潘 良，唐星祝，曾 偉，梁偉峰，許凌云

1.國網湖南省電力公司婁底供電分公司，湖南 婁底 417000

2.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007

“有電用，電好用”是永恒的主題。目前，電網企業(yè)正處于電力體制改革的重要時刻，而備受社會關注的就是為用戶持續(xù)提供可靠、合格的電能，供電電壓合格率是其中最為重要的一項指標。電壓專業(yè)工作是受政府監(jiān)管、履行社會責任的工作，也是保障公司持續(xù)發(fā)展的工作[1-4]。

用戶電壓合格率涉及變電站、線路、配變臺區(qū)、用戶等一連串環(huán)節(jié)，涉及調控、運檢、營銷、發(fā)展、項目管理中心等多個部門，涉及負荷參數(shù)、線路參數(shù)、配變臺區(qū)參數(shù)、用戶用電參數(shù)等多系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)，迫切需要一套基于大數(shù)據(jù)的配網電壓異常智能分析及診斷應用輔助供電電壓治理工作。

1 總體目標

目前湖南全省臺區(qū)數(shù)量超過29萬個，用戶數(shù)量超過2890萬，并且與日俱增，數(shù)據(jù)量十分龐大，湖南電力在國網系統(tǒng)內主動率先打造省級電網電能質量精益管理體系，不斷推進電壓領域的大數(shù)據(jù)建設，全面對接全省海量的臺區(qū)及用戶電壓數(shù)據(jù)，不斷在電壓專業(yè)上爭先創(chuàng)優(yōu)，提升電壓專業(yè)精益化管理水平，以客戶為中心，以降電壓類投訴為目標，持續(xù)深化低電壓、高電壓等問題分析，并針對性開展治理，支撐“有電用”向“電好用”升級轉型，增強客戶用電體驗，提高優(yōu)質服務的能力和水平。

此課題在前期積累電力大數(shù)據(jù)的基礎上，重點優(yōu)化提升數(shù)據(jù)智能分析。一是研究基于大數(shù)據(jù)的變電站電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)，開發(fā)變電站電壓統(tǒng)計分析和預警等模塊功能。二是研究基于大數(shù)據(jù)的臺區(qū)電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)，開發(fā)臺區(qū)電壓智能分析及診斷應用功能。三是研究基于大數(shù)據(jù)的用戶電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)，開發(fā)用戶低、高電壓智能分析及診斷應用功能。

2 技術方案

2.1 總體框架

基于大數(shù)據(jù)的配電網電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)主要由三個部分構成（如圖1所示），分別為數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)層和業(yè)務應用層。（1）數(shù)據(jù)源層，包括SCADA、AVC、PMS等多個系統(tǒng)配電網電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷所需要的全部相關數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)層，收集存儲數(shù)據(jù)源層中各業(yè)務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，開展數(shù)據(jù)存儲、抽取、挖掘、分析計算，為基于大數(shù)據(jù)的業(yè)務應用提供數(shù)據(jù)支撐。（3）業(yè)務應用層，基于大數(shù)據(jù)開展配電網電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用，包括電壓合格率監(jiān)測、AVC區(qū)間以及配變檔位監(jiān)測、低電壓與過電壓監(jiān)測分析以及智能診斷和預警。

圖1 系統(tǒng)架構圖

2.2 主要功能

（1）基于大數(shù)據(jù)的變電站電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)，開發(fā)變電站電壓智能分析及診斷應用功能。開展變電站電壓統(tǒng)計分析和預警。對變電站主變調檔統(tǒng)計涉及的主變數(shù)、線路數(shù)、線路帶低壓用戶總戶數(shù)、主變調檔前線路配變臺區(qū)出口電壓合格率、主變調檔后線路配變臺區(qū)出口電壓合格率、主變調檔前線路配變臺區(qū)下用戶電壓合格率、主變調檔后線路配變臺區(qū)下用戶電壓合格率、提升率、相關電壓值等進行統(tǒng)計。

（2）基于大數(shù)據(jù)的臺區(qū)電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)，開發(fā)新臺區(qū)電壓智能分析及診斷應用功能。開展新投配變臺區(qū)統(tǒng)計分析和智能預警。對新投配變投運時間、配變檔位數(shù)、運行檔位、臺區(qū)用戶電壓合格率、不平衡度、負載率等情況進行統(tǒng)計分析。

