劉江東，吳志堅(jiān)，黃振勇，濮 實(shí)，吳予樂(lè)，高 潔

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司 揚(yáng)州供電分公司，江蘇 揚(yáng)州 225009)

0 引 言

電網(wǎng)斷電一般分為計(jì)劃斷電和故障斷電.在這種情況下，為了減少供電系統(tǒng)和電力設(shè)備故障對(duì)用戶用電的影響，電網(wǎng)企業(yè)可以根據(jù)線路和設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)線路或設(shè)備進(jìn)行定期的維修和保養(yǎng).此外，電網(wǎng)在升級(jí)改造、配合城市建設(shè)施工等情況下，還需要提前統(tǒng)籌安排停電作業(yè).其中，少數(shù)檢修工作需要相應(yīng)的線路停電.但是，不合理的計(jì)劃停電會(huì)給日常生活造成過(guò)大干擾.因此，計(jì)劃停電是衡量電網(wǎng)運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)，對(duì)計(jì)劃停電影響因素的分析具有重要意義.

國(guó)外電網(wǎng)計(jì)劃停電研究較為成熟，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建配電網(wǎng)可靠性數(shù)據(jù)信息庫(kù)，分析電網(wǎng)規(guī)律性信息，同時(shí)根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)際情況，以停電電量最小為目標(biāo)，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)在進(jìn)行各種約束，進(jìn)而預(yù)測(cè)電網(wǎng)停電時(shí)間.國(guó)內(nèi)電網(wǎng)計(jì)劃停電研究同樣取得較大發(fā)展，通過(guò)分布函數(shù)中的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，描述電網(wǎng)復(fù)雜的運(yùn)行狀況，數(shù)據(jù)挖掘停電時(shí)間參數(shù)、設(shè)備故障率等，繪制電網(wǎng)的負(fù)荷變化曲線，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)算例，評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，得到總停電持續(xù)時(shí)間[1，2].

在以上理論的基礎(chǔ)上，本文提出基于大數(shù)據(jù)挖掘的配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素建模分析方法，對(duì)電網(wǎng)供電、停電進(jìn)行調(diào)度管理.

1 配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素提取

利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，獲取配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素.統(tǒng)計(jì)配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)，挖掘與電網(wǎng)計(jì)劃停電關(guān)聯(lián)度較高的信息數(shù)據(jù)，具體流程如圖 1 所示.

圖 1 影響因素的大數(shù)據(jù)挖掘流程

如圖 1 所示，導(dǎo)出配電網(wǎng)停電相關(guān)的日志記錄、傳感器數(shù)據(jù)，包括設(shè)備臺(tái)賬、投運(yùn)試驗(yàn)等靜態(tài)參數(shù)、在線監(jiān)測(cè)、運(yùn)行記錄、帶電檢測(cè)、巡視記錄等動(dòng)態(tài)參數(shù)，以及缺陷故障、檢修試驗(yàn)等準(zhǔn)動(dòng)態(tài)參數(shù)、對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)采集樣本數(shù)據(jù)為ti(i=1,2，…，n)，則原始數(shù)據(jù)的樣本平均值

(1)

原始數(shù)據(jù)剩余誤差

(2)

根據(jù)貝賽爾公式，得到數(shù)據(jù)均方根偏差

(3)

2 建立配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素評(píng)價(jià)模型

對(duì)提取影響因素進(jìn)行建模，判定各因素與電網(wǎng)計(jì)劃停電的關(guān)聯(lián)程度.提取的計(jì)劃停電各影響因素如表 1 所示.

表 1 配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素

采用熵權(quán)法，計(jì)算各影響因素權(quán)重，首先建立評(píng)價(jià)矩陣

(4)

式中：m為影響因素的個(gè)數(shù)；v為配電網(wǎng)供電區(qū)域的個(gè)數(shù)[5].對(duì)影響因素進(jìn)行無(wú)量綱化處理，將其分為正向和反向兩種，其中正向與計(jì)劃停電增量方向一致，反向則相反[6].其標(biāo)幺值具體定義如表 2 所示.

