張 卓 崔家殷

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局）

0 引言

隨著用戶用電需求的不斷加大，配電負(fù)載持續(xù)上升，配網(wǎng)線損居高不下，在一定程度上增大了配網(wǎng)成本投入和安全風(fēng)險(xiǎn)。尤其是在10kV配網(wǎng)中，其接線方式較為復(fù)雜、線路半徑較長、電壓波動(dòng)較為明顯，很容易出現(xiàn)線損過高問題，進(jìn)而影響輸配電經(jīng)濟(jì)效益。如何量化分析配網(wǎng)線損致因，通過數(shù)據(jù)模型精準(zhǔn)擬合線損異常情況、有效控制線損量，已經(jīng)成為新時(shí)期人們關(guān)注的重點(diǎn)。

1 問題分析

2016年以來，某地進(jìn)一步深化城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展進(jìn)程，區(qū)域生產(chǎn)生活用電量逐年上升，供用電形勢(shì)日益嚴(yán)峻。為緩解供需緊張矛盾，該地區(qū)大規(guī)模擴(kuò)建配電網(wǎng)絡(luò)，給予新用戶報(bào)裝優(yōu)惠，用戶側(cè)配電系統(tǒng)發(fā)展迅速。但在上述過程中，配網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理、配變線路負(fù)載率不一致、用電計(jì)量信息不準(zhǔn)確，均加大了配網(wǎng)線路損耗，部分用戶用電集中區(qū)域線損率可達(dá)15%，嚴(yán)重影響了配網(wǎng)運(yùn)行效益。

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2016～2018年，某地區(qū)10kV配網(wǎng)線損率均超過8%。進(jìn)入2019年以來該地區(qū)加大了對(duì)線損管理的力度，從配網(wǎng)半徑規(guī)劃和無功補(bǔ)償配置兩方面出發(fā)，開展針對(duì)性線損管控，線損率有所改善，配網(wǎng)線損率整體下降到3.8%，但仍存在線損不定時(shí)“驟增”，造成大量電能損耗。因此，應(yīng)轉(zhuǎn)變配網(wǎng)線損管控理念，構(gòu)建配網(wǎng)線損自動(dòng)檢測(cè)模型，展開主動(dòng)性、前瞻性、定量化地計(jì)量計(jì)算，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行缺陷，快速解決線損異常問題。

2 技術(shù)方案

本文通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行配網(wǎng)線損的自動(dòng)計(jì)算，在遺傳算法改進(jìn)基礎(chǔ)上，調(diào)整優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值、節(jié)點(diǎn)參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)參數(shù)，以增強(qiáng)線損自適應(yīng)計(jì)算的可靠性、準(zhǔn)確性和有效性，其具體研究內(nèi)容如下。

2.1 聚類分析，確定特征向量

線路設(shè)計(jì)不合理、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不規(guī)范、用電計(jì)量不準(zhǔn)確是造成配網(wǎng)線損異常的關(guān)鍵原因［1-2］。在10kV配網(wǎng)線損分析過程中，應(yīng)從以上三部分內(nèi)容出發(fā)采集有關(guān)電氣量，如線路參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、電壓電流值等，詳見下表。

表 特征向量分析

受時(shí)間和空間限制，對(duì)于相同時(shí)間段內(nèi)完全相同的數(shù)據(jù)，可直接取值；對(duì)于短時(shí)間內(nèi)連續(xù)變化的特征量，可取算術(shù)平均值；若單個(gè)采集周期內(nèi)數(shù)據(jù)缺失時(shí)，可采用最小二乘法擬合填充近似數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集完畢后，可使用改進(jìn)的k-means算法進(jìn)行清洗處理和聚類分析，按照空間序列上的距離確定其與聚類中心的關(guān)聯(lián)程度，從而進(jìn)行特征向量的歸集整理，得到有關(guān)10kV配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算的元數(shù)據(jù)，即：

（1）若含有n個(gè)數(shù)據(jù)采集樣本，且數(shù)據(jù)集維度為m。

此時(shí)，可將特征向量數(shù)據(jù)集記為：

可將第m維下的元數(shù)據(jù)記為：

則以初始化聚類算法時(shí)的隨機(jī)聚類中心ci為參照，其空間距離為：

（2）按照空間距離進(jìn)行k-means聚類排序，則線損成本函數(shù)值為：

式中，pk為聚類線損特征向量第k個(gè)線損中心的位置；I為成本函數(shù)計(jì)算距離閾值。

此時(shí)，成本越低則元數(shù)據(jù)越靠近聚類中心，與配網(wǎng)線損關(guān)聯(lián)越密切。按照成本函數(shù)結(jié)算結(jié)果分項(xiàng)聚類，則可得到基于遺傳算法的配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算所需的特征向量。

