林樹青

摘要：在配電網(wǎng)運行過程中經(jīng)常會發(fā)生設(shè)備負(fù)載的現(xiàn)象，如若不能夠?qū)ω?fù)載設(shè)備進(jìn)行及時維護(hù)的話，那么將會造成極其嚴(yán)重的影響，該文根據(jù)對配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率預(yù)測中框架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)清洗、聚類分析、關(guān)聯(lián)分析以及配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警模型的構(gòu)建的研究分析發(fā)現(xiàn)，只有合理對基于人工智能的配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行具體的研究應(yīng)用，才能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率進(jìn)行監(jiān)測，從而保證配電網(wǎng)設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：人工智能;配電網(wǎng)設(shè)備;負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng);監(jiān)測

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）16-0108-03

在配電網(wǎng)運行過程中會經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備重過載的現(xiàn)象，而如若不能夠及時對其進(jìn)行發(fā)現(xiàn)且制止的話，那么配電網(wǎng)設(shè)備在重過載運行狀態(tài)過程中將有很大的可能性發(fā)生各種各樣的故障，甚至還可能直接威脅配電網(wǎng)的正常運行，對整個配電網(wǎng)的正常運行都造成較為嚴(yán)重的影響。隨著人工智能技術(shù)的愈加成熟，在各行各業(yè)中都有了較為重要的應(yīng)用，配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)便是基于人工智能技術(shù)設(shè)計而成的一套應(yīng)用在配電網(wǎng)中的自動化系統(tǒng)，能夠有效地對配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率進(jìn)行監(jiān)測，防止配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)重過載現(xiàn)象，最大程度上保證配電網(wǎng)設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。

現(xiàn)階段國內(nèi)外相關(guān)單位對于配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的研究也越來越重視，該系統(tǒng)的實現(xiàn)應(yīng)用能夠很大程度上提升配電網(wǎng)的運行效率和運行安全。雖然我國相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，但是在系統(tǒng)大體構(gòu)造以及功能上已經(jīng)沒有太大的問題。配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)所涉及的技術(shù)范圍較為廣泛，其中應(yīng)用最為重要的便是人工智能技術(shù)，根據(jù)人工智能技術(shù)設(shè)計而成的配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)將更加智能化，其對于人力的依賴性將更低一些，同時所有配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果也將具有較高的精準(zhǔn)性，可以說，其根據(jù)原理通過相關(guān)技術(shù)的利用能夠?qū)崿F(xiàn)具體的預(yù)警功能，因此可以看出配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)是具有技術(shù)可行性的。

1 系統(tǒng)設(shè)計

配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、故障診斷和故障預(yù)警的功能作用。當(dāng)配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備負(fù)載率出現(xiàn)重過載現(xiàn)象的時候，配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警平臺便會自動發(fā)出警報，從而達(dá)到預(yù)警目的。

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)[1]

配電網(wǎng)在運行過程中，如果設(shè)備負(fù)載率過高的話，將會使得設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性大幅度提升，整個配電網(wǎng)都將會出現(xiàn)較大的安全隱患，而將配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用到配電系統(tǒng)中則能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率進(jìn)行實時的監(jiān)測和分析，一旦配電設(shè)備負(fù)載率出現(xiàn)特殊情況，那么系統(tǒng)便會立即發(fā)出警報，提醒工作人員對預(yù)警部位進(jìn)行檢查維修，從而達(dá)到提升配電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的目的。

1.2 配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的組成

配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)是利用計算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)形成的配電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)平臺，其中主要分為設(shè)備負(fù)載率預(yù)測和設(shè)備重過載狀態(tài)判斷預(yù)警兩大模塊。配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率預(yù)測模塊主要實現(xiàn)對配電網(wǎng)設(shè)備正常運行所產(chǎn)生的負(fù)載率進(jìn)行預(yù)測，其不僅能夠有效辨別出環(huán)境干擾因素，而且還可以保證配電網(wǎng)設(shè)備的監(jiān)測負(fù)載率的精準(zhǔn)性。配電網(wǎng)設(shè)備重過載預(yù)警模塊主要實現(xiàn)對配電網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率進(jìn)行分析的作用，一旦配電網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率達(dá)到重過載狀態(tài)，那么配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)平臺便會立即發(fā)出警報，而且工作人員也能夠根據(jù)平臺上的監(jiān)測信息來判斷出現(xiàn)問題設(shè)備的具體位置和情況[2]。

1.3 配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率預(yù)測框架

配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)中的配電網(wǎng)負(fù)載率預(yù)測框架大致分為數(shù)據(jù)清洗、聚類分析、關(guān)聯(lián)分析等。其中數(shù)據(jù)清洗主要指對所監(jiān)測收集到的所有配電網(wǎng)設(shè)備相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行初步挑選，排除沒有利用價值的無用信息，保留配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率相關(guān)數(shù)據(jù)，從而以此來達(dá)到為下一步數(shù)據(jù)分析提供較為可靠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的目的。而聚類分析則是可以根據(jù)不同用戶的不同用電需求對其相關(guān)配電變壓器進(jìn)行分類監(jiān)測，確保所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理性和科學(xué)性。關(guān)聯(lián)分析則將配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率等信息數(shù)據(jù)與自然因素等關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行分析，以此達(dá)到降低監(jiān)測失誤可能性的目的。