表 2 影響因素的標(biāo)幺值判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)各影響因素的標(biāo)幺值，對(duì)其進(jìn)行規(guī)范處理，計(jì)算公式為

Cjr=(Pjr-Pmin)/(Pmax-Pmin)j=

(1,…,m)r=(1,…,v),

(5)

式中：Cjr為評(píng)價(jià)矩陣中第j行、第r列影響因素標(biāo)準(zhǔn)化后的值；Pmax、Pmin分別為影響因素標(biāo)幺值的最大值、最小值[7-9].各因素信息熵

(6)

則第j個(gè)影響因素的熵權(quán)值

(7)

將熵權(quán)值wj作為影響因素權(quán)重，判斷各因素與配電網(wǎng)計(jì)劃停電的關(guān)聯(lián)程度[10-11].至此完成配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素評(píng)價(jià)模型的建立.

3 分析影響因素計(jì)劃停電敏感程度

計(jì)算模型評(píng)價(jià)值劃分各影響因素作用下配電網(wǎng)的可靠等級(jí)，確定是否進(jìn)行計(jì)劃停電[12].建立影響因素評(píng)語(yǔ)集F={F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5}，分別表示供電可靠性好、較好、一般、較差、差，共5個(gè)等級(jí)，采用專家打分方式，定義評(píng)語(yǔ)集分值為{10，20，30，40，50}[13].然后定義評(píng)語(yǔ)集中各等級(jí)隸屬度的判定依據(jù)，采用模糊多值評(píng)估法，對(duì)影響因素在各等級(jí)的屬于程度，進(jìn)行多值描述，得到影響因素的評(píng)價(jià)結(jié)果集，實(shí)現(xiàn)各因素的模糊評(píng)判[14].則評(píng)價(jià)結(jié)果集中，第j個(gè)影響因素的評(píng)分值

Ej=10I1+20I2+30I3+40I4+50I5,

(8)

式中：I1～I(xiàn)5分別為F1～F5的隸屬度.匯總評(píng)價(jià)結(jié)果集和權(quán)重集，得到評(píng)價(jià)模型的最終評(píng)價(jià)結(jié)果[15]

(9)

根據(jù)最終評(píng)價(jià)結(jié)果，劃分配電網(wǎng)可靠程度，進(jìn)而確定計(jì)劃停電敏感程度.將敏感程度劃分為1～5個(gè)等級(jí)，具體如表 3 所示.

表 3 配電網(wǎng)計(jì)劃停電敏感程度

根據(jù)表 3 內(nèi)容，確定各因素對(duì)配電網(wǎng)計(jì)劃停電的影響程度，判斷電網(wǎng)是否需要停電及停電時(shí)間，至此完成影響因素計(jì)劃停電敏感程度的分析以及基于大數(shù)據(jù)挖掘的配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素建模分析方法設(shè)計(jì).

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將本文設(shè)計(jì)方法記為實(shí)驗(yàn)A組，兩種傳統(tǒng)配電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素建模分析方法分別記為實(shí)驗(yàn)B組和實(shí)驗(yàn)C組.

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某城市電網(wǎng)，將某供電局10 kV配電結(jié)構(gòu)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，區(qū)域內(nèi)共有10 kV線25條，線路長(zhǎng)793.728 km，總用戶數(shù)為1 652，所轄變電站20座，總?cè)萘繛?26.9 MVA，配電變壓器為24臺(tái)，主變20臺(tái)，配電網(wǎng)接線如圖 2 所示.

圖 2 10 kV配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

該配電網(wǎng)P11～P61為所接負(fù)荷，P71～P91為負(fù)荷點(diǎn)，M1～M9為主干線，K1～K10為分支線，區(qū)域內(nèi)平均622 km2有一變電站，均有一臺(tái)～兩臺(tái)變壓器，多主變率為14.1%，平均供電半徑為 45 km.配電網(wǎng)可挖掘的歷史數(shù)據(jù)如表 4 所示.

