基于營配數(shù)據(jù)融合的智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)律研究?

孔慶波 吳 漾

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司計(jì)量中心 貴陽 550000）（2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司 貴陽 550000）

1 引言

電力公司信息化發(fā)展的過程中，調(diào)度、生產(chǎn)、營銷等各系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)一致性較差、數(shù)據(jù)重復(fù)維護(hù)，造成了數(shù)據(jù)利用率低等問題［1］。營配數(shù)據(jù)融合是在電力用戶信息模型基礎(chǔ)上，對(duì)配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，有利于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)配用電精益化管理［2～3］。如何從海量數(shù)據(jù)中選取反映配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的典型指標(biāo)，建立智能電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系成為研究的熱點(diǎn)［4］。孫立華等［5］對(duì)高壓變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行研究，并給出了相應(yīng)評(píng)估指標(biāo)體系；Mishra［6］對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)劃分，但并未形成一套針對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)體系；Wang［7］從不同方面提出配電網(wǎng)量化指標(biāo)體系，但沒有突出中壓配電網(wǎng)與高壓配電網(wǎng)評(píng)估體系的區(qū)別。以提高配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平為目的，建立了基于營配數(shù)據(jù)融合的智能電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，詳細(xì)闡述了各指標(biāo)值的計(jì)算方法，以某市2018年2月份的運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，對(duì)預(yù)判指標(biāo)的合理性和發(fā)展態(tài)勢(shì)預(yù)判思路的可行性進(jìn)行了檢驗(yàn)，以期為配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。

2 評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 電壓合格率指標(biāo)

電壓合格率指標(biāo)能夠全面反映配電網(wǎng)不同層次的電壓情況，監(jiān)測點(diǎn)電壓合格率計(jì)算公式為［8～9］

式中：t 為統(tǒng)計(jì)時(shí)間，s；t1為電壓越線時(shí)間，s；P1為電壓合格率。

2.2 運(yùn)行故障指標(biāo)

以年為評(píng)估單位時(shí)間對(duì)運(yùn)行故障進(jìn)行計(jì)算［10］，公式如下：

式中：t2為統(tǒng)計(jì)小時(shí)數(shù)，h；P3為統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)故障率，%；P2為故障率，%；

2.3 供電可靠性指標(biāo)

選取重復(fù)停電用戶比例、用戶平均停電次數(shù)、低壓供電可靠率［10～11］，作為供電可靠性檢驗(yàn)指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

式中：P4為重復(fù)停電用戶比例；m1為停電次數(shù)大于2的用戶；m 為總低壓用戶數(shù)；P5為用戶平均停電次數(shù)，次/戶；ni為每次停電用戶數(shù)，次；P6為低壓供電可靠率，%；L1用戶平均停電時(shí)間，h；L為統(tǒng)計(jì)時(shí)間，h。

2.4 線損指標(biāo)

統(tǒng)計(jì)線損率計(jì)算公式為［12］

式中：P7為統(tǒng)計(jì)線損率；Q 為供電量，kW；q 為售電量，kW。

2.5 三相不平衡指標(biāo)

三相不平衡度計(jì)算公式如下［13～14］：

式中：W 為三相不平衡度；Imax為最大相電流，A；Imin為最小相電流，A。

3 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估方法

3.1 指標(biāo)權(quán)重設(shè)定方法

利用層次分析法AHP 法［15］來確定指標(biāo)權(quán)重，為提髙AHP 方法中兩兩比較矩陣確定指標(biāo)權(quán)重的科學(xué)性，引入Delphi法，具體步驟如下：

1）確定m個(gè)兩兩判斷矩陣，對(duì)判斷矩陣進(jìn)行獨(dú)立賦值：

2）對(duì)m個(gè)兩兩判斷矩陣平均化處理，得到判斷矩陣中的元素值為：

3）遍歷m個(gè)兩兩判斷矩陣，若兩兩判斷矩陣Bk中任意元素bijk滿足視為無效矩陣，并剔除；

4）對(duì)其余判斷矩陣作平均化處理；

5）計(jì)算兩兩判斷矩陣的特征向量W，W=［w1，w2，w3，…，wn］和最大特征值λmax；

6）采用隨機(jī)一致性指標(biāo)CR對(duì)兩兩判斷矩陣的一致性程度進(jìn)行衡量。根據(jù)表1 判斷矩陣階數(shù)n，求得平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI；一致性指標(biāo)比率CI=（λmax-n）/（n-1）；CR=CI/RI。

CR＜0.1 時(shí)，表明兩兩判斷矩陣滿足一致性要求，否則重新確定兩兩判斷矩陣的元素。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

