王 海，趙 剛，孫 科，張雨晨，王博揚，韓笑妍

（國網(wǎng)山東省電力公司膠州市供電公司，山東 膠州 266300）

為保障“碳達峰、碳中和”目標實現(xiàn)，配電臺區(qū)做為電網(wǎng)公司重要供電單元，其節(jié)能增效工作愈發(fā)重要，但當前一線運維人員在降損治理時缺乏有效技術(shù)支撐，工作效率低下，亟需一款操作簡單、智能高效的決策工具，助力臺區(qū)節(jié)能增效工作。

1 臺區(qū)線損管理痛點問題

當前臺區(qū)線損存在的問題痛點主要集中在基礎數(shù)據(jù)、計算方法、分布式電源、臺區(qū)運行狀態(tài)監(jiān)測4個方面。一是臺區(qū)基礎數(shù)據(jù)價值挖掘深度不夠；由于臺區(qū)CAD圖拓撲結(jié)構(gòu)建模技術(shù)空缺，臺區(qū)運行數(shù)據(jù)無法與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)精準融合，導致線損細粒度計算數(shù)據(jù)缺失，未能有效發(fā)揮臺區(qū)基礎數(shù)據(jù)真正價值。二是現(xiàn)有臺區(qū)線損計算方法精度偏低；現(xiàn)有計算方法不具備分段計算和分相疊加計算功能，速度快但粒度粗，線損病因無法精準定位到具體相位或線段，降損工作消耗大量人力、物力且效果差。三是分布式電源未納入細粒度線損計算；近年來，分布式電源使得配電臺區(qū)從單一電源的輻射式網(wǎng)絡轉(zhuǎn)變?yōu)楣β孰p向流動的有源網(wǎng)絡，低壓電網(wǎng)的分布發(fā)生本質(zhì)的變化，臺區(qū)低壓線損治理難度進一步加大，但目前尚無將其影響納入細粒度線損計算的先例。四是臺區(qū)運行狀態(tài)精細化監(jiān)測工具空缺；現(xiàn)有臺區(qū)運行狀態(tài)檢測工作側(cè)重于臺區(qū)總體狀態(tài)監(jiān)測，缺少臺區(qū)末端運行狀態(tài)監(jiān)測、預警工具，在架空線、接戶線和用戶層級存在監(jiān)控盲區(qū)，無法做到臺區(qū)精益運維。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架說明及軟件開發(fā)工具

基于大數(shù)據(jù)的臺區(qū)線損管控系統(tǒng)使用SpringBoot架構(gòu)進行開發(fā)，以Windows系統(tǒng)為操作平臺，后端采用Java+Node.js編程，進行業(yè)務邏輯處理。系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)分別存儲于數(shù)據(jù)中臺和本地數(shù)據(jù)庫中，其中本地MySQL數(shù)據(jù)庫存儲臺區(qū)靜態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中臺存儲臺區(qū)動態(tài)運行數(shù)據(jù)，利用HttpAPI協(xié)議從數(shù)據(jù)中臺索引臺區(qū)運行數(shù)據(jù)。后臺部署在山東省電力公司的云平臺上，前端采用響應式布局框架，搭建便捷的可視化展示頁面，如圖1所示。

2.2 技術(shù)線路

要進行細粒度的臺區(qū)線損理論計算，需要構(gòu)建復雜的臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)并融合臺區(qū)運行數(shù)據(jù)，臺區(qū)拓撲數(shù)據(jù)可通過繪制臺區(qū)CAD圖、制定邏輯轉(zhuǎn)換規(guī)則由計算機自動轉(zhuǎn)換生成；臺區(qū)運行數(shù)據(jù)需要從數(shù)據(jù)中臺云服務器索引，并經(jīng)清洗擬合操作后按主、外鍵與臺區(qū)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)融合；再用創(chuàng)新的分相電流疊加算法進行臺區(qū)細粒度損耗計算，系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果智能生成降損節(jié)電改造方案；利用結(jié)構(gòu)可視化技術(shù)，對降損方案的實施效果進行展示，并對后續(xù)臺區(qū)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。

