楊曉燕，李紹堅

（廣西電網(wǎng)有限責任公司南寧供電局，廣西南寧 530029）

隨著電力用戶需求的快速發(fā)展，如何保證電力用戶數(shù)據(jù)分析的有效性變得十分重要。由于電量數(shù)據(jù)的獲取范圍與傳輸頻率并不能始終保持穩(wěn)定，所以保證電力用戶特征分析結(jié)果的準確性成為了維持配電網(wǎng)運行安全性的重要條件[1]。在已知電力大數(shù)據(jù)篩選標準的前提下，用戶畫像標簽的發(fā)展可以為用戶行為帶來更加間接與直觀的表達。故而在實際應用過程中，可以根據(jù)已存儲的用戶檔案數(shù)據(jù)，判斷用戶與用戶之間的信息互通關(guān)系，再通過構(gòu)建電力畫像標簽的方式，確定電量數(shù)據(jù)的實時傳輸能力。

配電網(wǎng)是指能夠從核心輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能的電力應用網(wǎng)絡，能夠按照電壓主機分配原則，將這些傳輸電量信號傳輸至各級應用主機中[2]。隨著電信號傳輸量的增大，個別信息參量會呈現(xiàn)出明顯的無功運行狀態(tài)，此時配電網(wǎng)環(huán)境中的電量信號無功功率水平大幅提升，這也是導致配電網(wǎng)運行安全性與穩(wěn)定性不斷下降的主要原因。傳統(tǒng)在線運行監(jiān)測系統(tǒng)雖然能夠?qū)﹄娏啃盘柕膫鬏斈芰M行準確度量，但由于用戶節(jié)點之間的信息互通關(guān)系并不能長期保持穩(wěn)定，所以該系統(tǒng)并不能完全滿足實際應用需求[3]。為解決上述問題，設(shè)計了基于電力大數(shù)據(jù)與畫像的配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件運行環(huán)境由MVC 監(jiān)測框架、電量運行電路、網(wǎng)關(guān)管理模塊三部分共同組成，具體設(shè)計方法如下。

1.1 MVC監(jiān)測框架

MVC 監(jiān)測框架同時負載電量運行電路、網(wǎng)關(guān)管理模塊等多個硬件應用結(jié)構(gòu)，作為配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)的搭建基礎(chǔ)，能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)主機與電量控制器聯(lián)結(jié)起來，并可以通過請求分發(fā)、信號反饋的處理方式，將處于傳輸狀態(tài)的電力大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機中[4-5]。在實際應用過程中，配電網(wǎng)主機與電量控制器元件之間始終保持著穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信息共通傳輸狀態(tài)，一般來說，由配電網(wǎng)主機指向電量控制器元件的執(zhí)行指令被認定為監(jiān)測請求發(fā)送，由電量控制器元件指向配電網(wǎng)主機的執(zhí)行指令被認定為監(jiān)測信息回傳。具體連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 MVC監(jiān)測框架的結(jié)構(gòu)示意圖

電力大數(shù)據(jù)作為MVC 監(jiān)測框架中的過渡信息，具備雙向反饋的傳輸能力，向上可傳輸至電信號監(jiān)測器元件，向下可作為存儲信息，以供監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機的直接調(diào)取與利用。

1.2 電量運行電路

電量運行電路（如圖2 所示）作為配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)中的電信號轉(zhuǎn)換裝置，可將外部電源輸入的高壓電量信號轉(zhuǎn)化成低壓、直流的輸出形式，并可以借助導線與應用電阻設(shè)備，將這些傳輸電量反饋給下級硬件結(jié)構(gòu)體[6]。AMOS 配電主機作為電量運行電路中的核心運行設(shè)備，能夠記錄電量信號的實際傳輸行為，且隨著信號傳輸量的增大，主機元件自身所具備的數(shù)據(jù)承載能力也會不斷增強，此時為使整個系統(tǒng)長期維持相對穩(wěn)定的執(zhí)行狀態(tài)，相關(guān)電阻設(shè)備（如R1、R2、R3、R4、R5、R6）兩端的負載電壓數(shù)值也會不斷增大。

