廣東電網有限責任公司湛江廉江供電局 張寧博
線損率是反映供電企業(yè)效率的綜合技術經濟指標,直接反映了企業(yè)的技術和管理水平。降損是服務碳達峰、碳中和,提高電能傳輸效率,貫徹落實國家節(jié)能減排政策的具體體現(xiàn)。鑒于廣東某市用戶類型多、供電區(qū)域復雜、線損問題風險高,廣東某市使用了線損統(tǒng)計分析的信息系統(tǒng)對實際線損率進行統(tǒng)計分析。精細化管理可有效且系統(tǒng)地提高電網中各類數(shù)據(jù)的專業(yè)管理和控制水平,在大量線損相關數(shù)據(jù)的基礎上對這些數(shù)據(jù)進行合理分析,可準確發(fā)現(xiàn)異常線損。對異常線損線路進行分析,有效指導降損方法,提高線損管理水平,提高線損合格率。
線損通常可簡化分為理論線損和管理線損。理論線損是根據(jù)電網物理特性,通過數(shù)學模型計算得出的線損值。目前理論線損的研究主要集中在利用電網拓撲、潮流計算等方法改進理論線損的計算方法,或根據(jù)機器學習算法處理歷史數(shù)據(jù)并預測臺區(qū)的線損,但對理論線損的研究減少了通常投資大、收益小的線損。電網的理論線損電量是通過該電網內所有元件損耗電量累加方式求得的,不同的電網元件需采用不同的算法進行線損理論計算。
管理線損是電能在電網傳輸過程中,由于計量、抄表、竊電及其他人為因素造成的電能損失。目前管理線損的研究主要集中在偷漏電和表計故障情況上,本文主要基于大數(shù)據(jù)技術對線損異常的臺區(qū)進行定位,分析線損異常原因,根據(jù)基于計量自動化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的建議,利用自動最優(yōu)聚類算法對用戶用電行為進行分類,建立各種線損之間的關系模型,得到配電網線損和臺區(qū)線損的線損分析和定位方法,實現(xiàn)線損異常的準確定位。
簡要分析臺區(qū)線損的影響因素,并在智能用電大數(shù)據(jù)分析的基礎上,從建立診斷模型、定義影響因素、提出解決方案等方面分析了線損管理對策。基于大數(shù)據(jù)基礎技術的運營、配送、調度數(shù)據(jù)智能匹配識別方案的應用算法流程,并提出利用相關分析算法和TF-IDF 算法自動識別線路變化和站線變化關系的錯誤數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)線損的準確定位。利用聚類算法和關聯(lián)分析方法對靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)進行整合優(yōu)化,實現(xiàn)臺區(qū)數(shù)據(jù)信息的深度挖掘,實現(xiàn)臺區(qū)線損管理的快速診斷、決策和智能控制。
目前對線損的研究大多是針對單一線損,缺乏對線損之間相關性的研究,各級線損間耦合性差,以實現(xiàn)站、線、變、戶逐步檢查關系,以實現(xiàn)準確的線損分析和異常定位目的。要充分利用信息系統(tǒng)產生的大量線損數(shù)據(jù)分析線損問題,以便準確定位異常線損、降低線損率,從而多方面解決線損問題。
本文的基礎數(shù)據(jù)主要來源于計量自動化系統(tǒng)。同時整合營銷管理系統(tǒng)和配網GIS 系統(tǒng)對各類數(shù)據(jù)進行處理和分析,確?;A數(shù)據(jù)的準確性和一致性。通過提高基礎數(shù)據(jù)的質量,重復驗證基礎數(shù)據(jù),定期檢查問題,線損問題的閉環(huán)解決方案需要一系列的數(shù)據(jù)處理[1]。首先對輸入的基礎數(shù)據(jù)進行預處理,本文采用案例消除法和平方差替換法對數(shù)據(jù)進行預處理,根據(jù)不同站點的分類特點設置各種條件,如負荷類型、設備名稱、電氣參數(shù)等,并比較同一類別的線損類型是否一致。通過對站點進行分類找出合適的改善方法。修改數(shù)據(jù)并對這部分數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)預處理。