1.4 配電網(wǎng)設(shè)備重過載預(yù)警框架[3]

配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)能夠根據(jù)配電網(wǎng)元件的運行負(fù)載率進(jìn)行及時監(jiān)測和分析，判斷其是否存在重過載的現(xiàn)象，一旦配電網(wǎng)元件出現(xiàn)重過載現(xiàn)象，那么配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)便會自動發(fā)出警報，以此來達(dá)到確保配電網(wǎng)元件一直處于安全運行狀態(tài)的目的。配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警框架分為對象過濾和狀態(tài)預(yù)警兩大模塊，其中對象過濾主要針對的是在配電網(wǎng)元件過載率所有數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選過濾，將一些與元件重過載分析沒有任何關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排除，篩選出具有一定價值的對象數(shù)據(jù)。而狀態(tài)預(yù)警則是配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警功能作用發(fā)揮的重中之重，其能夠根據(jù)對象過濾后的配電網(wǎng)元件過載率數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，一旦配電網(wǎng)元件出現(xiàn)重過載現(xiàn)象，那么其便會立即發(fā)出警報，這樣的話，工作人員便需要對配電網(wǎng)元件工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而確保配電網(wǎng)元件運行的穩(wěn)定性。

2 配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率預(yù)測

配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率預(yù)測作為配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的系統(tǒng)目標(biāo)主要是通過預(yù)測框架結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)清洗、聚類分析和關(guān)聯(lián)分析等功能實現(xiàn)的。如若配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率過高的話將意味著其處于超負(fù)荷工作狀態(tài)中，而這個狀態(tài)的配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性也將會大幅度提升，只有根據(jù)實際情況及時做出調(diào)整，才能夠最大程度上保證配電網(wǎng)設(shè)備的運行安全。

2.1 數(shù)據(jù)清洗

依據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率預(yù)測的時候可能會遇到數(shù)據(jù)值出現(xiàn)異常丟失的情況，而在數(shù)據(jù)清洗中發(fā)現(xiàn)這種情況的話便需要對丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補充，根據(jù)預(yù)測需求的不同對數(shù)據(jù)補充的情況也有所不同，一般情況下配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率數(shù)據(jù)缺失區(qū)間是不得超過1h或者1d的，如若超過的話，那么便需要在進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗的時候使用前一個小時或者前一天的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行補充，從而以此來達(dá)到讓配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率處于規(guī)律發(fā)展?fàn)顟B(tài)的目的[4]。大多數(shù)配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對歷史時序數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗的要求都是缺失區(qū)間不能超過一個月，若超過一個月的話，那么這條歷史時序數(shù)據(jù)將會被丟棄，無法投入應(yīng)用之中。

2.2 聚類分析[5]

根據(jù)用戶用電需求的不同將配電網(wǎng)配電變壓器分為住宅類、商業(yè)類和混用類三種，每種配電變壓器的屬性和運行效率都是有所不同的，所監(jiān)測出來的運行數(shù)據(jù)自然也存在較大區(qū)別。為了保證所有監(jiān)測信息數(shù)據(jù)分析的可行性和科學(xué)性，需要依靠配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)中的聚類分析功能將不同種類的配電變壓器進(jìn)行自動識別分類。聚類分析的功能主要依靠鑒別不同種類配電變壓器的負(fù)載率曲線周期特征來實現(xiàn)，商業(yè)類的配電變壓器負(fù)載率相對來說要平穩(wěn)一些，這是因為其長時間處于運行狀態(tài)之中，而住宅類的配電變壓器則普遍出現(xiàn)高峰期和平臺型，混用類配電變壓器的識別是最高難度的，只能夠根據(jù)判斷其是否滿足住宅類和商業(yè)類配電變壓器負(fù)載率曲線的共同特征來進(jìn)行分辨。

2.3 關(guān)聯(lián)分析

配電網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率跟其運行環(huán)境也有著較大的關(guān)聯(lián)，配電網(wǎng)設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)在一定程度上也會受到溫度、濕度等自然環(huán)境因素的影響，而通過配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率進(jìn)行監(jiān)測的話則也需要對其造成影響的各方面因素進(jìn)行分析。根據(jù)有關(guān)研究數(shù)據(jù)可以得知，配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率與溫度、濕度之間的關(guān)聯(lián)性要大一些，溫度、濕度越高的話，配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率相比平時來說也要高一些，而配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率與氣壓之間的關(guān)聯(lián)性將小一些。雖然也會受到一定程度的影響，但是這種影響范圍卻具有較大的局限性。配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)分析便是基于配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率監(jiān)測信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對相關(guān)自然因素進(jìn)行分析，以此來進(jìn)一步確保配電網(wǎng)設(shè)備的運行安全[6]。

