邱衍江，張 超，張新燕，張錫泉，常喜強

（1.廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529030；2.廣東電網(wǎng)有限責任公司廣州供電局，廣州 510620；3.新疆大學電氣工程學院，烏魯木齊 830047；4.新疆電力公司電力調(diào)度控制中心，烏魯木齊 830002）

0 引言

近年來，隨著我國電網(wǎng)企業(yè)的數(shù)字化、智能化建設(shè)不斷推進，輸電、變電、配電及營銷等領(lǐng)域開發(fā)并使用了多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)及電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)等。在這些系統(tǒng)的使用過程中會產(chǎn)生并存儲海量的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)。

為了順應(yīng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型和數(shù)字化建設(shè)融合發(fā)展趨勢，盤活電網(wǎng)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)并挖掘電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的價值將成為電網(wǎng)企業(yè)未來重點關(guān)注方向，電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的分析已成為研究熱點。文獻[1-2]建立大數(shù)據(jù)運算平臺，通過分析線損大數(shù)據(jù)得到竊電預警信號；文獻[3-5]從優(yōu)化線損分析方法的角度出發(fā)，提出線損計算的最優(yōu)算法。文獻[6-8]利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對線損特征進行研究，并根據(jù)線損特征建立線損管理平臺。同時，線損定位技術(shù)與線損管理方法的優(yōu)化也是研究熱點[9-10]。當前，關(guān)于線損大數(shù)據(jù)的研究僅停留在線損運算及其數(shù)據(jù)的使用，而針對其本質(zhì)的價值挖掘與線損治理的有機統(tǒng)一等方面仍缺乏關(guān)注。本文以配電網(wǎng)運行中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在Tableau環(huán)境下建立線損大數(shù)據(jù)價值挖掘模型，對配電網(wǎng)線損大數(shù)據(jù)蘊藏的信息進行深度剖析，查找影響線損率的主要因素，提出具有針對性的線損管理措施，以提升配電網(wǎng)線損管理水平。

1 線損大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源

用電信息采集系統(tǒng)是線損大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源，主要由計量終端、通信網(wǎng)絡(luò)、工作主站等組成（如圖1所示），具有用電檢測、負荷管理、線損分析、電能質(zhì)量分析及自動抄表等功能。

圖1 用電信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

用電信息采集系統(tǒng)中，配電計量終端、負控裝置、終端用戶電能表等計量表計對供電量、售電量、線路負載、三相電壓與電流等配電臺區(qū)常規(guī)數(shù)據(jù)進行采集，通過接口數(shù)據(jù)傳輸通道（TCP/IP規(guī)程）將其傳送至計量主站或其他工作主站，以供數(shù)據(jù)調(diào)用、計算分析與監(jiān)控等。而配電網(wǎng)線損大數(shù)據(jù)主要取自計量系統(tǒng)的線損管理、電能質(zhì)量分析2個數(shù)據(jù)庫，通過進一步整合，將其存儲于數(shù)據(jù)倉庫中備用。

2 線損大數(shù)據(jù)價值挖掘模型

根據(jù)線損大數(shù)據(jù)價值挖掘需求，本文建立含數(shù)據(jù)處理、Tableau可視化與價值挖掘3個環(huán)節(jié)的線損大數(shù)據(jù)價值挖掘模型，具體流程如圖2所示。

圖2 線損大數(shù)據(jù)價值挖掘流程

2.1 數(shù)據(jù)處理

線損率ΔP是供電企業(yè)的重要經(jīng)濟技術(shù)指標，不僅可以反映某個時間段內(nèi)供電單位的經(jīng)濟性，還可以間接反映供電單位的線損管理技術(shù)條件和管理水平，其數(shù)學表達式為：

式中：Psupply—供電量；

Psale—售電量；

P′—損耗電量。

在供電量一定時，ΔP越高，P′越大，說明該線路或臺區(qū)線損管理水平越差。因此選用ΔP作為線損大數(shù)據(jù)價值挖掘的影響因子。0＜ΔP≤8%為正常范圍，8%＜ΔP≤20%為不合格范圍。