圖2 電量運行電路

電壓表負責度量AMOS 配電主機兩端的電壓數(shù)值，一般來說，其物理示數(shù)越大，表示電量運行電路所具備的電信號輸出能力越強。

1.3 網(wǎng)關(guān)管理模塊

在配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)管理模塊負責更改電力大數(shù)據(jù)的傳輸形式，且由于元件結(jié)構(gòu)所處位置的特殊性，該設(shè)備結(jié)構(gòu)具有承上啟下的連接能力，向上能夠?qū)Υ齻鬏數(shù)碾娏Υ髷?shù)據(jù)進行整合與處理，向下可以建立模塊結(jié)構(gòu)與運行電路之間的實時連接關(guān)系[7-8]。DSP 主板能夠同時調(diào)節(jié)LFS014設(shè)備與GMS19-44 設(shè)備，并可以借助電容聚合已存儲的電量大數(shù)據(jù)，從而使得配電量信號能夠順利從網(wǎng)關(guān)管理模塊傳輸給下級硬件應用設(shè)備[9]。

2 監(jiān)測軟件設(shè)計

在各級硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)的支持下，按照電力數(shù)據(jù)采集原理，構(gòu)建完整的畫像標簽結(jié)構(gòu)，再根據(jù)標簽純度的度量結(jié)果，完成監(jiān)測系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境搭建，兩相結(jié)合，實現(xiàn)基于電力大數(shù)據(jù)與畫像的配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)的順利應用。

2.1 電力數(shù)據(jù)采集

電力數(shù)據(jù)采集是配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)搭建的必要執(zhí)行環(huán)節(jié)。在實際應用過程中，為構(gòu)建穩(wěn)定的電力大數(shù)據(jù)畫像標簽，在實施電力數(shù)據(jù)采集時，需要同時參考電力大數(shù)據(jù)篩查系數(shù)、配電信號傳輸向量等多項物理參數(shù)條件[10-11]。電力大數(shù)據(jù)篩查系數(shù)常表示為?，一般來說，該項系數(shù)參量的取值始終屬于[1,+∞)的物理區(qū)間。配電信號傳輸向量可表示為，在固定配電系數(shù)保持為β的前提下，該項物理量的實際取值越大，配電主機所采集到的電力大數(shù)據(jù)信息量也就越多。聯(lián)立上述物理量，可將配電網(wǎng)運行環(huán)境中的電力數(shù)據(jù)采集結(jié)果表示為：

式中，w1、w2、…、wn分別表示n個不同的配電感應系數(shù)，n表示電量監(jiān)測指標的最大取值結(jié)果。在構(gòu)建電量畫像標簽時，必須根據(jù)電力大數(shù)據(jù)采集結(jié)果，對配電網(wǎng)主機進行規(guī)劃與調(diào)試。

2.2 畫像標簽構(gòu)建

畫像標簽描述了電力大數(shù)據(jù)參量之間的信息映射關(guān)系，假定配電網(wǎng)是一個絕對穩(wěn)定的電信號傳輸環(huán)境，則可認為節(jié)點與節(jié)點之間的映射關(guān)系越明顯，最終定義畫像標簽所包含的數(shù)據(jù)信息參量也就越多[12-13]。設(shè)i表示電力大數(shù)據(jù)映射參量的初始取值，αmax表示標簽節(jié)點定義系數(shù)的最大值，αmin表示標簽節(jié)點定義系數(shù)的最小值，λ表示一個穩(wěn)定的配電網(wǎng)運行監(jiān)測周期時長。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將畫像標簽構(gòu)建結(jié)果表示為：

式中，γ表示與電力大數(shù)據(jù)信息匹配的標簽節(jié)點定標值，ΔR表示電力大數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)運行監(jiān)測周期內(nèi)的傳輸總量。對于配電網(wǎng)運行環(huán)境而言，畫像標簽節(jié)點之間的物理間隔越小，配網(wǎng)主機對于電力大數(shù)據(jù)信息參量的捕捉能力也就越強[14]。

2.3 標簽純度的度量

在已知畫像標簽構(gòu)建結(jié)果的情況下，配電網(wǎng)主機可以根據(jù)標簽純度指標的度量值結(jié)果，確定電力大數(shù)據(jù)信息所處的實時傳輸位置。對于配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)來說，標簽純度指標的度量數(shù)值既決定了標簽節(jié)點的分布密度，也影響了配電網(wǎng)主機對于待傳輸電量大數(shù)據(jù)的采集與處理能力[15-16]。設(shè)x表示配電網(wǎng)主機對于待傳輸電量大數(shù)據(jù)的初始賦值，ρ表示電力畫像標簽節(jié)點的分布密度，表示配電網(wǎng)主機中的電力大數(shù)據(jù)傳輸特征值，ξ表示配電網(wǎng)運行環(huán)境中一個隨機選取的電信號監(jiān)測指標，μ表示與配電網(wǎng)運行環(huán)境匹配的配電信號定標值。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將電力畫像標簽純度指標的度量數(shù)值表達式定義為：

