配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究

黃曉暉

(廣東電網(wǎng)有限責任公司佛順德供電局，廣東 順德 528300)

目前配電網(wǎng)內(nèi)增設(shè)了大量變通性資源，這些資源均具備節(jié)能減排的作用[1-3]，調(diào)節(jié)這些資源后改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流，由單向更換為雙向，導(dǎo)致其運行的穩(wěn)定性降低，增加了配電網(wǎng)規(guī)劃工作的難度。在配電網(wǎng)中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)[4]，可提升變通性資源的利用率和規(guī)劃效率，降低投入及運行成本。配電網(wǎng)規(guī)劃工作既要具備精準的量化能力，又要具備較高的協(xié)調(diào)能力，為提升這些能力，需要利用數(shù)字化技術(shù)[5-6]。將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到配電網(wǎng)中，作為系統(tǒng)的輸入，這些研究均為配電網(wǎng)規(guī)劃工作提供科學依據(jù)，云計算與大數(shù)據(jù)等技術(shù)的崛起，促進了配電網(wǎng)規(guī)劃工作的發(fā)展。隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷完善，可在不同規(guī)劃業(yè)務(wù)中提取數(shù)據(jù)，應(yīng)用于各大領(lǐng)域中[7]，但該技術(shù)的缺點是提取的數(shù)據(jù)包含部分無效異常數(shù)據(jù)，還需利用相關(guān)方法改善數(shù)據(jù)提取的精準性。

將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到電力企業(yè)中可提升電網(wǎng)和用戶間的交互性，使得數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為配電網(wǎng)規(guī)劃工作的關(guān)鍵技術(shù)[8]，方便規(guī)劃工作人員分享規(guī)劃結(jié)果，提升規(guī)劃工作的高效性與科學性。近年來，國家提倡構(gòu)建數(shù)字電網(wǎng)，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為技術(shù)支持，達到電力企業(yè)在線管理與用戶全新體驗等的電網(wǎng)構(gòu)建目的。王子陽等[9]通過研究企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑，完成企業(yè)的商業(yè)模式變革，提升企業(yè)經(jīng)濟水平。為此研究配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過構(gòu)建三維可視化的數(shù)字化轉(zhuǎn)型架構(gòu)，提高架構(gòu)數(shù)據(jù)處理精準性，實現(xiàn)配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，該方法不僅能夠提升配電網(wǎng)經(jīng)濟水平，還能改善其供電水平。

1 配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究

1.1 中壓配電網(wǎng)規(guī)劃工作區(qū)域概況

某市共包含291條10 kV線路，總長度3 260 km，屬于公用線路的有269條，總長度2 993 km，公用配電為2 959臺，公用配電總?cè)萘? 569.7 MVA，開關(guān)總數(shù)1 647臺；10 kV線路絕緣化率為53.99%，電纜化率為12.96%，供電可靠率RS-1與RS-3均為99.97%，綜合線損率為3.32%，D類電壓合格率為99.94%。某市的配電網(wǎng)線路裝備情況見表1。

表1 配電網(wǎng)線路裝備情況Tab.1 Distribution network circuit equipment

從表1中的數(shù)據(jù)可知，某市配電網(wǎng)線路裝備水平較高，均符合電力公司內(nèi)配電網(wǎng)技術(shù)的有關(guān)規(guī)定。

1.2 數(shù)據(jù)集成

數(shù)據(jù)集成屬于數(shù)字化轉(zhuǎn)型架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)，配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中包含各種來源的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存在異構(gòu)性與海量性等特點，獲取配電網(wǎng)工作規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)是完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的前提，相關(guān)數(shù)據(jù)描述見表2。

表2 相關(guān)數(shù)據(jù)描述Tab.2 Relevant data description

數(shù)據(jù)集成過程中的技術(shù)難點見表3。

表3 技術(shù)難點Tab.3 Technical difficulties

針對表3的技術(shù)難點做出如下處理：通過構(gòu)建語義塊的HTML頁面結(jié)構(gòu)模型對比分析語義塊，識別數(shù)據(jù)值的角色，推理數(shù)據(jù)模式與抽取規(guī)則，完成數(shù)據(jù)抽取[10]。依據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則支持度、置信度與相關(guān)度，求解危險性數(shù)據(jù)誘發(fā)度，去掉多余數(shù)據(jù)[11-12]，通過增量式方法檢驗誘發(fā)因子，塑造檢驗索引，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則處理誘發(fā)因子數(shù)量，完成數(shù)據(jù)檢驗。通過深度受限玻爾茲曼機映射各種格式的異構(gòu)數(shù)據(jù)，使其存入到唯一的嵌入式向量空間，完成數(shù)據(jù)融合。