計量終端在采集數(shù)據(jù)時可能會存在一定問題，如數(shù)據(jù)采集重復、錯漏等。為了避免數(shù)據(jù)冗雜，在保證不減少數(shù)據(jù)所包含信息的前提下，將數(shù)據(jù)中每月售電量大于供電量、有供電量但無售電量、數(shù)據(jù)格式亂碼等明顯異常的數(shù)據(jù)進行篩查。其次，將ΔP＜0或ΔP＞20%的極端數(shù)據(jù)剔除，以提高入庫數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.2 大數(shù)據(jù)可視化處理與分析

大數(shù)據(jù)可視化是將每一數(shù)據(jù)項作為圖元元素，將海量集中的數(shù)據(jù)集以圖形形式表示，數(shù)據(jù)各屬性值以多維數(shù)據(jù)形式表示。大數(shù)據(jù)價值挖掘是指利用數(shù)據(jù)分析和開發(fā)工具對大數(shù)據(jù)可視化圖形進行分析，挖掘大數(shù)據(jù)蘊藏的未知信息及潛在價值的處理過程。根據(jù)挖掘任務(wù)可將大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分為聚類分析、預測模型挖掘、趨勢發(fā)現(xiàn)、離群點檢測及曲線擬合等。

本文基于Tableau軟件建立線損大數(shù)據(jù)可視化模型，將線損大數(shù)據(jù)篩選出庫進行計算與可視化。利用K均值聚類算法將線損離散數(shù)據(jù)進行特征挖掘分析，提取數(shù)據(jù)蘊藏的規(guī)律，再利用曲線擬合算法將其擬合為連續(xù)函數(shù)或離散方程，找出線損率與其他因素的相關(guān)性。

線損率數(shù)據(jù)集由n個數(shù)據(jù)點組成，且每個數(shù)據(jù)點均具有m個維度的屬性。在價值挖掘前，選取k個代表點P1、P2、P3、…、Pk，建立k個聚類中心C1、C2、C3、…、Ck（1＜k≤n）。按照最小距離法則對空間聚類表樣本值到聚類中心的距離逐個進行計算，表達式為：

式中：Xi—第i個聚類樣本值；

Cj—第j個聚類中心；

Xit—第i個聚類樣本值的第t種屬性；Cjt—第j個聚類中心的第t種屬性。

將樣本值劃分至離相應(yīng)聚類中心最近的類簇中，再進行新聚類中心的計算，直到計算收斂[11]。計算公式為：

式中：Cl—第l個聚類中心，1≤l≤k；

Sl—第l個類簇的樣本值個數(shù)；

Xi—第l個類簇中第i個樣本值，1≤Xi≤Sl。

3 案例分析

3.1 線損情況分析

在計量系統(tǒng)中提取2019年11月至2020年3月某供電局7個縣區(qū)局（A、B、C、D、E、F、G）的10 kV配電網(wǎng)線損大數(shù)據(jù)，包括供電單位名稱、配電線路信息、臺區(qū)信息、供電量與售電量、損失電量、線損率、負載率、三相參數(shù)等。為了對比各局在5個月內(nèi)損耗電量與線損率的變化情況，在Tableau中建立損耗電量與線損率對比圖（如圖3所示）。由圖3可知，5個月內(nèi)各局損耗電量總體變化不大，其中C局在各個月中損耗電量均最大；線損率平均值由大到小依次為C、F、A、G、E、D、B局。結(jié)合損耗電量與線損率分析，F(xiàn)與E局線損管理水平最差。A局從2020年開始線損率大幅下降，說明其線損管理成效較好。

圖3 損耗電量與線損率對比

為了詳細分析各局的線損管理情況，利用K均值聚類算法將線損數(shù)據(jù)進行特征分析后在Tableau建立各局供電量與線損率散點圖，進一步根據(jù)散點分布規(guī)律擬合線損率趨勢線（如圖4所示）。圖4中，線損率趨勢線代表供電量與線損率的發(fā)展趨勢，對應(yīng)線損的管理水平，趨勢線衰減越快反映線損管理越差，反之則線損管理越好。E、F、G、D局的趨勢線為減函數(shù)，說明其線損管理水平較低；C、A、B局趨勢線為增函數(shù)，說明其線損管理水平較高。

