李一卓，張 娟，楊德浩，魯帥征，王 芳，張運飛

（國網(wǎng)河南省電力公司新野縣供電公司，河南 南陽 473500）

關(guān)鍵字：低壓配電網(wǎng)；三相不平衡；解決策略；用電習(xí)慣中圖分類號：TM764

1 系統(tǒng)需求

在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中，由于用戶多為單相負荷或單三相負荷混用，用戶負荷大小、空間分布和用電時間不同，并且這種用電不平衡狀況呈現(xiàn)無規(guī)律性，也無法事先預(yù)知，所以，電網(wǎng)中三相間的負荷不平衡是客觀存在的。三相負荷不平衡會對配電網(wǎng)供電安全、供電質(zhì)量、增加線路損耗和經(jīng)濟運行產(chǎn)生不良影響，是配電網(wǎng)運行薄弱環(huán)節(jié)的主要體現(xiàn)之一。

針對這一問題，本方案在影響配電臺區(qū)三相負荷平衡的多重因素中找出關(guān)鍵因素，提出了“三相負荷時序上的空間多點均衡”的概念，通過建立配電臺區(qū)戶表定相檔案、載波采集戶表負荷曲線、全臺區(qū)戶表負荷曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)一計算、同負荷性質(zhì)分組、戶表用電時序及空間分布特征分析、外部因素加權(quán)處理、可閉環(huán)迭代分析與治理的策略模型和管控流程，利用大數(shù)據(jù)、云計算、寬帶載波等最新的前沿技術(shù)，分析用戶的用電性質(zhì)與用電習(xí)慣，結(jié)合權(quán)重、方差、擬合曲線等數(shù)學(xué)思維，建立計算模型，利用云服務(wù)器的計算能力，得出最優(yōu)條件下的調(diào)相結(jié)果，然后現(xiàn)場調(diào)整用戶的表計相序，最終在空間、時間維度上實現(xiàn)低費用解決臺區(qū)三相不平衡問題。

2 方案設(shè)計

2.1 理論依據(jù)與實踐依據(jù)

用戶的用電性質(zhì)基本固定，用電習(xí)慣短期內(nèi)變化不大，具體到某戶，在時間上有一定的規(guī)律性；用戶在臺區(qū)內(nèi)的空間分布基本不變，戶表所接電網(wǎng)的相序基本不變，時序上的用電負荷變化不大。這使得通過分析計算單位時間內(nèi)的所有用戶負荷在空間、時間軸上的合理分布，最終實現(xiàn)“三相負荷時序上的空間多點均衡”的概念具有了理論依據(jù)。

隨著智能電能表的普及，通信技術(shù)和計量方法的提升，單位時間內(nèi)的負荷計量數(shù)據(jù)可以達到分鐘級、小時級?，F(xiàn)有智能電能表已經(jīng)存儲的小時級負荷數(shù)據(jù)，可以實時獲取。這是本方案的主要實踐依據(jù)。

云計算、大數(shù)據(jù)分析、載波等技術(shù)日趨成熟，為本方案的實施提供了有效的技術(shù)保障。

2.2 策略模型和管控流程

本方案的策略模型和管控流程如圖1所示。

圖1 策略模型和管控流程

2.2.1 基礎(chǔ)檔案準備

臺區(qū)戶表檔案，主要是通過現(xiàn)有電力營銷系統(tǒng)對外提供的數(shù)據(jù)接口獲取。一般是通過XLS文件導(dǎo)入。

2.2.2 戶表定相、定位、定性

由于前期規(guī)劃和后期管理的缺位等歷史原因，配電臺區(qū)線路復(fù)雜，戶表接線零亂，不易分清相序。本方案利用載波過零耦合數(shù)字信號技術(shù)，通過核相儀主控端按相序定時下發(fā)、核相儀從端接收的方式實現(xiàn)快速核相，同時通過核相儀從端的紅外、藍牙接口實現(xiàn)戶表、手機App 之間的通信，實時記錄戶表地址、核相結(jié)果，并與管理系統(tǒng)的檔案匹配，最終實現(xiàn)戶表定相。同時，利用手機的定位功能，記錄表計位置，便于后期查找表計，提升工作效率。另外，現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，如醫(yī)院、政府單位、通信基站等，不能隨意停電和換相，這一部分用戶要按負荷固定處理，參與大數(shù)據(jù)分析，但按定性處理。

2.2.3 數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備工作主要采集全臺區(qū)戶表小時負荷計量數(shù)據(jù)。采集方法是通過載波方式抄讀智能表內(nèi)已有的小時負荷數(shù)據(jù)，存儲到云服務(wù)器，形成歷史負荷曲線，為大數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。

2.2.4 云計算、大數(shù)據(jù)分析

有了全臺區(qū)的戶表檔案、相序檔案和戶表歷史小時負荷計量數(shù)據(jù)，即有了用戶性質(zhì)、用電習(xí)慣等計算依據(jù)，結(jié)合權(quán)重、方差、擬合曲線等數(shù)學(xué)思維，設(shè)定目標不平衡率，建立計算模型，利用云服務(wù)器的計算能力，得出最優(yōu)條件下的調(diào)相方案。