系統(tǒng)包含前端展示模塊、后臺業(yè)務處理模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、索引模塊。

2.2.1 前端展示模塊

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架圖

前端主要進行地圖、臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)及臺區(qū)線損管控效果可視化展示，使用ImageMapster技術(shù)制作地圖元素，使用HTML5+Canvas技術(shù)繪制臺區(qū)圖形，使用amCharts插件繪制改造前后效果數(shù)據(jù)可視化交互圖表。

2.2.2 后臺業(yè)務處理模塊

后臺使用Java開發(fā)，進行臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)建、臺區(qū)線損細粒度計算、智能降損方案推薦等功能。其中，臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)構(gòu)建可采用全自動、半自動化的形式：全自動化根據(jù)臺區(qū)接線CAD圖導出的dwg格式文件，利用OpenDWGToolkit解析技術(shù)，快速建模，完成圖表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；半自動化技術(shù)采用人工構(gòu)建變壓器1級出線表數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動構(gòu)建1級出線的掛接線表數(shù)據(jù)方式完成整個臺區(qū)的圖表轉(zhuǎn)換。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫模塊

使用MySQL作為臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、優(yōu)化方案、導線參數(shù)信息、臺區(qū)運行數(shù)據(jù)存儲容器。臺區(qū)結(jié)構(gòu)表主要存儲臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)信息，包括線路段邏輯名稱、長度、發(fā)用電戶號、掛接表箱號等；優(yōu)化方案表與優(yōu)化后臺區(qū)屬性表相關(guān)聯(lián)，用于存儲臺區(qū)優(yōu)化方案，包括：優(yōu)化方案描述、“優(yōu)化后臺區(qū)屬性表”ID等；導線參數(shù)表主要存儲臺區(qū)中導線的物理參數(shù)信息；臺區(qū)運行數(shù)據(jù)表主要用來存儲臺區(qū)運行時產(chǎn)生的發(fā)、用電數(shù)據(jù)等信息。

2.2.4 索引模塊

臺區(qū)運行數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中臺中獲取，包含用電信息采集系統(tǒng)及營銷系統(tǒng)集成的臺區(qū)數(shù)據(jù)和供用電用戶數(shù)據(jù)，使用HttpAPI的方式訪問數(shù)據(jù)中臺，提取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過表箱編號、發(fā)用電戶號與臺區(qū)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行索引，索引出的臺區(qū)運行數(shù)據(jù)與臺區(qū)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通過主外鍵融合。

在數(shù)據(jù)安全方面，數(shù)據(jù)產(chǎn)品部署在公司內(nèi)網(wǎng)，在大數(shù)據(jù)來源方面無風險，但在臺區(qū)、線路基礎數(shù)據(jù)構(gòu)建過程中，可能存在人為因素造成數(shù)據(jù)錯誤，需要建立數(shù)據(jù)核查糾錯機制，避免臟數(shù)據(jù)產(chǎn)生。

主要數(shù)據(jù)來源：臺區(qū)的運行數(shù)據(jù)包括線路名稱，線路邏輯名稱，起止桿號（節(jié)點號）、導線型號，長度、表箱號、相序，來源與低壓臺區(qū)接線圖的構(gòu)建；臺區(qū)總表的24h的正、反向有功、無功，光伏用戶24h的發(fā)電功率，用戶日和月凍結(jié)電量等通過大數(shù)據(jù)中臺的申請、開放權(quán)限由API接口獲得數(shù)據(jù)。