案例消除法。是一種直接刪除異常數(shù)據(jù)的方法,不適用于數(shù)據(jù)量小的過程,這將影響樣本數(shù)量和最終的實驗結果,優(yōu)點是可快速消除異常數(shù)據(jù)。本文中計量自動化系統(tǒng)采集的線損樣本數(shù)量相對較大,因此可采用機箱預處理方法進行數(shù)據(jù)預處理。
改進的平均替代法。均值替換法可彌補案例消除法的不足,案例消除法可能會錯誤地刪除有用的信息[2]。本文中數(shù)據(jù)都是數(shù)值數(shù)據(jù),均值替換法可使用此類數(shù)據(jù)的平均值替換此類樣本中的其他數(shù)據(jù),保證樣本數(shù)不減少。由于線損數(shù)據(jù)量很大,本文采用改進的均值替代法,為保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,首先計算這類數(shù)據(jù)的方差,如顯示此類數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的則數(shù)據(jù)中心中的異常數(shù)據(jù)將替換為平均值;如這類數(shù)據(jù)顯示不穩(wěn)定且方差較大,則選擇移除方法刪除數(shù)據(jù),以確?;A數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準確性。
目前線損的診斷和定位主要分為三方面:首先根據(jù)臺區(qū)劃分判斷線損是否正常,然后對線損異常的線路區(qū)域進行診斷,最后給出診斷意見并提出個性化的解決方案。通過對計量自動化系統(tǒng)提出的海量線損數(shù)據(jù)進行預處理和信息挖掘,可根據(jù)客戶電價、用電量、負荷性質、用電時段、用戶需求等一系列因素,實現(xiàn)不同站點線損目標分類管理,結合臺區(qū)用電量、供電半徑和線徑等信息,計算不同類型臺區(qū)的線損標準值,據(jù)此判斷臺區(qū)線損是否異常。
在對廣東某市進行分析的基礎上,通過計量自動化系統(tǒng)采集25.5萬條數(shù)據(jù),對所有用電負荷進行分類,最終將所有負荷分為6類。在確定六種負荷的前提下,通過計算六種負荷的線損標準值得到不同負荷條件下的線損標準值和標準差,從而判斷線損是否處于異常狀態(tài),并對線路損傷進行量化,形成準確的線損診斷。通過分析臺區(qū)類型和線損率可準確定位臺區(qū)是否為異常線損區(qū)。對于線損異常臺區(qū)需分析線損異常的原因[3]。
理論線損:根據(jù)配電網的供電方式和結構線損計算公式也有所不同。因此采用改進的等效電阻法計算配電線路的線損理論計算公式:ΔA=NI2pjk2Rdzt×10-3,其中N 表示配電變壓器低壓出口電網的結構常數(shù);I 表示低壓線路前端的平均負載電流;K 表示線路荷載曲線的特征系數(shù);R 表示等效電阻;t 表示電網的實際運行時間。三相三線制N=3,三相四線制N=3.5,單相二線制N=2。分配線等效電阻的計算公式如式(1),其中Aj表示每個用戶的電能表電能,Ai表示某個電源電能表復制的電量之和;Rj表示某一導線的電阻值;Nj表示某條直線的結構常數(shù)。
技術線損:主要是指電能在電網傳輸過程中,由于傳輸介質固有的物理特性所產生的電能損耗。目前部分地區(qū)存在線路規(guī)劃不統(tǒng)一、電力負荷分散、變壓器供電半徑大、供電線路長等問題。特別是在農村地區(qū)線路老化、供電半徑過大、迂回供電、配變重過載或輕載不能達到經濟運行狀態(tài)等問題往往是突出問題。
表計故障線損:表計故障計量數(shù)據(jù)丟失主要是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中由于通信故障引起的數(shù)據(jù)異?;驍?shù)據(jù)丟失。通常情況下計量自動化系統(tǒng)的傳輸異常會導致系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)丟失?;謴驼:笙到y(tǒng)會在線損統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)異常。有一段時間,線損數(shù)據(jù)沒有更新或數(shù)據(jù)有較大偏差或丟失,此時表計故障期間的數(shù)據(jù)需修復或消除。為減少系統(tǒng)故障對全線線損分析的影響,如果采集系統(tǒng)中的采集器發(fā)生故障或長時間運行,運維人員需到現(xiàn)場檢查情況,以便及時排除故障,減少影響。
