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，是配電網(wǎng)節(jié)能降損的重要前提，根據(jù)采集到的配電數(shù)據(jù)結(jié)果，可以合理安排配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，優(yōu)化配電網(wǎng)的潮流分布。同時(shí)在用戶(hù)終端設(shè)置數(shù)據(jù)采集器，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能使智能化配電網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)有了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。此外利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)能夠掌握配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)配電網(wǎng)格或配電臺(tái)區(qū)的線(xiàn)損較高時(shí)，則可以提出相應(yīng)的配電網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)損治理方案[2]。對(duì)于電壓偏低的配電區(qū)域，可以通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償提高電壓水平。對(duì)于線(xiàn)損較高的配電網(wǎng)格，可以通過(guò)采用截面較大的線(xiàn)路或者在該地區(qū)推廣節(jié)能產(chǎn)品，降低配電線(xiàn)損。

2.2 配電系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

當(dāng)利用先進(jìn)的通信技術(shù)，采集到完整的各類(lèi)配電運(yùn)行數(shù)據(jù)信息后，可以對(duì)配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式加以?xún)?yōu)化。優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)為配電系統(tǒng)的線(xiàn)損最小，如下式（1）所示：

約束條件主要包括功率平衡約束、支路潮流約束、電壓上下限約束、有功及無(wú)功約束等，分別如以下下式所示：

圖1：內(nèi)點(diǎn)法計(jì)算流程圖

圖2：K 均值聚類(lèi)的聚類(lèi)過(guò)程

建立好配電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型之后，就可以利用優(yōu)化算法對(duì)所建立的模型進(jìn)行求解。對(duì)于優(yōu)化算法的選取，可以選用人工智能算法或者數(shù)值計(jì)算的方法。一般而言，數(shù)值計(jì)算通過(guò)不斷進(jìn)行迭代的方式尋找到最優(yōu)解，每次計(jì)算的結(jié)果較為一致，在實(shí)際應(yīng)用中也具有較高的效率[3]。本文選用內(nèi)點(diǎn)法對(duì)建立的模型進(jìn)行求解，計(jì)算流程圖如圖1所示。

通過(guò)計(jì)算，可以得到整個(gè)配電系統(tǒng)的潮流分布、發(fā)電數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)等，并進(jìn)一步分析計(jì)算系統(tǒng)的網(wǎng)損。在此基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)損的在線(xiàn)實(shí)時(shí)分析計(jì)算，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)比各個(gè)配電臺(tái)區(qū)的線(xiàn)損情況，可以有針對(duì)性地對(duì)線(xiàn)損高的臺(tái)區(qū)采取降損措施。上述方法是通過(guò)以配電系統(tǒng)線(xiàn)損最小為目標(biāo)，優(yōu)化配電系統(tǒng)的運(yùn)行，來(lái)達(dá)到配電系統(tǒng)節(jié)能降損的目的，在實(shí)際中具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析在配電網(wǎng)線(xiàn)損預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

除了通過(guò)優(yōu)化配電系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到節(jié)能降損的目的之外，還可以通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)中的配電數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析，并進(jìn)行配電線(xiàn)損預(yù)測(cè)，指導(dǎo)線(xiàn)損管理。在配電大數(shù)據(jù)平臺(tái)中，應(yīng)包括設(shè)備臺(tái)賬信息、配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息等[4]。根據(jù)所掌握的眾多數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析算法，可以構(gòu)建配電網(wǎng)線(xiàn)損預(yù)測(cè)模型，并可以提供相應(yīng)的配電臺(tái)區(qū)線(xiàn)損異常告警，發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)在用電過(guò)程中存在的問(wèn)題，為配電網(wǎng)的節(jié)能降損提供重要的參考，故配電網(wǎng)的線(xiàn)損預(yù)測(cè)具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3.1 數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析

聚類(lèi)分析算法一般包含四個(gè)部分：特征獲取與選擇、計(jì)算相似度、分組、聚類(lèi)結(jié)果展示，本文選用k 均值聚類(lèi)算法進(jìn)行配電網(wǎng)線(xiàn)損預(yù)測(cè)。該聚類(lèi)方法的基本思想是，在一個(gè)平面層次上對(duì)所有的樣本點(diǎn)先做出某種較為粗略的劃分[5]，然后按照某種最優(yōu)的準(zhǔn)則進(jìn)行修正，通過(guò)算法的迭代執(zhí)行，得到一個(gè)較為合理的聚類(lèi)結(jié)果。具體聚類(lèi)過(guò)程可由圖2 來(lái)表達(dá)。

通過(guò)大數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行線(xiàn)損預(yù)測(cè)，可以提升對(duì)配電網(wǎng)節(jié)能降損的管理效益，指導(dǎo)配電線(xiàn)路改造方案的制定，從而提高電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益。

3.2 配電網(wǎng)的線(xiàn)損預(yù)測(cè)

采用數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析算法進(jìn)行配電網(wǎng)線(xiàn)損預(yù)測(cè)時(shí)，根據(jù)配電網(wǎng)中的負(fù)荷總量、負(fù)荷率和負(fù)荷峰谷差等具有較強(qiáng)代表性的負(fù)荷特征數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析算法對(duì)地區(qū)配網(wǎng)中你給的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)，并將數(shù)據(jù)分為K 類(lèi)，每個(gè)類(lèi)別中包括n 個(gè)相似日。根據(jù)待預(yù)測(cè)日的負(fù)荷特征數(shù)據(jù)，將待預(yù)測(cè)日劃入到某個(gè)類(lèi)別中，根據(jù)歷史線(xiàn)損數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)損預(yù)測(cè)，k 均值聚類(lèi)的詳細(xì)算法介紹如下：

3.2.1 條件與約定

在進(jìn)行線(xiàn)損數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析之前，需要先設(shè)定樣本的特征向量集為{X1,X2,...,XN}，并且需要分成的類(lèi)數(shù)量是固定，為K 類(lèi)。

3.2.2 基本思想

K 數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析的基本思想是通過(guò)計(jì)算不斷調(diào)整樣本所屬的類(lèi)別，使得樣本到聚類(lèi)中心之間的距離最小，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的聚類(lèi)。在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，可以首先確定k 個(gè)初始聚類(lèi)中心，經(jīng)過(guò)初始聚類(lèi)之后，再將各樣本劃入到具體的類(lèi)別中，使得各個(gè)樣本離所屬類(lèi)別的距離最小，完成樣本的聚類(lèi)。

3.2.3 算法步驟

在數(shù)據(jù)聚類(lèi)編程實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，可以按照以下步驟進(jìn)行，第一步是根據(jù)樣本的特征向量選取K 個(gè)初始聚類(lèi)中心，即第二步是對(duì)待預(yù)測(cè)的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分類(lèi)，根據(jù)樣本的特征向量集{Xi}，按照與聚類(lèi)中心的距離最小的原則進(jìn)行聚類(lèi)劃分，若則可以將樣本判斷為式中表示Xi和的中心的距離，上角標(biāo)表示迭代次數(shù)，于是產(chǎn)生新的聚類(lèi)第三步是在第二步的基礎(chǔ)上，重新計(jì)算各個(gè)類(lèi)型的類(lèi)心：

4 結(jié)論

大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)的分析計(jì)算中具有較大的應(yīng)用空間，本文詳細(xì)分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)節(jié)能降損中的應(yīng)用，包括基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降損技術(shù)、數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析在配電網(wǎng)線(xiàn)損預(yù)測(cè)中的應(yīng)用等，對(duì)于促進(jìn)配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)水平的提高具有一定的價(jià)值。