低壓臺區(qū)拓撲模型的構(gòu)建應用：為將臺區(qū)線路CAD圖轉(zhuǎn)換為有拓撲關(guān)系的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，需要制定一套合理的邏輯表達規(guī)則。以主線—分線—支線—分支線—小分支線—小小分支線方式進行，每組由2個數(shù)字加一個字母組成，前兩位為低壓線路桿號（無桿可以是節(jié)點號），字母為低壓線路的方向，如01D-04B-06X-03Z，中間用“-”分隔，變壓器低壓出線的第一支桿01為低壓臺區(qū)的主線(固定搭配），向多個方向延伸，分線及以下線路邏輯名稱命名為：“2位桿號”+“表示出線方向的字母”，字母選用“D、X、N、B、Z、Y……”，不同字母表示東、西、南、北、左、右等不同的出線方向。規(guī)則制定完成后，根據(jù)臺區(qū)線路邏輯名稱表達規(guī)則生成臺區(qū)電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，生成臺區(qū)電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的方法包括：桿號和方向采用復選方式，方向復選漢字，變字母，自動組合成一個邏輯名稱，加入分段桿號或節(jié)點，分兩步形成電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，第一步到表箱，對應表箱信息；第二步到用戶，對應用戶信息，到用戶是根據(jù)表箱的電能表只數(shù)確定。邏輯名稱錄入數(shù)據(jù)時采用類似類的繼承模式，兒子繼承父輩的基本數(shù)據(jù)。然后，獲取臺區(qū)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，將臺區(qū)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)和臺區(qū)電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行整合，形成得到臺區(qū)電網(wǎng)完備數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性，然后，計算臺區(qū)電網(wǎng)中各路節(jié)點的三相電流，將各相電流分別進行疊加計算，得到臺區(qū)電網(wǎng)線路段的三相電流疊加值，各個節(jié)點的零相電流采用零線計算公式進行計算；然后根據(jù)臺區(qū)電網(wǎng)線路段的三相電流疊加值和各個節(jié)點的零線電流采用優(yōu)化算法進行降損節(jié)電優(yōu)化，使得臺區(qū)電網(wǎng)中三相用戶的負荷不平衡最低，總體損耗最低，實現(xiàn)三相用戶的負荷（電量）不平衡最低，總體損耗最低。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

3.1 實現(xiàn)臺區(qū)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)構(gòu)建

創(chuàng)新臺區(qū)線路多分支樹型邏輯表達模型，將臺區(qū)接線CAD圖高效、精準轉(zhuǎn)換成臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)表。遵循線路逐級構(gòu)建的原則，依次進行臺區(qū)維護、線路維護、接線維護、導線維護、臺區(qū)結(jié)構(gòu)構(gòu)建、表箱T接用戶關(guān)聯(lián)、各省第三方電子地圖導入7個步驟，實現(xiàn)臺區(qū)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)快速、精確生成數(shù)據(jù)表格信息。該模型還將分布式電源納入數(shù)據(jù)構(gòu)建中，填補了行業(yè)空白，大幅度提高臺區(qū)數(shù)據(jù)分析精度與細粒度。通過深挖臺區(qū)基礎數(shù)據(jù)的價值深度，避免了有效數(shù)據(jù)的浪費，為后期分析臺區(qū)線損提供必不可少的客觀因素。

3.2 實現(xiàn)臺區(qū)數(shù)據(jù)精準融合

通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊，實現(xiàn)臺區(qū)運行數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)融合。通過有效整合采集、營銷、PMS系統(tǒng)中的臺區(qū)運行數(shù)據(jù)，通過索引臺區(qū)編號、表箱編號和用戶編號，得到臺區(qū)24h正、反向有功、無功功率，光伏用戶每小時的發(fā)電功率，普通用戶日凍結(jié)電量等數(shù)據(jù)，再經(jīng)對異常數(shù)據(jù)的清洗、擬合后，將運行數(shù)據(jù)與臺區(qū)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的精準融合，生成完備的臺區(qū)計算數(shù)據(jù)，選擇日期，就可自動獲取5年內(nèi)任意1天、月、年的相關(guān)數(shù)據(jù)，為臺區(qū)線損分析工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐。通過構(gòu)建大數(shù)據(jù)中心，打通了信息孤島，為基層供電企業(yè)提供了大量有效數(shù)據(jù)，進一步方便了大數(shù)據(jù)分析、智能輔助決策等技術(shù)的開發(fā)應用，充分實現(xiàn)了數(shù)據(jù)流動價值，為臺區(qū)線損治理工作提供了根本保障，如圖2所示。

