李一卓，張 娟，楊德浩，魯帥征，王 芳，張運(yùn)飛

（國網(wǎng)河南省電力公司新野縣供電公司，河南 南陽 473500）

關(guān)鍵字：低壓配電網(wǎng)；三相不平衡；解決策略；用電習(xí)慣中圖分類號：TM764

1 系統(tǒng)需求

在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中，由于用戶多為單相負(fù)荷或單三相負(fù)荷混用，用戶負(fù)荷大小、空間分布和用電時(shí)間不同，并且這種用電不平衡狀況呈現(xiàn)無規(guī)律性，也無法事先預(yù)知，所以，電網(wǎng)中三相間的負(fù)荷不平衡是客觀存在的。三相負(fù)荷不平衡會對配電網(wǎng)供電安全、供電質(zhì)量、增加線路損耗和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，是配電網(wǎng)運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)的主要體現(xiàn)之一。

針對這一問題，本方案在影響配電臺區(qū)三相負(fù)荷平衡的多重因素中找出關(guān)鍵因素，提出了“三相負(fù)荷時(shí)序上的空間多點(diǎn)均衡”的概念，通過建立配電臺區(qū)戶表定相檔案、載波采集戶表負(fù)荷曲線、全臺區(qū)戶表負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)一計(jì)算、同負(fù)荷性質(zhì)分組、戶表用電時(shí)序及空間分布特征分析、外部因素加權(quán)處理、可閉環(huán)迭代分析與治理的策略模型和管控流程，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、寬帶載波等最新的前沿技術(shù)，分析用戶的用電性質(zhì)與用電習(xí)慣，結(jié)合權(quán)重、方差、擬合曲線等數(shù)學(xué)思維，建立計(jì)算模型，利用云服務(wù)器的計(jì)算能力，得出最優(yōu)條件下的調(diào)相結(jié)果，然后現(xiàn)場調(diào)整用戶的表計(jì)相序，最終在空間、時(shí)間維度上實(shí)現(xiàn)低費(fèi)用解決臺區(qū)三相不平衡問題。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 理論依據(jù)與實(shí)踐依據(jù)

用戶的用電性質(zhì)基本固定，用電習(xí)慣短期內(nèi)變化不大，具體到某戶，在時(shí)間上有一定的規(guī)律性；用戶在臺區(qū)內(nèi)的空間分布基本不變，戶表所接電網(wǎng)的相序基本不變，時(shí)序上的用電負(fù)荷變化不大。這使得通過分析計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的所有用戶負(fù)荷在空間、時(shí)間軸上的合理分布，最終實(shí)現(xiàn)“三相負(fù)荷時(shí)序上的空間多點(diǎn)均衡”的概念具有了理論依據(jù)。

隨著智能電能表的普及，通信技術(shù)和計(jì)量方法的提升，單位時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷計(jì)量數(shù)據(jù)可以達(dá)到分鐘級、小時(shí)級?，F(xiàn)有智能電能表已經(jīng)存儲的小時(shí)級負(fù)荷數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)獲取。這是本方案的主要實(shí)踐依據(jù)。

云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、載波等技術(shù)日趨成熟，為本方案的實(shí)施提供了有效的技術(shù)保障。

2.2 策略模型和管控流程

本方案的策略模型和管控流程如圖1所示。

圖1 策略模型和管控流程

2.2.1 基礎(chǔ)檔案準(zhǔn)備

臺區(qū)戶表檔案，主要是通過現(xiàn)有電力營銷系統(tǒng)對外提供的數(shù)據(jù)接口獲取。一般是通過XLS文件導(dǎo)入。

2.2.2 戶表定相、定位、定性

由于前期規(guī)劃和后期管理的缺位等歷史原因，配電臺區(qū)線路復(fù)雜，戶表接線零亂，不易分清相序。本方案利用載波過零耦合數(shù)字信號技術(shù)，通過核相儀主控端按相序定時(shí)下發(fā)、核相儀從端接收的方式實(shí)現(xiàn)快速核相，同時(shí)通過核相儀從端的紅外、藍(lán)牙接口實(shí)現(xiàn)戶表、手機(jī)App 之間的通信，實(shí)時(shí)記錄戶表地址、核相結(jié)果，并與管理系統(tǒng)的檔案匹配，最終實(shí)現(xiàn)戶表定相。同時(shí)，利用手機(jī)的定位功能，記錄表計(jì)位置，便于后期查找表計(jì)，提升工作效率。另外，現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，如醫(yī)院、政府單位、通信基站等，不能隨意停電和換相，這一部分用戶要按負(fù)荷固定處理，參與大數(shù)據(jù)分析，但按定性處理。

2.2.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作主要采集全臺區(qū)戶表小時(shí)負(fù)荷計(jì)量數(shù)據(jù)。采集方法是通過載波方式抄讀智能表內(nèi)已有的小時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)，存儲到云服務(wù)器，形成歷史負(fù)荷曲線，為大數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。

2.2.4 云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析

有了全臺區(qū)的戶表檔案、相序檔案和戶表歷史小時(shí)負(fù)荷計(jì)量數(shù)據(jù)，即有了用戶性質(zhì)、用電習(xí)慣等計(jì)算依據(jù)，結(jié)合權(quán)重、方差、擬合曲線等數(shù)學(xué)思維，設(shè)定目標(biāo)不平衡率，建立計(jì)算模型，利用云服務(wù)器的計(jì)算能力，得出最優(yōu)條件下的調(diào)相方案。