2.2.5 現(xiàn)場調(diào)相

依據(jù)大數(shù)據(jù)分析計算出的調(diào)相方案，利用App定位功能，現(xiàn)場人工調(diào)相，并記錄調(diào)相結(jié)果，反饋到云平臺。

2.2.6 調(diào)相結(jié)果核對、效果驗證

現(xiàn)場調(diào)相后，利用現(xiàn)有的電力用戶用電采集系統(tǒng)，采集臺區(qū)總表的三相負荷數(shù)據(jù)，計算調(diào)相后的不平衡率，驗證調(diào)相結(jié)果。如果調(diào)相結(jié)果沒有達到預(yù)期，再次進行數(shù)據(jù)準備，云計算、大數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場調(diào)相，直達結(jié)果符合預(yù)期。

2.2.7 二次迭代分析治理

隨著季節(jié)、用戶性質(zhì)、用電習(xí)慣的變化，配電臺區(qū)的三相不平衡率可能超過設(shè)定值，此時，再次進行數(shù)據(jù)準備，大數(shù)據(jù)分析計算出二次調(diào)相結(jié)果，進行現(xiàn)場調(diào)相，效果驗證，即形成二次迭代閉環(huán)治理臺區(qū)三相不平衡的目標。

3 方案實現(xiàn)

基于以上設(shè)計方案，結(jié)合國網(wǎng)關(guān)于配電臺區(qū)三相負荷不平衡治理“先運維管控、后技術(shù)治理”“源頭預(yù)防、常態(tài)監(jiān)測、科學(xué)施策、動態(tài)治理”的原則，在本方案的實現(xiàn)上，采用“微服務(wù)、微應(yīng)用”架構(gòu)，引入云計算、大數(shù)據(jù)分析、寬帶載波通信、手機App、配電負荷分析儀、載波過零信號核相儀等技術(shù)與設(shè)備，設(shè)計了完整的系統(tǒng)邏輯架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

實際使用過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員在確定目標臺區(qū)后，主要進行以下工作。

現(xiàn)場臺區(qū)配變處安裝配電負荷分析儀、核相儀主控端；配電負荷分析儀，通過載波通道，采集全臺區(qū)每戶每表最近30天存量數(shù)據(jù)，存儲到云服務(wù)器。

在手機App 上下載臺區(qū)用戶檔案，通過核相儀主控端按相序定時下發(fā)、核相儀從端接收的方式實現(xiàn)快速核相，同時通過核相儀從端的紅外、藍牙接口實現(xiàn)戶表、手機App 之間的通信，實時記錄戶表地址、核相結(jié)果，并與管理系統(tǒng)的檔案匹配，最終實現(xiàn)戶表定相；利用手機的定位功能，記錄表計位置，形成臺區(qū)拓撲圖，方便后期現(xiàn)場定位表計，進行調(diào)相工作；依據(jù)現(xiàn)場情況，確認戶表的定性問題。

利用云計算快速處理能力，對全臺區(qū)每戶每表30天小時電量進行數(shù)據(jù)建模，結(jié)合權(quán)重、方差、擬合曲線等數(shù)學(xué)思維與算法，設(shè)定目標不平衡率（5%～25%），分析用戶的用電性質(zhì)與用電習(xí)慣，計算出最優(yōu)條件下的調(diào)相結(jié)果。

手機App 下載目標臺區(qū)的最終調(diào)相結(jié)果，依據(jù)臺區(qū)拓撲圖，現(xiàn)場調(diào)相，并確認調(diào)相結(jié)果；調(diào)相結(jié)果核對、效果驗證。

再次采集：隨著臺區(qū)負荷的變化，三相不平衡再次超過設(shè)定值時，采集全臺區(qū)每戶每表最近1-30天存量數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析計算出二次調(diào)相結(jié)果，進行現(xiàn)場調(diào)相，效果驗證，形成閉環(huán)治理臺區(qū)三相不平衡。

4 結(jié)束語

本項目提出的基于迭代策略的三相負荷不平衡大數(shù)據(jù)分析與治理方案，充分利用現(xiàn)有新技術(shù)和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，無功耗損失，低成本，可操作性強，符合電力系統(tǒng)現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)實際情況，可有效解決臺區(qū)三相負荷不平衡問題，提高日常運行維護效率和質(zhì)量，實現(xiàn)降損增效，提高供電質(zhì)量，有效提升電力公司的管控技術(shù)水平，具有直接的經(jīng)濟效益。

通過對配電臺區(qū)三相不平衡問題的深入分析，尋找引起三相不平衡的根本因素，深入分析三相不平衡問題為安全優(yōu)質(zhì)供電提供了保障，對于電網(wǎng)和電器設(shè)備的安全和經(jīng)濟運行，以及人民生活的正常秩序有重要意義。同時，項目中相關(guān)的載波技術(shù)、藍牙接口技術(shù)、軟件技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計理念的成功應(yīng)用，可為其在電力行業(yè)細分領(lǐng)域的深入發(fā)展提供實踐依據(jù)和技術(shù)支撐；項目中相關(guān)新技術(shù)的成功應(yīng)用將帶動周邊相關(guān)配套加工制造企業(yè)的技術(shù)水平和地方經(jīng)濟的增長，具有不可估量的間接經(jīng)濟效益和深遠的社會效益。