圖2 臺區(qū)數(shù)據(jù)精準融合

3.3 實現(xiàn)降損改造方案智能推薦

創(chuàng)新分相電流疊加算法，通過計算臺區(qū)損耗獲取低壓臺區(qū)內(nèi)需要治理改造的目標。改進了現(xiàn)有的分相電流迭代算法，可以對前期得到的臺區(qū)融合數(shù)據(jù)進行分析計算，得出臺區(qū)中各線路段的三相不平衡率，進而定位三相不平衡節(jié)點并篩選出卡脖子線路段、安全隱患線路段，最終得出臺區(qū)中各線路段損耗，精準判斷治理目標。

創(chuàng)新三相負荷相序優(yōu)化算法，智能推薦相序調(diào)整方案。依據(jù)三相負荷就地平衡原則，以及樹形拓撲結(jié)構(gòu)中葉子節(jié)點的接戶線、表箱、用戶層級關(guān)系，融合負荷近點分相電流，經(jīng)過迭代計算，最終可在系統(tǒng)內(nèi)直接生成相序優(yōu)化調(diào)整方案。同時解決了分布式電源矢量電流疊加難題，實現(xiàn)了分布式電源線損細粒度計算分析，降低了因分布式電源接入而造成的臺區(qū)線損治理難度，為基層供電單位提供科學、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析診斷結(jié)果，助力臺區(qū)線損管理工作。

該算法既可服務于臺區(qū)已有線路段及用戶，也可服務于臺區(qū)新接入用戶，利用大數(shù)據(jù)分析及智能算法為用戶治理、接入提供有效地技術(shù)指導，打破經(jīng)驗主義，解決了線損治理工作現(xiàn)存在的盲目性和低效性的問題，實現(xiàn)臺區(qū)線損精細化管理，節(jié)省大量人力、物力。

3.4 實現(xiàn)臺區(qū)運行狀況動態(tài)監(jiān)測

利用可視化技術(shù)，對臺區(qū)各線路段運行信息進行實時動態(tài)監(jiān)控。首頁展示行政區(qū)劃圖，按行政區(qū)劃顯示各區(qū)供電所個數(shù)、臺區(qū)個數(shù)、高損臺區(qū)個數(shù)、高損臺區(qū)占比等，點擊進入各行政區(qū)劃，顯示行政區(qū)內(nèi)供電所分布，及各供電所臺區(qū)個數(shù)、高損臺區(qū)個數(shù)、高損臺區(qū)占比等。點擊進入各供電所后，可選擇查看供電所內(nèi)臺區(qū)。

一是可直觀監(jiān)測臺區(qū)中任意線路段、節(jié)點的電流密度、三相不平衡率、正反電流、電阻等運行信息：對超過安全電流密度、經(jīng)濟電流密度和正常電流密度的線路段，實現(xiàn)紅、黃、綠分級預警，篩選卡脖子線路段；同時監(jiān)測各節(jié)點的三相不平衡率等，輔助臺區(qū)經(jīng)理快速精準定位三相不平衡節(jié)點，智能生成降損改造方案，完成線損高臺區(qū)治理工作實現(xiàn)，臺區(qū)精益運維。