1.3 數(shù)字化轉(zhuǎn)型架構(gòu)

配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的三維可視化架構(gòu)共包含6個層次，其總體架構(gòu)如圖1所示。該架構(gòu)中通過6個層次共同協(xié)作，根據(jù)數(shù)據(jù)集成，獲取配電網(wǎng)工作規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、可視化與三維數(shù)字化等方法[13-15]，完成配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、數(shù)據(jù)移交接收、三維可視化展示和三維基本服務(wù)功能等操作，實現(xiàn)信息交互，降低出現(xiàn)信息孤島概率。該配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的三維可視化架構(gòu)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型功能模塊如圖2所示。

圖1 總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture

圖2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型功能模塊Fig.2 Digital transformation function module

數(shù)字化轉(zhuǎn)型功能模塊主要可以進行配電網(wǎng)規(guī)劃場景和數(shù)據(jù)的共享，并定位配電網(wǎng)規(guī)劃場景和設(shè)備，實現(xiàn)配電網(wǎng)規(guī)劃工作的查詢和統(tǒng)計。該配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的三維可視化架構(gòu)的數(shù)據(jù)移交接收功能模塊如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)移交接收功能模塊Fig.3 Data transfer and receiving function module

數(shù)據(jù)移交接收功能模塊主要可以導(dǎo)入配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)，對其進行質(zhì)量檢測、入庫、存儲、共享以及維護等。該配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的三維可視化架構(gòu)的三維可視化展示功能模塊如圖4所示。三維可視化展示功能模塊主要可以進行配電網(wǎng)規(guī)劃場景可視化展示，并能夠可視化以及檢索配電網(wǎng)規(guī)劃信息和電力要素，對配電網(wǎng)規(guī)劃信息和資料進行查詢統(tǒng)計。該配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的三維可視化架構(gòu)的三維基本服務(wù)功能模塊如圖5所示。

圖4 三維可視化展示功能模塊Fig.4 Three dimensional visualization display function module

圖5 三維基本服務(wù)功能模塊Fig.5 Three dimensional basic service function module

三維基本服務(wù)功能模塊主要可以實現(xiàn)配電網(wǎng)規(guī)劃場景瀏覽、查詢定位以及分析量化，并對配電網(wǎng)規(guī)劃圖層進行控制，展示配電網(wǎng)規(guī)劃專題信息并進行標注。

2 實驗分析

為提升配電網(wǎng)供電水平與經(jīng)濟效益，以某市區(qū)域配電網(wǎng)為例，利用所提方法對區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃工作開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究。

配電網(wǎng)規(guī)劃工作在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)抽取與融合效果直接影響數(shù)字化轉(zhuǎn)型效果，針對不同數(shù)據(jù)來源，所提方法數(shù)據(jù)抽取的有效性測試結(jié)果見表4。

表4 數(shù)據(jù)抽取的有效性測試結(jié)果Tab.4 Effectiveness test results of data extraction

分析表4可知，所提方法能夠抽取各數(shù)據(jù)來源中的全部數(shù)據(jù)項，且最高數(shù)據(jù)抽取誤差僅達0.014。由此可知，所提方法可精準抽取數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中的數(shù)據(jù)，利于提升后續(xù)配電網(wǎng)規(guī)劃工作的高效性與經(jīng)濟性。

在數(shù)據(jù)融合過程中，會出現(xiàn)部分無效異常數(shù)據(jù)，在其不同發(fā)生概率時，所提方法數(shù)據(jù)融合的均方誤差如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)融合的均方誤差Fig.6 Mean square error of data fusion

分析圖6可知，概率與數(shù)據(jù)融合的均方誤差成正比，在概率為30%時，均方誤差趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定在0.034左右。由此可知，所提方法具備較優(yōu)的數(shù)據(jù)融合效果。

該區(qū)域配電網(wǎng)包含A-G共7個負荷節(jié)點，b-i為分支節(jié)點，數(shù)字化轉(zhuǎn)型前后該區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃方案如圖7和圖8所示。

圖7 數(shù)字化轉(zhuǎn)型前的配電網(wǎng)規(guī)劃方案Fig.7 Distribution network planning before digital transformation

圖8 數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的配電網(wǎng)規(guī)劃方案Fig.8 Distribution network planning after digital transformation