新能源線路損耗:光伏、風電等新能源電站裝機容量有不同程度的增加,新能源輸出有功功率的增加也會引起電網無功功率趨勢的大幅波動。風力發(fā)電主要由風速決定,受環(huán)境影響很大。因此風電功率具有很強的不確定性,這就決定了風電場有功功率輸出具有很大的隨機性,它會隨著風速的變化而變化。它還將導致無功功率損耗的巨大變化,從而導致線損的增加。光伏發(fā)電和風力發(fā)電有很大的區(qū)別,白天功率因數(shù)相對穩(wěn)定,基本在0.97和0.98之間。但無功功率補償?shù)男Ч赡軙艿焦夥尤氲挠绊?。功率輸入對線損的影響可忽略不計,但在夜間光伏發(fā)電站將停止發(fā)電,這對電網的無功功率有很大影響、影響線損,因此新能源的接入可能會在很大程度上影響系統(tǒng)的無功功率,導致線損增加。
竊電線路損耗:目前在城市大部分地區(qū)的理論線損和技術線損都沒有改進的余地,減少線損主要是通過加強管理水平來實現(xiàn)的。加強線損管理水平的重點主要是防竊電。目前的竊電方法呈現(xiàn)出專業(yè)化趨勢,竊電證據(jù)更加隱蔽。在電力負荷分類、標準線損率和標準差的基礎上,建立了不同類型電力負荷的個性化用電模型,找出這類用戶的用電規(guī)律并跟蹤觀察一定時間段。歷史耗電數(shù)據(jù)大于或更明顯區(qū)別于同類型的耗電負荷。當其他線損異常的可能性被排除時,考慮是否存在竊取行為是很重要的。
在對線路負荷分類和線損數(shù)據(jù)分享的基礎上確定線損率產生的原因,實現(xiàn)準確診斷和降低線損率。
規(guī)劃降損。目前部分地區(qū)存在線路規(guī)劃不統(tǒng)一、電力負荷分散、變壓器供電半徑大、供電線路長等問題。特別是在農村地區(qū),線路殘舊、線徑小、供電半徑過大的問題往往是突出問題。規(guī)劃時應盡量滿足電力用戶的電力負荷開發(fā)要求,同時在規(guī)劃時應考慮發(fā)展問題,選擇合理的供電半徑。在配電網的規(guī)劃建設過程中應考慮綜合采取優(yōu)化配電網結構、簡化電壓等級、縮短供電半徑、減少迂回線路等方法,選擇合適的導線截面、變壓器規(guī)格與容量,合理配備無功補償裝置等各類措施,來降低電網損耗。
技術降損。結合配電網的目標網架做好高損配變的更換工作,推廣應用節(jié)能變壓器、導線、金具等節(jié)能綠色設備,加強降損改造。加強設備的負荷管理、分析,定期開展設備的測溫、低電壓臺區(qū)、重過載或輕載配變、三相負荷不平衡臺區(qū)的治理。開展無功分析和專項整治,按照電源、電網、客戶補償相結合的原則合理布局和配置無功補償設備,實現(xiàn)無功分層分區(qū)平衡。
管理降損。規(guī)范電費抄核收作業(yè),按自然月設定供售電量抄表周期,統(tǒng)一抄表例日,避免抄表不同期導致的線損率波動。采用“日監(jiān)測、周發(fā)布、月復檢”的工作模式監(jiān)測線損數(shù)據(jù)。充分運用計量自動化系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)等信息化平臺開展線損異常的監(jiān)測、線損異常原因的智能分析等工作。強化用電檢查和普查工作,建立線損異常分析與用電檢查工作的常態(tài)聯(lián)動機制,加大反竊電工作力度,盡最大努力減少“跑冒滴漏”。如確定臺區(qū)可能存在竊電,電監(jiān)人員應及時到現(xiàn)場進行清查,確認是否存在竊電。應立即拍攝證據(jù),包括照片、視頻等并應立即停止供電。根據(jù)有關規(guī)定對用電人應收取竊電費和違約電費,同時要根據(jù)實際情況嚴格檢查、嚴格計量管理,如在調查中達到立案標準將移交公安機關處理。
線損的其他管理方法。在實際工作中還要加強日常運維管理工作,做好運行方式管理,合理制定電網經濟運行方案。強化無功運行管理,充分利用無功補償容量,提高功率因數(shù),合理調整電壓水平,降低運行損耗。同時及時準確上報營銷數(shù)據(jù)統(tǒng)計,進一步完善計量自動化系統(tǒng),并加強線損指標的分析評估工作等。