2.2 自動(dòng)計(jì)算，檢測(cè)線損異常

傳統(tǒng)配網(wǎng)線損計(jì)算主要通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代，基于遺傳算法進(jìn)行配網(wǎng)線損分析時(shí)，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)參數(shù)、適應(yīng)度函數(shù)和約束模型進(jìn)行調(diào)整，從根本上提升了線損預(yù)測(cè)結(jié)果的精度［3-5］。

（1）參數(shù)優(yōu)化，在通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量時(shí)，可考慮隱含層情況，將輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)量Ni設(shè)置為數(shù)據(jù)集維度，輸出節(jié)點(diǎn)No數(shù)量設(shè)置為1，再賦值0～10區(qū)間上的不同常數(shù)q，可計(jì)算出隱含層節(jié)點(diǎn)Nh取值范圍為：

（2）確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)量取值范圍后，可將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)線損值的均方誤差E的倒數(shù)迭代，得到配網(wǎng)線損的適應(yīng)度函數(shù)：

上述計(jì)算可直接根據(jù)第ω次迭代時(shí)，第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的理論線損值和計(jì)算線損值的均方誤差直接反映配網(wǎng)線損的參數(shù)關(guān)系，直至反復(fù)迭代后無最優(yōu)結(jié)果，則此時(shí)達(dá)到最佳線損計(jì)算參數(shù)。

（3）得到最佳線損計(jì)算參數(shù)后，可建立線損自動(dòng)計(jì)算模型，進(jìn)行自適應(yīng)線損計(jì)算。一般配電線路損耗按照單位時(shí)間內(nèi)的有功功率計(jì)算，則有：

若考慮配網(wǎng)線路節(jié)點(diǎn)參數(shù)，則可將單位時(shí)間內(nèi)的配網(wǎng)線損疊加，以總線負(fù)荷和支線負(fù)荷關(guān)系量建立約束模型，此時(shí)線損自動(dòng)計(jì)算結(jié)果為：

分別將不同時(shí)間、不同節(jié)點(diǎn)的電氣參數(shù)導(dǎo)入到模型中，可得到該時(shí)段的配網(wǎng)線損值。連續(xù)加權(quán)求和，則為配網(wǎng)理論線損值。

（4）把線損自動(dòng)計(jì)算模型移植到隱含層模型中，將適應(yīng)度函數(shù)中的最佳線損計(jì)算參數(shù)導(dǎo)入，設(shè)定學(xué)習(xí)率，輸入樣本集，將sigmoid函數(shù)激活，最終輸出配網(wǎng)自動(dòng)計(jì)算線損圖像。

3 應(yīng)用分析

3.1 效益評(píng)估

以2022年某地區(qū)10kV配網(wǎng)運(yùn)行情況為例，采集1～12月的配電設(shè)備參數(shù)、線路參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等，通過聚類分析實(shí)現(xiàn)特征向量歸集，并將其輸入到遺傳算法改進(jìn)模型中，設(shè)置學(xué)習(xí)率為0.1，通過梯度下降訓(xùn)練得到最終計(jì)算結(jié)果，預(yù)測(cè)該年度10kV配網(wǎng)線損率均值為4.28%，與真實(shí)值基本一致，如下圖所示。

圖 配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

對(duì)比預(yù)測(cè)值和真實(shí)值可發(fā)現(xiàn)：

（1）1～8月，10kV配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際線損情況基本一致，配網(wǎng)運(yùn)行基本正常；

（2）9月，10kV配網(wǎng)實(shí)際線損（9.25%）明顯超過自動(dòng)計(jì)算結(jié)果（0.82%），對(duì)照檢修記錄可確定為該月份新裝用戶計(jì)量信息填寫錯(cuò)誤導(dǎo)致。新裝用戶為畜牧養(yǎng)殖公司，夏季用電較高，在填寫報(bào)裝單時(shí)登記為農(nóng)業(yè)用戶，隸屬關(guān)系錯(cuò)誤導(dǎo)致線損計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差，糾正后線損值達(dá)到正常水平；