AHP-Delphi方法的基本流程如圖1所示。

圖1 AHP-Delphi流程圖

3.2 單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分公式設(shè)定方法

為得到配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的整體得分，首先對(duì)底層單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估得分，并根據(jù)各層指標(biāo)權(quán)重因子計(jì)算得到最后的評(píng)估總分。評(píng)估指標(biāo)體系中，首先確定底層單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的函數(shù)曲線類型及關(guān)鍵點(diǎn)，最后將確定的模糊隸屬度函數(shù)圖轉(zhuǎn)換為計(jì)算公式。

3.3 總體評(píng)估流程

總體評(píng)估流程具體步驟如下：1）選擇評(píng)估時(shí)間及評(píng)估區(qū)域；2）收集配電網(wǎng)評(píng)估數(shù)據(jù)：包括設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)；3）對(duì)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到底層單項(xiàng)指標(biāo)值；4）將底層單項(xiàng)指標(biāo)值代入評(píng)分公式獲取得分。采用百分制進(jìn)行評(píng)分，將評(píng)估得分F 分為4個(gè)等級(jí)，F(xiàn)＜60為“差”，60 ≤F ＜70為“中”，70 ≤F ＜90 為“良”，F(xiàn) ≥90 為“優(yōu)”，總體評(píng)估流程如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的整體流程圖

4 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)展態(tài)勢(shì)預(yù)判

4.1 電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分析

選取某市2018 年2 月份的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，指標(biāo)權(quán)重因子如表2 所示。

該地區(qū)該運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估得分，如表3 所示?？梢钥闯觯瑴?zhǔn)則層指標(biāo)評(píng)分66.96，其中電壓合格率指標(biāo)為“差”，負(fù)載率指標(biāo)為“中”；三相不平衡指標(biāo)評(píng)分70.67，接近“中”；該運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)分為71.07，整體運(yùn)行情況得分為“良”。

各底層單項(xiàng)指標(biāo)得分柱狀圖，如圖3 所示。圖3 能夠直觀地看出所有底層單項(xiàng)指標(biāo)的得分情況。主要由于2 月份為春節(jié)假期，用電負(fù)荷增加導(dǎo)致配變出線重過載，需要對(duì)部分老化配電、線路進(jìn)行改造或通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)對(duì)部分負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)帶；由于配變臺(tái)區(qū)“低電壓”現(xiàn)象普遍導(dǎo)致電壓合格率偏低。因此，為保證用戶的電能質(zhì)量，需加強(qiáng)臺(tái)區(qū)低電壓管理工作。同時(shí)為降低線損率，該區(qū)域還需加強(qiáng)三相不平衡的管理工作。

表2 指標(biāo)權(quán)重因子表

表3 評(píng)估結(jié)果

圖3 底層單項(xiàng)指標(biāo)得分柱狀圖

配電網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)預(yù)判需要對(duì)大量配變作短期負(fù)荷預(yù)測，以某市營配融合項(xiàng)目為例，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行研究，并對(duì)某線路預(yù)判日的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并給出優(yōu)化運(yùn)行意見。

4.2 短期負(fù)荷預(yù)測

短期電力負(fù)荷預(yù)測不但是市場環(huán)境下編排交易計(jì)劃、供電計(jì)劃、調(diào)度計(jì)劃的基礎(chǔ)，而且能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、全運(yùn)行提供保障，是能量管理系統(tǒng)EMS的重要組成部分。短期負(fù)荷預(yù)測具體步驟如下：

1）確定待預(yù)測日類型，并選取基礎(chǔ)樣本日。

2）對(duì)基礎(chǔ)樣本負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，平滑曲線并修正虛假錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

3）負(fù)荷氣象敏感類型進(jìn)行判斷。

4）若氣象與基礎(chǔ)樣本負(fù)荷關(guān)系為氣象不敏感型負(fù)荷，先對(duì)樣本負(fù)荷進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，選取6個(gè)樣本，基于優(yōu)化算法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。

5）若氣象與基礎(chǔ)樣本負(fù)荷關(guān)系為氣象敏感型負(fù)荷，根據(jù)天氣類型、日平均相對(duì)濕度、日平均溫度、日最低溫度、日最高溫度等指標(biāo)，按關(guān)聯(lián)度大小排序，并將功率數(shù)據(jù)輸入負(fù)荷預(yù)測模型，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。

6）對(duì)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行誤差分析。

線路負(fù)荷預(yù)測的建模流程圖，如圖4 所示。

圖4 負(fù)荷預(yù)測流程

根據(jù)潮流計(jì)算數(shù)據(jù)和負(fù)荷預(yù)測計(jì)算預(yù)判日48個(gè)時(shí)間點(diǎn)配變電壓合格率，配變負(fù)載率和支路負(fù)載率情況。