根據(jù)標簽純度指標的度量值結(jié)果，配電網(wǎng)主機能夠?qū)﹄娏Υ髷?shù)據(jù)參量進行實時統(tǒng)計，且隨著電信號傳輸量的增大，大數(shù)據(jù)信息并不會在數(shù)據(jù)庫主機中明顯堆積，這也是系統(tǒng)主機始終能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)運行安全性進行準確監(jiān)測的主要原因。

3 實例分析

3.1 實驗環(huán)境

利用QGIS 軟件對配電網(wǎng)運行環(huán)境進行監(jiān)測。將所選取電網(wǎng)運行設(shè)備與實驗主機相連（如圖3 所示），根據(jù)電量表設(shè)備中的示數(shù)結(jié)果，分析相關(guān)實驗指標的數(shù)值變化情況。該實驗過程中，首先利用基于電力大數(shù)據(jù)與畫像的配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)對主機元件進行控制，將所得實驗數(shù)據(jù)作為實驗組變量；然后利用傳統(tǒng)在線運行監(jiān)測系統(tǒng)對主機元件進行控制，將所得實驗數(shù)據(jù)作為對照組變量；最后對比實驗組、對照組變量數(shù)據(jù)，并總結(jié)實驗規(guī)律[17-19]。

圖3 配電網(wǎng)運行環(huán)境規(guī)劃

電量信號的無功功率水平，能夠反映出配電網(wǎng)主機的運行穩(wěn)定性與安全性，一般來說，電量信號的無功功率水平越低，表示配電網(wǎng)主機的運行穩(wěn)定性與安全性越強；反之，若電量信號的無功功率水平相對較高，則表示當前情況下配電網(wǎng)主機的運行穩(wěn)定性與安全性相對較低。

式（4）為電量信號無功功率p0的計算表達式：

式中，U0表示無功狀態(tài)下的輸入電壓，Iˉ表示無功狀態(tài)下的電流均值。

為保證實驗結(jié)果的準確性，實驗中配電主機的電阻數(shù)值始終保持穩(wěn)定。

3.2 無功功率測試

圖4 反映了實驗組、對照組輸入電壓與電流均值的數(shù)值變化情況。

圖4 實驗曲線

分析圖4 可知，在整個實驗過程中，實驗組、對照組曲線的變化趨勢基本保持一致，但實驗組輸入電壓、電流均值曲線均位于對照組下端。

對照圖4 中的U0指標與Iˉ指標數(shù)值結(jié)果，對電量信號無功功率p0進行計算，具體計算結(jié)果如表1所示。

表1 電量信號無功功率數(shù)值

分析表1 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組、對照組無功功率計算結(jié)果均呈現(xiàn)出上升、下降交替出現(xiàn)的數(shù)值變化狀態(tài)。整個實驗過程中，對照組無功功率最大值達到了320.4 W，與實驗組最大值183.4 W 相比，上升了137 W；對照組無功功率均值為119.8 W，與實驗組均值93.9 W 相比，上升了25.9 W。

綜上可知，在基于電力大數(shù)據(jù)與畫像的配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)的作用下，電量信號的無功功率數(shù)值水平確實得到了較好控制，與傳統(tǒng)在線運行監(jiān)測系統(tǒng)相比，更符合促進配電主機穩(wěn)定、安全運行的實際應用需求。

4 結(jié)束語

新型配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)以MVC 框架為基礎(chǔ)，聯(lián)合電量運行電路、網(wǎng)關(guān)管理模塊兩類硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)，對電力大數(shù)據(jù)參量進行實時采集，再根據(jù)已知的畫像標簽構(gòu)建結(jié)果，計算標簽純度指標的具體度量系數(shù)。與傳統(tǒng)在線運行監(jiān)測系統(tǒng)相比，隨著基于電力大數(shù)據(jù)與畫像的配電網(wǎng)運行安全監(jiān)測系統(tǒng)的應用，電量信號無功功率水平過高的問題得到了較好解決，對于保持配電網(wǎng)運行環(huán)境的穩(wěn)定性與安全性確實具有較強的實用性價值。