二是可進行降損改造前后效果對比圖顯示：臺區(qū)聯(lián)動的線路端三相電流優(yōu)化前后分布圖；臺區(qū)聯(lián)動的線路端三相電流密度優(yōu)化前后分布圖；臺區(qū)總線損優(yōu)化前后分布圖；臺區(qū)高損耗線路區(qū)段優(yōu)化前后分布圖；臺區(qū)三相均方根電流優(yōu)化前后分布圖；臺區(qū)三相不平衡線路區(qū)段優(yōu)化前后分布圖；臺區(qū)高損線路段三相電流密度優(yōu)化前后分布圖；卡脖子線路段改造前后電流密度分布圖。進行分項數(shù)據(jù)的治理前后對比圖顯示，可直觀展示改造前后的臺區(qū)各項數(shù)值差距。

4 推廣前景

本系統(tǒng)作為臺區(qū)精益管控的智能化決策工具，可實現(xiàn)高損臺區(qū)降損決策、滿足低損臺區(qū)運行監(jiān)控需求，產(chǎn)品本身無需設備改造，經(jīng)濟性高、操作簡單、推廣性強。項目模型數(shù)據(jù)、算法以國家電網(wǎng)有限公司系統(tǒng)龐大的臺區(qū)數(shù)據(jù)信息為支撐，不受臺區(qū)型號、大小、線路結(jié)構(gòu)、配電變壓器容量等因素影響，各類數(shù)據(jù)標準、規(guī)范嚴格按照國網(wǎng)公司要求執(zhí)行，完全滿足國家法律法規(guī)、電力系統(tǒng)安全和信息防護要求，無相關(guān)政策限制，可在系統(tǒng)內(nèi)所有供電單位推廣。同時，在產(chǎn)品設計時綜合考慮了光伏、風電等分布式電源以及用戶產(chǎn)權(quán)臺區(qū)的可適用性要求，可在電力行業(yè)內(nèi)廣泛推廣。

本系統(tǒng)作為低壓臺區(qū)降損改造的支撐工具，可通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用與數(shù)據(jù)融合的新模式，為降損改造工作提供可靠的技術(shù)支持，實現(xiàn)臺區(qū)有效降損空間的量化計算，并提供有效地降損整改方案，有效解決三相不平衡等重難點問題。對于山東省內(nèi)低壓臺區(qū)明顯的區(qū)域特征、相似的電力網(wǎng)絡構(gòu)架，具有很高的推廣價值。

本系統(tǒng)作為新上用電用戶或者光伏發(fā)電用戶的T接相序優(yōu)化工具，可提前模擬分析新上用電用戶、光伏用戶對配電網(wǎng)電壓和線損分布影響，為用戶提供最優(yōu)接入方案，最大限度減少臺區(qū)線損的波動，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行，確保其他用戶的供電可靠性。展望我國新發(fā)展階段發(fā)展格局，經(jīng)濟將保持長期穩(wěn)定發(fā)展，新上用電用戶、光伏發(fā)電用戶也將快速增長，用戶需求將日益遞增，項目產(chǎn)品在特定情況下局部推廣前景廣闊。

5 結(jié)束語

通過本系統(tǒng)進行線路臺區(qū)分析時，可快速生成完備的邏輯拓撲數(shù)據(jù)，精確描繪出臺區(qū)的脈絡，對臺區(qū)運行數(shù)據(jù)進行融合，真正實現(xiàn)了對臺區(qū)的全面細粒度可視化監(jiān)測，同時具備智能推薦降損、消缺方案的能力?；鶎舆\維人員在使用本系統(tǒng)時，無需了解邏輯規(guī)則及底層算法原理，僅需在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，即可完成相序優(yōu)化及降損節(jié)電可視化展示等功能，有效指導電力企業(yè)做好新上普通用戶和光伏用戶T接單相相序最優(yōu)化接入；新建臺區(qū)合理布局,能從根本上解決電網(wǎng)“神經(jīng)末梢”的線損問題,可推廣性強，適合基層供電所臺區(qū)經(jīng)理使用。