（3）10～11月，10kV配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算結(jié)果超過實(shí)際線損，對(duì)照檢修記錄可確定，為保障冬季安全用電，10kV配網(wǎng)開展迎冬檢大改造，對(duì)低壓架空線路漏電問題進(jìn)行全面整治，同時(shí)更換老舊線路，配網(wǎng)異常線損控制效果明顯改善［6］。

由此可知基于遺傳算法的配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)能夠針對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀，精準(zhǔn)擬合配網(wǎng)線損變化曲線，為配網(wǎng)線損異常監(jiān)測(cè)提供有效參考依據(jù)。根據(jù)上述預(yù)測(cè)結(jié)果，檢修人員可及時(shí)到場檢查并處理，從根本上提升了配網(wǎng)運(yùn)行的安全性能和經(jīng)濟(jì)效益，值得深入研究和推廣。

3.2 降損措施

（1）根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，展開綜合治理。在確定存在配網(wǎng)線損異常問題后，檢修人員應(yīng)根據(jù)對(duì)比結(jié)果，快速確定線損異常時(shí)段、區(qū)間等，到場進(jìn)行檢查和處理。若為臨時(shí)用電導(dǎo)致的線路損耗居高不下，則治理過程中應(yīng)現(xiàn)場檢查臨時(shí)用電情況，分析是否存在異常用電行為［7］。并針對(duì)異常用電行為開展節(jié)約用電指導(dǎo)、線損補(bǔ)償管控等，以達(dá)到堵住電量的“跑、冒、漏、滴”，改善臨時(shí)用電質(zhì)量；若為線路結(jié)構(gòu)不合理造成的線損問題，則治理過程中應(yīng)合理優(yōu)化配網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)，調(diào)整網(wǎng)架布設(shè)情況，盡量減少支線交叉和支線數(shù)量等，通過配網(wǎng)線路布局調(diào)整，做好線損過高問題的治理。尤其是要減少線路迂回、遷回供電，直接縮短供電半徑。

（2）針對(duì)負(fù)值線損，加強(qiáng)計(jì)量管控?；谶z傳算法的配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算過程中，若存在負(fù)值，則可能為計(jì)量裝置問題導(dǎo)致。在處理的過程中應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)量抄核收管理，從裝置管控、抄表優(yōu)化和自動(dòng)監(jiān)測(cè)三部分出發(fā)，避免由抄核收引起的計(jì)量誤差?？刹捎米詣?dòng)計(jì)量裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶用電情況、線路電壓電流數(shù)值等，分析其是否存在異常用電行為或異常線路損耗。尤其是要監(jiān)測(cè)是否存在偷電、竊電等行為，對(duì)照歷史用電數(shù)據(jù)判斷異常損耗情況，及時(shí)到場整治和處理；應(yīng)定期對(duì)計(jì)量抄核收裝置進(jìn)行檢查，保證電力計(jì)量的準(zhǔn)確性、可靠性和有效性。若發(fā)現(xiàn)不合格裝置應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換，尤其是在計(jì)量表針鉛封出現(xiàn)破損時(shí)，要重新進(jìn)行儀表檢查和測(cè)試，確定各項(xiàng)均無問題后，方可重新鉛封使用［8］。

（3）優(yōu)化模型參數(shù)，做好無功補(bǔ)償。本次設(shè)計(jì)的基于遺傳算法的配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算模型主要考慮有功參數(shù)，對(duì)無功負(fù)荷分析還存在一定疏漏，在計(jì)算過程中可能出現(xiàn)由無功負(fù)荷過高引起的線損異常情況。為增強(qiáng)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性和可靠性，配網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中必須做好無功補(bǔ)償裝置的設(shè)置，采用“無功＋電壓”組合控制，確保線路功率因數(shù)與指標(biāo)一致，從而得到理想的計(jì)算結(jié)果。

4 結(jié)束語

基于遺傳算法的配網(wǎng)線損自動(dòng)計(jì)算模型在kmeans聚類分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代計(jì)算、隱含層及適應(yīng)度優(yōu)化中提升了線損預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性和精確度，達(dá)到了較為理想的預(yù)測(cè)效果，為配網(wǎng)線損管控提供了有效依據(jù)。針對(duì)上述由環(huán)境因素、設(shè)計(jì)因素、技術(shù)因素等引起的線損居高不下問題，檢修人員應(yīng)設(shè)置合理的控制方案和管理措施，如適當(dāng)調(diào)整供電半徑、增設(shè)無功補(bǔ)償裝置、加強(qiáng)電力計(jì)量管理、開展線損綜合治理等，以便于全面改善配網(wǎng)節(jié)能降損工作成效。