表 4 配電網(wǎng)可挖掘歷史數(shù)據(jù)

由表 4 可知，該區(qū)域電網(wǎng)的供電可靠性要高于全國(guó)平均水平，計(jì)劃停電呈逐年下降趨勢(shì)，3組分析方法分別對(duì)該電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素進(jìn)行分析.實(shí)驗(yàn)A組為本文方法，實(shí)驗(yàn)B組為文獻(xiàn)[1] 方法，實(shí)驗(yàn)C組為文獻(xiàn)[2]方法.

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.2.1 第1組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先比較3組分析方法作用下的供電可靠率，供電可靠率

(10)

式中：α為配電網(wǎng)每次停電持續(xù)時(shí)間；β為每次停電用戶數(shù)；C為總用戶數(shù)；B為分析方法作用后的統(tǒng)計(jì)時(shí)間.A值越大，電網(wǎng)持續(xù)供電能力就越高.將供電區(qū)域分為多個(gè)區(qū)域，各區(qū)域電網(wǎng)計(jì)劃停電影響因素的權(quán)重值如表5所示.

表 5 各區(qū)域影響因素權(quán)重值

計(jì)算各區(qū)域的供電可靠率，實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如圖 3 所示.

圖 3 供電可靠率對(duì)比結(jié)果

由圖 3 可知，實(shí)驗(yàn)A組平均供電可靠率為99.235%；實(shí)驗(yàn)B組和實(shí)驗(yàn)C組的供電可靠率，分別為96.436%和95.102%，相比實(shí)驗(yàn)B組和實(shí)驗(yàn)C組，A組電網(wǎng)供電可靠率分別提高了2.799%，4.133%.

4.2.2 第2組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3組方法對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到各周的最大負(fù)荷預(yù)測(cè)值，將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值相比較，計(jì)算負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差，比較3組方法分析結(jié)果的可靠性.實(shí)驗(yàn)A組根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，輸出預(yù)測(cè)值，記錄配電網(wǎng)周實(shí)際的最大負(fù)荷值，分別為121.625 kW，128.097 kW，119.289 kW，135.902 kW，128.021 kW，132.092 kW，121.872 kW，實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如圖 4 所示.

圖 4 負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差對(duì)比結(jié)果

由圖 4 可知，實(shí)驗(yàn)A組負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差的平均值為0.346%；實(shí)驗(yàn)B組和實(shí)驗(yàn)C組的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差，分別為1.982%和1.379%，相比實(shí)驗(yàn)B組和實(shí)驗(yàn)C組，A組電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差分別降低了1.636%，1.033%.

4.2.3 第3組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

比較各供電區(qū)域內(nèi)3組分析方法提取的影響因素與配電網(wǎng)計(jì)劃停電的關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度表示影響因素對(duì)計(jì)劃停電的貢獻(xiàn)程度，關(guān)聯(lián)度越高，影響因素與計(jì)劃停電的關(guān)聯(lián)水平就越高，關(guān)聯(lián)度

(11)

圖 5 影響因素關(guān)聯(lián)度對(duì)比結(jié)果

由圖5可知，實(shí)驗(yàn)A組負(fù)荷影響因素的平均關(guān)聯(lián)度為0.897 1，實(shí)驗(yàn)B組和實(shí)驗(yàn)C組的平均關(guān)聯(lián)度，分別為0.643 6和0.537 2，相比實(shí)驗(yàn)B組和實(shí)驗(yàn)C組，A組影響因素關(guān)聯(lián)度分別提高了0.2535和 0.359 9.綜上所述，本文分析方法相比于傳統(tǒng)分析方法，提高了影響因素與計(jì)劃停電的關(guān)聯(lián)水平，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確，保證了電網(wǎng)對(duì)用戶的持續(xù)供電能力.

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析方法充分發(fā)揮了大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，保證了電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性.但研究仍存在一定不足，在今后的研究中，應(yīng)該進(jìn)一步改變配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與冗余度，深入分析配電網(wǎng)計(jì)劃停電的分布規(guī)律、時(shí)間特點(diǎn)，保證停電時(shí)間的判斷精度.