圖7和圖8中，實線代表可能架設(shè)的線路，虛線代表實際架設(shè)線路。2種配電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟指標見表5。綜合分析圖7、圖8與表5可知，2種方案的規(guī)劃路徑不一樣，但路徑總長度一致。因此，2種方案的投入成本一致；數(shù)字化轉(zhuǎn)型前比數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的運行成本低，但剩余成本高于數(shù)字化轉(zhuǎn)型后，維修、故障、廢棄成本代表配電網(wǎng)運行的可靠性，說明數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的配電網(wǎng)規(guī)劃方案可靠性較高，數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的總成本低于數(shù)字化轉(zhuǎn)型前的總成本。由此可知，數(shù)字化轉(zhuǎn)型后可提升配電網(wǎng)的整體經(jīng)濟效益，利于配電網(wǎng)的長遠發(fā)展。

表5 數(shù)字化轉(zhuǎn)型前后配電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟指標Tab.5 Economic indicators of distribution network planning before and after digital transformation

應(yīng)用數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的配電網(wǎng)規(guī)劃方案1年后，該區(qū)域配電網(wǎng)的環(huán)保效益測量結(jié)果見表6。

表6 環(huán)保效益測量結(jié)果Tab.6 Environmental benefit measurement results

分析表6可知，數(shù)字化轉(zhuǎn)型后配電網(wǎng)規(guī)劃方案可有效減排SO2、NOx、CO2排放量，且減排數(shù)值較高，針對環(huán)保情況年節(jié)約成本高達842.51萬元，數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的配電網(wǎng)規(guī)劃工作具備三維可視化操作特點，可及時發(fā)現(xiàn)SO2、NOx、CO2排放量高的燃煤電廠，并將其更換為可再生利用資源率高且污染小的發(fā)電設(shè)備，提升配電網(wǎng)的環(huán)保效益。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型前與數(shù)字化轉(zhuǎn)型后2種配電網(wǎng)規(guī)劃方案分別應(yīng)用一年后，2種方案的配電網(wǎng)線路裝備變化情況見表7。分析表7可知，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方面，轉(zhuǎn)型后的配電網(wǎng)規(guī)劃指標中，線路聯(lián)絡(luò)率顯著提高，說明配電網(wǎng)的可靠性得到提升；在供電能力方面，轉(zhuǎn)型后指標中僅有容載比與平均負載率變化幅度較小，其余指標均有顯著提升，說明配電網(wǎng)的供電能力得到提升；在供電質(zhì)量方面，轉(zhuǎn)型后的綜合電壓合格率有所提升，高達100%；在裝備水平方面，轉(zhuǎn)型后的絕緣化率未發(fā)生改變，與轉(zhuǎn)型前一致，均可達100%，但電纜化率有所增長，說明裝備水平有所改善；在經(jīng)濟運行水平方面，綜合線損率有所下降，代表電能損耗呈下降趨勢，即經(jīng)濟運行水平呈上升趨勢；在智能化水平方面，配電網(wǎng)自動化覆蓋率與新能源消納率均有所增長，均可達100%，說明數(shù)字化轉(zhuǎn)型可提升配電網(wǎng)規(guī)劃的智能化水平。

表7 2種方案的配電網(wǎng)規(guī)劃指標變化情況Tab.7 Distribution network planning index changes of two schemes

應(yīng)用數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的配電網(wǎng)規(guī)劃方案1年后，該區(qū)域的配電網(wǎng)問題得到改善，改善程度見表8。

表8 配電網(wǎng)問題改善程度Tab.8 Problems improvement degree of distribution network

分析表8可知，數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的配電網(wǎng)規(guī)劃方案可有效改善數(shù)字化轉(zhuǎn)型前配電網(wǎng)規(guī)劃中出現(xiàn)的問題，其中負載較重與干線線規(guī)不統(tǒng)一問題均已完美解決，其余問題的平均改善程度可達96.25%，說明數(shù)字化轉(zhuǎn)型可改善配電網(wǎng)規(guī)劃中出現(xiàn)的一系列問題，利于配電網(wǎng)規(guī)劃工作的長遠發(fā)展。

3 結(jié)論

在大數(shù)據(jù)背景下，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度飛快，為配電網(wǎng)規(guī)劃工作帶來一定的沖擊性，電力企業(yè)在確保配電網(wǎng)運行安全性的同時，還要增強規(guī)劃的創(chuàng)新性，提高科學水平，降低運行及投入成本，配電網(wǎng)規(guī)劃工作的轉(zhuǎn)型是必然趨勢，為此研究配電網(wǎng)規(guī)劃工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升配電網(wǎng)的可靠性、供電水平，節(jié)約總成本，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的商業(yè)價值。