（3）基于大數(shù)據(jù)的用戶電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)，開展用戶低、高電壓智能分析及診斷功能應用。與低電壓模塊結合起來，實現(xiàn)用戶低、高電壓統(tǒng)計分析和預警。數(shù)據(jù)分析比對后，可以發(fā)現(xiàn)以前看不到的有價值的數(shù)據(jù)和線索，讓高、低電壓問題都看得清、摸得準，用實際行動踐行“不能用低電壓問題損害群眾利益”“不能用提高首端電壓掩蓋末端電壓問題損害群眾利益”的宗旨，讓低電壓、過電壓無處遁形，實現(xiàn)低電壓、過電壓標本兼治。

2.3 算法支撐

（1）線路首末端電壓降落，計算公式如下：

由式（1）可知，電壓降低與線路傳輸功率、線路電阻、線路額定電壓、導線橫截面積、供電距離有關。

（2）臺區(qū)電壓狀態(tài)劃分。根據(jù)《電能質量供電電壓偏差規(guī)范》（GB/T 12325—2008），220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%、-10%，臺區(qū)出口電壓狀態(tài)劃范圍如表1所示。

表1 臺區(qū)出口電壓狀態(tài)劃分

（3）關鍵指標統(tǒng)計。相關計算公式如下：

（4）智能分析與輔助決策。①聚類分析。聚類分析是基于數(shù)據(jù)特征按照相似性進行聚合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類進而提供輔助決策的重要方法。文章中使用聚類分析實現(xiàn)臺區(qū)電壓異常分析和診斷功能。K-means模型是常用的聚類方法之一，基本原理為選擇k個數(shù)據(jù)點作為初始中心，統(tǒng)計各個數(shù)據(jù)點到k個初始中心的距離，把每個對象分配給距離它最近的聚類中心，重新計算聚類中心，直至達成聚類中心不再變化等結束條件。②關聯(lián)挖掘。電壓異常與臺區(qū)運行狀態(tài)密切相關。通過關聯(lián)挖掘可以識別其中的聯(lián)系，輔助特征分析和智能診斷功能。Apriori是挖掘關聯(lián)規(guī)則的常用算法，通過支持度（support）、置信度（confidence）等對完成關聯(lián)規(guī)則的挖掘。通常設定最小支持度閾值和最小置信度閾值，滿足閾值約束的規(guī)則即為強關聯(lián)規(guī)則。

3 案例與成效分析

以國網湖南省電力有限公司婁底供電分公司為試點，對3個110kV變電站AVC調控區(qū)間、108臺新投配變檔位以及9123個用戶的電壓合格率開展大數(shù)據(jù)監(jiān)測分析、關聯(lián)特征挖掘、電壓異常預警，有效推進AVC調控區(qū)間和新投配變檔位的合理設置，驗證了基于大數(shù)據(jù)的電壓大數(shù)據(jù)智能分析及診斷應用系統(tǒng)功能的正確性和合理性。（1）臺區(qū)低電壓分布特征分析?；诖髷?shù)據(jù)開展臺區(qū)低電壓分布特征分析，識別出造成臺區(qū)低電壓的主要原因為設備重過載、供電半徑過長、導線線徑過小等，占比分別為39.82%、33.17%、24.16%。（2）臺區(qū)低電壓原因分析與輔助決策?；诖髷?shù)據(jù)識別導致電壓偏低的主要因素包括臺區(qū)配變及線路重過載、供電半徑過長、線徑過小、三相負荷不平衡、AVC設置不合理、低壓無功補償容量不足或可用率低、配變分接頭設置不合理等，主要舉措為加大低壓線徑、配變增容、增大低壓線徑、新建或分拆臺區(qū)、優(yōu)化AVC區(qū)間和配變分接頭設置等。（3）臺區(qū)電壓異常預警?；贏priori關聯(lián)分析識別配電臺區(qū)的容量、線路末端最低電壓、臺區(qū)低壓側最長主干線線徑、最長供電半徑與電壓異常的關聯(lián)關系，并基于該關聯(lián)關系，實現(xiàn)對臺區(qū)電壓異常狀態(tài)的預警。（4）電壓控制策略的優(yōu)化提升?；趯嶋H運行大數(shù)據(jù)分析10kV母線電壓合格率，通過開展AVC調控區(qū)間和配變檔位分析，優(yōu)化AVC定值、配變檔位設置，經調整前后對比驗證，大幅提高了AVC受控站和配變調檔后的電壓合格率。

4 結束語

該課題研究成果在試點公司、省公司應用成功，未來可以進一步推進管理創(chuàng)新，促進國網公司系統(tǒng)電壓大數(shù)據(jù)智能分析治理工作全覆蓋，全面提升配網電壓智能分析診斷以及輔助決策能力。