丁 彬，戴 蘇，馬云龍，李 源，靳 翔

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司連云港供電分公司，江蘇連云港 222000；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210000）

在配電過程中，由于電網(wǎng)的配電范圍較廣且用戶類型錯綜復(fù)雜，因此線路出現(xiàn)異常破損的因素十分多樣化[1-2]，導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)的問題越來越棘手[3]，所以在電網(wǎng)配電中對電力線路變化進(jìn)行監(jiān)測，判斷每條線路的破損動態(tài)，提高配電臺區(qū)線損的管理效率以及工作質(zhì)量。

崔振輝[4]等人利用線損模擬設(shè)備提取線損數(shù)據(jù)特征量，并對特征量進(jìn)行統(tǒng)一化處理，生成特定的訓(xùn)練集；其次在遺傳算法的基礎(chǔ)上，比較訓(xùn)練集數(shù)據(jù)和正常數(shù)據(jù)，完成線損數(shù)據(jù)到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，將線損數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行輸出，實(shí)現(xiàn)異常線損動態(tài)判斷。楊婧[5]等人在自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采集配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，并依次對數(shù)據(jù)中的站、線、變以及戶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；其次在自動聚類算法的幫助下將用戶用電種類進(jìn)行劃分；最終通過隨機(jī)森林算法構(gòu)建出電網(wǎng)中各個線損之間的關(guān)系模型，進(jìn)而建立出配電臺區(qū)損耗的分析以及定位模型，實(shí)現(xiàn)異常線損動態(tài)判斷。但以上兩種方法沒有對系統(tǒng)的核心功能模塊仔細(xì)分析和設(shè)計，導(dǎo)致核心功能不完整，線損數(shù)據(jù)更新不及時，無法及時調(diào)整電量，導(dǎo)致線損誤差大、系統(tǒng)召回率低以及ROC 曲線較平緩。

為了解決上述方法中存在的問題，提出配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)設(shè)計方法。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

配電臺區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)線路破損等問題，因此需要時刻對異常線損動態(tài)進(jìn)行判斷[6-7]，從而對其進(jìn)行細(xì)致檢測。在判斷異常線損過程中，必須遵守資源共享與可靠性等準(zhǔn)則[8]，并通過電力系統(tǒng)管理對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及共享，而系統(tǒng)可靠性是以電力系統(tǒng)結(jié)果和基于電力技術(shù)為電力系統(tǒng)線損判斷提供保障，因此在電路線損判斷系統(tǒng)中設(shè)計出以線損管理要求為基礎(chǔ)的多個相應(yīng)功能模塊。

1.1 電能質(zhì)量管理模塊

電能質(zhì)量管理模塊的主要作用是對配電臺區(qū)的線損進(jìn)行實(shí)時的遠(yuǎn)程監(jiān)測，工作人員利用可視化窗口[9]對電路的電流數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)臺區(qū)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)與線路電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，電能質(zhì)量模塊又可稱之為設(shè)備模塊，該模塊可保存電力設(shè)備內(nèi)的基礎(chǔ)變量信息，并根據(jù)需要添加或刪減設(shè)備模塊。設(shè)備模塊的屬性框架如圖1 所示。

圖1 設(shè)備模塊的屬性框架圖

1.2 線損基礎(chǔ)信息管理功能模塊

線損基礎(chǔ)信息管理功能模塊的主要作用是對線路、變電站以及臺區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和刪除，工作人員經(jīng)過對數(shù)據(jù)的不斷更新將全新數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，同時系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測[10-11]，最終通過驗證的數(shù)據(jù)被儲存到數(shù)據(jù)庫內(nèi)。該模塊更新數(shù)據(jù)流程圖如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)更新流程圖

1.3 線損異常功能模塊

線損異常功能模塊的主要作用是仔細(xì)分析配電臺區(qū)中異常線損情況，將分析結(jié)果進(jìn)行分類[12]，即篩選出超出正常指標(biāo)的線損，并在線損指定指標(biāo)以及線損率的基礎(chǔ)上描述出線損的整體走勢，進(jìn)而為判斷異常線損動態(tài)打下基礎(chǔ)，根據(jù)該模塊對配電臺區(qū)異常線損動態(tài)進(jìn)行分析和判斷，其過程如圖3 所示。