2.2.5 現(xiàn)場調(diào)相

依據(jù)大數(shù)據(jù)分析計(jì)算出的調(diào)相方案，利用App定位功能，現(xiàn)場人工調(diào)相，并記錄調(diào)相結(jié)果，反饋到云平臺。

2.2.6 調(diào)相結(jié)果核對、效果驗(yàn)證

現(xiàn)場調(diào)相后，利用現(xiàn)有的電力用戶用電采集系統(tǒng)，采集臺區(qū)總表的三相負(fù)荷數(shù)據(jù)，計(jì)算調(diào)相后的不平衡率，驗(yàn)證調(diào)相結(jié)果。如果調(diào)相結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)期，再次進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場調(diào)相，直達(dá)結(jié)果符合預(yù)期。

2.2.7 二次迭代分析治理

隨著季節(jié)、用戶性質(zhì)、用電習(xí)慣的變化，配電臺區(qū)的三相不平衡率可能超過設(shè)定值，此時(shí)，再次進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，大數(shù)據(jù)分析計(jì)算出二次調(diào)相結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)相，效果驗(yàn)證，即形成二次迭代閉環(huán)治理臺區(qū)三相不平衡的目標(biāo)。

3 方案實(shí)現(xiàn)

基于以上設(shè)計(jì)方案，結(jié)合國網(wǎng)關(guān)于配電臺區(qū)三相負(fù)荷不平衡治理“先運(yùn)維管控、后技術(shù)治理”“源頭預(yù)防、常態(tài)監(jiān)測、科學(xué)施策、動態(tài)治理”的原則，在本方案的實(shí)現(xiàn)上，采用“微服務(wù)、微應(yīng)用”架構(gòu)，引入云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、寬帶載波通信、手機(jī)App、配電負(fù)荷分析儀、載波過零信號核相儀等技術(shù)與設(shè)備，設(shè)計(jì)了完整的系統(tǒng)邏輯架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

實(shí)際使用過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員在確定目標(biāo)臺區(qū)后，主要進(jìn)行以下工作。

現(xiàn)場臺區(qū)配變處安裝配電負(fù)荷分析儀、核相儀主控端；配電負(fù)荷分析儀，通過載波通道，采集全臺區(qū)每戶每表最近30天存量數(shù)據(jù)，存儲到云服務(wù)器。

在手機(jī)App 上下載臺區(qū)用戶檔案，通過核相儀主控端按相序定時(shí)下發(fā)、核相儀從端接收的方式實(shí)現(xiàn)快速核相，同時(shí)通過核相儀從端的紅外、藍(lán)牙接口實(shí)現(xiàn)戶表、手機(jī)App 之間的通信，實(shí)時(shí)記錄戶表地址、核相結(jié)果，并與管理系統(tǒng)的檔案匹配，最終實(shí)現(xiàn)戶表定相；利用手機(jī)的定位功能，記錄表計(jì)位置，形成臺區(qū)拓?fù)鋱D，方便后期現(xiàn)場定位表計(jì)，進(jìn)行調(diào)相工作；依據(jù)現(xiàn)場情況，確認(rèn)戶表的定性問題。

利用云計(jì)算快速處理能力，對全臺區(qū)每戶每表30天小時(shí)電量進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，結(jié)合權(quán)重、方差、擬合曲線等數(shù)學(xué)思維與算法，設(shè)定目標(biāo)不平衡率（5%～25%），分析用戶的用電性質(zhì)與用電習(xí)慣，計(jì)算出最優(yōu)條件下的調(diào)相結(jié)果。

手機(jī)App 下載目標(biāo)臺區(qū)的最終調(diào)相結(jié)果，依據(jù)臺區(qū)拓?fù)鋱D，現(xiàn)場調(diào)相，并確認(rèn)調(diào)相結(jié)果；調(diào)相結(jié)果核對、效果驗(yàn)證。

再次采集：隨著臺區(qū)負(fù)荷的變化，三相不平衡再次超過設(shè)定值時(shí)，采集全臺區(qū)每戶每表最近1-30天存量數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析計(jì)算出二次調(diào)相結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)相，效果驗(yàn)證，形成閉環(huán)治理臺區(qū)三相不平衡。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目提出的基于迭代策略的三相負(fù)荷不平衡大數(shù)據(jù)分析與治理方案，充分利用現(xiàn)有新技術(shù)和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，無功耗損失，低成本，可操作性強(qiáng)，符合電力系統(tǒng)現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)實(shí)際情況，可有效解決臺區(qū)三相負(fù)荷不平衡問題，提高日常運(yùn)行維護(hù)效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)降損增效，提高供電質(zhì)量，有效提升電力公司的管控技術(shù)水平，具有直接的經(jīng)濟(jì)效益。

通過對配電臺區(qū)三相不平衡問題的深入分析，尋找引起三相不平衡的根本因素，深入分析三相不平衡問題為安全優(yōu)質(zhì)供電提供了保障，對于電網(wǎng)和電器設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以及人民生活的正常秩序有重要意義。同時(shí)，項(xiàng)目中相關(guān)的載波技術(shù)、藍(lán)牙接口技術(shù)、軟件技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的成功應(yīng)用，可為其在電力行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的深入發(fā)展提供實(shí)踐依據(jù)和技術(shù)支撐；項(xiàng)目中相關(guān)新技術(shù)的成功應(yīng)用將帶動周邊相關(guān)配套加工制造企業(yè)的技術(shù)水平和地方經(jīng)濟(jì)的增長，具有不可估量的間接經(jīng)濟(jì)效益和深遠(yuǎn)的社會效益。