圖4 各局供電量與線損率散點及趨勢線

取線損管理水平較差的E、F、G、D局大數(shù)據(jù)進行深入分析，確定線損率過大或線損率不合格（ΔP≥8%）的臺區(qū)分布，結(jié)果如圖5所示。圖5中，F(xiàn)局不合格臺區(qū)分布在12個供電所轄區(qū)內(nèi)，涉及范圍最廣。其次是E、G局，而D局線損率不合格臺區(qū)涉及供電所數(shù)量最少。D3、E8、F3及G9供電所線損問題最突出。

圖5 線損率不合格臺區(qū)分布

3.2 原因分析

對線損問題較嚴重的區(qū)域進行原因分析、重點治理。對E、F、G、D局線損率不合格臺區(qū)（ΔP≥8%）的三相電流電壓數(shù)據(jù)、變壓器負載、配電網(wǎng)線路參數(shù)及供電長度等數(shù)據(jù)進行K均值線損聚類分群計算，查找線損率不合格的主要影響因素，結(jié)果如圖6所示。

圖6 線損率不合格影響因素占比

由于地理位置分布差異，線損率不合格的因素也不盡相同。配電網(wǎng)參數(shù)三相不平衡是E與F局線損率不合格的主要原因，分別占38.89%、43.24%；供電范圍、供電結(jié)構(gòu)不合理是G局線損率過高的主要原因，同時也是E局線損率過高的重要原因之一。而D局線損率過高主要由配電臺區(qū)負載率問題引起，占比超過了50%。

3.3 線損管理方案

根據(jù)配電網(wǎng)線損大數(shù)據(jù)價值挖掘與分析結(jié)果，提出以下管理方案。

（1）配電網(wǎng)供電范圍及結(jié)構(gòu)不合理性的情況主要有臺區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)中供電半徑過大、線路交叉分布、供電裝置超負荷運行等。E、F、G局此類問題較突出，可以對供電范圍內(nèi)用戶的用電信息進行全面統(tǒng)計后更換變壓器裝置。其次，對交叉架設(shè)的線路進行絕緣改造，避免線路感應(yīng)引起損耗。在臺區(qū)新建時，合理進行臺區(qū)布點，縮減配電、供電范圍，實現(xiàn)智能臺區(qū)線損治理。

（2）臺區(qū)設(shè)備落后、變壓器不合理運行等問題都可能引起配電網(wǎng)三相參數(shù)不平衡，導致計量表用電數(shù)據(jù)采集不準確。對于三相參數(shù)不平衡問題較突出的E、F局，可通過SCADA系統(tǒng)監(jiān)測配電線路三相電壓、電流等數(shù)據(jù)，分析引起三相參數(shù)不平衡的原因，不定期進行負荷檢測，根據(jù)負荷電氣量調(diào)整配電線路的用電負荷。

（3）正常情況下，變壓器負載率在50%左右時變壓器損耗率最低；輕載時變壓器損耗率增加明顯；重載時損耗率也會增加。由圖6可知，各局由于負載率問題導致線損率不合格的占比較大，在新增臺區(qū)配電變壓器時，在設(shè)計階段充分考慮供電半徑及用戶負載大小，平衡分配。

（4）配電臺區(qū)集中器有失壓、斷流、接線錯誤及計量表故障等都可能使線損率不合格。用戶竊電行為也是導致線損率較高的重要原因之一。對此，應(yīng)加強配電線路和計量表計的運維，對疑似故障或存在隱患的表計及時校驗和更換。核對營銷系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，確保用戶用電信息采集無誤，電流互感器變流比與現(xiàn)場一致，避免系統(tǒng)漏抄、錯抄計量表計的情況。另外，還要加強宣傳依法用電相關(guān)知識，結(jié)合智能營銷平臺推進反竊電工作，扼制違法用電行為。

4 結(jié)語

將線損大數(shù)據(jù)價值挖掘模型推廣應(yīng)用，不僅便于供電企業(yè)掌握線損管理水平，而且可以實現(xiàn)科學降損，減少損失電量帶來的經(jīng)濟損失。下一階段，考慮對線損大數(shù)據(jù)價值挖掘模型進行優(yōu)化，并嵌入供電企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，建設(shè)基于大數(shù)據(jù)價值挖掘的線損管理平臺，實現(xiàn)供電企業(yè)的線損精細化管理。