4.3 線路負(fù)載率分析

汽制線的出線為支路l1，支路l1的負(fù)載率變化曲線，如圖5 所示，可以看出，支路l1一直處于重過載狀態(tài)，且在21 點(diǎn)時(shí)達(dá)最大值，應(yīng)該對(duì)其及時(shí)改造，以提高線路容量和減輕本支路l1的負(fù)擔(dān)。

圖5 支路l1的負(fù)載率變化曲線

所有支路的負(fù)載率如圖6 所示?？梢钥闯?，支路l1，l2，l3，l4重過載嚴(yán)重；支路l6，l8，l22，l27四條支路出現(xiàn)重載現(xiàn)象，但是l10，l16，l19，l21，l23等多條支路存在接近輕載或輕載運(yùn)行現(xiàn)象，應(yīng)考慮適當(dāng)進(jìn)行減容。汽制線各個(gè)支路重過載現(xiàn)象比較嚴(yán)重，長期考慮對(duì)部分支路進(jìn)行改造，短期內(nèi)可以通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)帶。

針對(duì)上述結(jié)果，提出的線路負(fù)載率預(yù)警方案如下：1）支路l1，l2，l3，l4重過載嚴(yán)重預(yù)警；2）支路l6，l8，l22，l27重過載較嚴(yán)重；3）支路l11輕載嚴(yán)重預(yù)警；4）支路l10，l16，l19，l21輕載較嚴(yán)重。

圖6 21時(shí)所有支路的負(fù)載率

4.4 電壓合格率分析

臺(tái)區(qū)關(guān)口電壓允許偏差為額定電壓的±5%，即電壓范圍為9.5kV～10.5kV。本算例線路末端節(jié)點(diǎn)的電壓情況較差，而10kV 主干線的電壓情況較好。以臺(tái)區(qū)關(guān)口某節(jié)點(diǎn)為例，對(duì)其電壓的變化規(guī)律進(jìn)行研究，如圖7 所示，可以看出該節(jié)點(diǎn)低電壓現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

圖7 某節(jié)點(diǎn)的電壓變化曲線

21 點(diǎn)時(shí)所有節(jié)點(diǎn)的電壓值如圖8 所示。可以看出，線路總負(fù)荷最大時(shí)，節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4、節(jié)點(diǎn)5、節(jié)點(diǎn)9、節(jié)點(diǎn)12 滿足電壓合格要求，節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)6、節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)8的電壓情況較好，但是其他節(jié)點(diǎn)均出現(xiàn)輕微低電壓的情況，表明末端節(jié)點(diǎn)的電壓情況不夠理想；而首段節(jié)點(diǎn)的電壓情況較好。因此，為提高電壓質(zhì)量需適當(dāng)對(duì)末端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無功補(bǔ)償。

圖8 21時(shí)所有節(jié)點(diǎn)的電壓

4.5 配變負(fù)載率分析

21 點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)日最大負(fù)荷，該時(shí)刻配變節(jié)點(diǎn)的負(fù)載率如圖9 所示。

圖9 21時(shí)所有配變負(fù)載率

可以看出，節(jié)點(diǎn)6、節(jié)點(diǎn)8、節(jié)點(diǎn)15、節(jié)點(diǎn)23 的配變接近輕載；而節(jié)點(diǎn)7和節(jié)點(diǎn)30的配變接近重載運(yùn)行。整體來看，所有的配變都運(yùn)行在正常狀態(tài)，未出現(xiàn)輕、過、重載運(yùn)行的配變，但是配變的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差，利用率較低，大部分的配變都運(yùn)行在負(fù)載率50%以下。綜上所述：配變未出現(xiàn)輕載和重過載配變的負(fù)載率情況較好，但是配變負(fù)載率以低于50%為主，為提高設(shè)備利用率，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行減容。

4.6 其他指標(biāo)情況

預(yù)判日的統(tǒng)計(jì)線損率為5.59%，線損率得分為80.87，表明該線路線損情況比較理想。由于汽制線的總長度不到100m，包含的配變也不到100km，因此不進(jìn)行運(yùn)行故障指標(biāo)的計(jì)算。

5 結(jié)語

以提高配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平為目的，提出了一套智能電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，準(zhǔn)則層包含三相不平衡、線損、供電可靠性、運(yùn)行故障、電壓合格率負(fù)載率6 大類指標(biāo)；指標(biāo)層包含21 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，運(yùn)用模糊隸屬度函數(shù)來確定各個(gè)指標(biāo)的評(píng)分函數(shù)。通過實(shí)際算例分析證明了指標(biāo)體系及方法的可行性。在配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，對(duì)可以進(jìn)行預(yù)判的指標(biāo)進(jìn)行了提取，給出了發(fā)展態(tài)勢(shì)預(yù)判的新思路，通過實(shí)例仿真說明了所提出的發(fā)展態(tài)勢(shì)預(yù)判新思路的可行性，能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行提供參考。