圖3 配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷過程

2 系統(tǒng)核心功能模塊設(shè)計

通過對配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)的整體分析，將系統(tǒng)的核心模塊進(jìn)行細(xì)致地分析后對核心模塊進(jìn)行設(shè)計，得到更為完整的系統(tǒng)。

2.1 線損基礎(chǔ)信息管理功能模塊

在線損基礎(chǔ)信息管理功能模塊中，不僅僅需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，還需對線損設(shè)置出考核單元以及考核電量。

2.1.1 變電站編輯模塊

變電站編輯模塊根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)的制度等要求為變電站中的信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p以及修改等，并不斷更新聯(lián)動變電站，將更新后的信息傳輸給調(diào)度運(yùn)行專業(yè)。

2.1.2 臺區(qū)編輯模塊

臺區(qū)編輯模塊同樣是根據(jù)電網(wǎng)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，將更新后的數(shù)據(jù)傳輸[13]給營銷專業(yè)。

2.1.3 線路編輯模塊

線路編輯模塊在電網(wǎng)企業(yè)的要求下對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，最終將更新后的數(shù)據(jù)傳輸給線路運(yùn)行專業(yè)。

2.1.4 考核單元管理模塊

考核單元管理模塊是依據(jù)電網(wǎng)相應(yīng)的制度和要求，根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行設(shè)置的[14-15]。

2.1.5 考核電量管理功能模塊

考核電量管理功能模塊框架圖如圖4 所示。

圖4 考核電量管理功能模塊框架圖

1）電量獲取

在電表中通過抄取用戶所用電量獲取電力數(shù)據(jù)，并利用該數(shù)據(jù)對考核單元電量進(jìn)行求解。

2）供售電量調(diào)整

在電網(wǎng)公司的要求下生成考核單元的電量負(fù)荷調(diào)整信息，即電力調(diào)整的時間、范圍以及電量等數(shù)據(jù)，根據(jù)調(diào)整的結(jié)果依次對考核單元中的電力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3）求解考核單元電量

在考核表采集電量以及用戶用電量的基礎(chǔ)上將考核單元中供電量以及用戶用電量進(jìn)行比較。

考核電量管理功能模塊操作流程如圖5 所示。

圖5 考核電量管理功能模塊操作流程圖

2.2 線損異常功能模塊

2.2.1 線損統(tǒng)計功能模塊

線損統(tǒng)計功能模塊的主要功能就是根據(jù)用戶的用電量以及電網(wǎng)公司的供電計劃計算出指定供電指標(biāo)值與實(shí)際供電指標(biāo)值之差，依靠該差值可有效分析出配電臺區(qū)線損電量。最終得出電量查詢統(tǒng)計結(jié)果，其流程如圖6 所示。

圖6 線損統(tǒng)計查詢流程圖

根據(jù)上述流程判斷用戶認(rèn)為合理的數(shù)據(jù)，得出正確的查詢結(jié)果。

2.2.2 線損異常功能模塊

線損異常功能模塊的主要作用是將可能存在線損的電路以及臺區(qū)進(jìn)行判斷分析，將所有超出線損規(guī)定的電路以及配電臺區(qū)的線損率以及預(yù)測線損指標(biāo)進(jìn)行對比，描述出電力變化趨勢，根據(jù)此趨勢圖對配電臺區(qū)的異常線損動態(tài)進(jìn)行判斷。該模塊框架圖如圖7 所示。

圖7 線損異常功能模塊框架圖

通過以上對配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)內(nèi)的核心模塊分析和設(shè)計即可保證線損檢測的準(zhǔn)確性，將其添加到系統(tǒng)內(nèi)，從而準(zhǔn)確判斷異常線損動態(tài)。

3 實(shí)驗結(jié)果與分析

為了驗證配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)設(shè)計方法的有效性，需對其性能進(jìn)行測試，對三種方法線損誤差、系統(tǒng)召回率以及ROC 曲線三個指標(biāo)進(jìn)行測試，對比三種方法的結(jié)果，測試結(jié)果如下所示[16]。

3.1 線損誤差

在任意十組線路中對線損進(jìn)行判斷，計算各個線路中每種方法的誤差，根據(jù)表1 可知，在每組實(shí)驗數(shù)據(jù)中所提方法的計算誤差均是最小的，其余兩種方法的誤差均不同程度地大于所提方法，尤其是文獻(xiàn)[5]方法的誤差，是三種方法誤差最大的，所提方法可將誤差降至最小，是因為在判斷異常線損動態(tài)過程中，對核心模塊進(jìn)行細(xì)致的分析和設(shè)計，保證在判斷線損過程中數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)時性，進(jìn)而確保線損判斷結(jié)果更加準(zhǔn)確，降低線損計算誤差。

表1 不同方法的線損計算誤差

3.2 系統(tǒng)召回率

召回率又稱為查全率，它是指判斷出的線損線路與所有線路的比值，其公式如下所示：

式中，F(xiàn)N 代表假陰性，TP 代表真陽性，Recall代表召回率。

三種方法的召回率如圖8 所示。

圖8 三種方法的召回率

三種線損判斷方法的召回率均會隨著檢測率的變化而改變，根據(jù)實(shí)驗結(jié)果可知，在檢測率較低時，線路破損判斷的召回率較低，且其隨著檢測率的增加而增大。當(dāng)檢測率到20%時，三種方法的召回率最低，此時所提方法的召回率為9.4%，文獻(xiàn)[4]方法為6.8%，文獻(xiàn)[5]方法為7.3%，而檢測率達(dá)到100%時，所提方法的召回率達(dá)到了100.0%，而文獻(xiàn)方法的召回率僅為77.1%和86.9%，三種方法相比，所提方法的召回率均高于文獻(xiàn)方法，說明所提方法可以準(zhǔn)確判斷出線損線路與所有線路的比值，從而將線路破損范圍縮小，同時保證破損線路的完整性，便于發(fā)現(xiàn)的破損線路。

3.3 ROC曲線

配電臺區(qū)異常線損與正常線路之間分布十分不平衡，為更好地判斷出配電臺區(qū)線損動態(tài)，可利用真正例率與反正例率之間的相對關(guān)系，即利用ROC 曲線進(jìn)行描述，ROC 曲線下的面積越大即可代表該方法判斷出破損的準(zhǔn)確率越高，其中真正例率的公式為：

式中，TPR 代表真正例率，F(xiàn)P 代表假陽性。

反正例率的公式為：

式中，F(xiàn)PR 代表反正例率，TN 代表真陰性。

三種方法的ROC 曲線如圖9 所示。

圖9 三種方法的ROC曲線

根據(jù)圖9 可知，三種方法中，所提方法的ROC 曲線面積最大，可證明所提方法正確判斷配電臺區(qū)線損動態(tài)數(shù)量最多，從而得出所提方法的準(zhǔn)確性最高，該方法的系統(tǒng)性能最優(yōu)。

4 結(jié)束語

在電網(wǎng)日益壯大的同時，配電臺區(qū)的配電工作量也在日益增多，各個線路電力工作量的增多導(dǎo)致電路更加容易破損，每個地區(qū)的用電監(jiān)測也不盡相同。在用電監(jiān)測過程中往往因為運(yùn)行管理等問題會出現(xiàn)監(jiān)測功能出現(xiàn)異常，且配電臺區(qū)在管理過程中，其內(nèi)容錯綜復(fù)雜，數(shù)據(jù)雜亂無章，不易判斷目前異常線損動態(tài)，因此提出配電臺區(qū)異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)設(shè)計方法。該方法首先對異常線損動態(tài)判斷系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計，其次對系統(tǒng)中的核心功能進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)異常線損動態(tài)判斷，解決了線損誤差大、系統(tǒng)召回率低以及ROC 曲線較平緩的問題，保證電力系統(tǒng)各線損能被及時發(fā)現(xiàn)并治理，目前該方法是最優(yōu)判斷線損程度的系統(tǒng)，但具體應(yīng)用還需進(jìn)一步探索。