2.3.1 自然因素

配電網(wǎng)是處于長期運行狀態(tài)之中的，其可能面臨各種各樣的惡劣天氣，不管是風(fēng)雨天氣因素還是雷電等自然災(zāi)害都會對配電網(wǎng)造成一定的安全威脅。而且不同地區(qū)的溫度、濕度也是不同的，這對于配電網(wǎng)設(shè)備的運行來說也有著一定的影響，配電網(wǎng)設(shè)備如若長期處于較為惡劣的自然環(huán)境中，那么其發(fā)生故障的可能性也將會大幅度增加，同時配電網(wǎng)設(shè)備的運行負(fù)載率也將會因為這些因素出現(xiàn)上升或者下降的現(xiàn)象，這對于配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的功能作用發(fā)揮來說有著一定的影響。

2.3.2 電氣設(shè)備自身缺陷

電氣設(shè)備自身存在缺陷的話也會對配電網(wǎng)的運行造成較大的影響，如若所應(yīng)用的配電網(wǎng)電氣設(shè)備年限較長，自身各方面都存在問題的話，那么在應(yīng)用過程中配電網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率將可能會經(jīng)常出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其出現(xiàn)故障的可能性也會大幅度地提升。

2.3.3 人為因素[7]

人為因素主要分為外力破壞和人為操作失誤兩種，其中外力破壞的話指配電網(wǎng)電氣設(shè)備、線路等遭受暴力損壞，而人為操作失誤指工作人員操作不規(guī)范引起配電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障等現(xiàn)象。人為因素在配電網(wǎng)風(fēng)險來源中占據(jù)著較大的比例，只有通過加強日常的管理監(jiān)督，才能夠降低人為因素導(dǎo)致的配電網(wǎng)出現(xiàn)故障的可能性。

3 配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警[8]

隨著社會的快速發(fā)展以及不同地區(qū)發(fā)展不均衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，對于配電需求也是處于不斷增長的狀態(tài)，而且在進(jìn)行配電網(wǎng)建設(shè)的時候也可能會由于各方面因素導(dǎo)致無法滿足所有用戶的用電需求，且在配電過程中還可能會發(fā)生各種各樣的突發(fā)情況，這都會對配電網(wǎng)的正常運行造成較大的影響。當(dāng)配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對設(shè)備負(fù)載率進(jìn)行實時監(jiān)測后，其元件重過載預(yù)警功能便能夠?qū)λa(chǎn)生的相應(yīng)數(shù)據(jù)對象進(jìn)行過濾，從而根據(jù)最終的數(shù)據(jù)判定結(jié)果來實現(xiàn)預(yù)警的目的。

3.1 對象過濾

通過配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行配電網(wǎng)元件重過載預(yù)警的時候，最關(guān)鍵的便是需要對所監(jiān)測的配電網(wǎng)元件負(fù)載率數(shù)據(jù)進(jìn)行對象過濾，根據(jù)實際應(yīng)用需求一般情況下能夠?qū)⒇?fù)載率指標(biāo)設(shè)置為二級監(jiān)測指標(biāo)和二級關(guān)注狀態(tài)，從而實現(xiàn)過濾出重點關(guān)注對象的目的。根據(jù)配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對象過濾的分析，配電網(wǎng)設(shè)備在過去一周內(nèi)的最高負(fù)載率不超過50%便屬于二級監(jiān)測指標(biāo)和二級關(guān)注狀態(tài)，說明配電網(wǎng)設(shè)備的運行處于二級運行安全范圍之內(nèi)，并沒有太大的運行風(fēng)險，而如若是超過50%的話[9]，那么便意味著配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載率數(shù)據(jù)符合一級監(jiān)測指標(biāo)和一級關(guān)注狀態(tài)，這個狀態(tài)的配電網(wǎng)設(shè)備便屬于重過載運行狀態(tài)，具有較大的安全風(fēng)險。如若不能夠根據(jù)實際監(jiān)測分析情況對配電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行運行問題排除的話，那么便可能會使得配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性大幅度提升，嚴(yán)重威脅到整個配電網(wǎng)的正常運行。

3.2 狀態(tài)預(yù)警[10]

根據(jù)配電網(wǎng)元件負(fù)載率的預(yù)測值判斷配電變壓器、線路的運行狀態(tài)，其中輕載、臨界、重載、過載的設(shè)定如下：輕載狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負(fù)載率預(yù)測值小于60%，臨界狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負(fù)載率預(yù)測值大于等于60%且小于70%，重載狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負(fù)載率預(yù)測值大于等于70%且小于100%，過載狀態(tài)下的配電網(wǎng)元件負(fù)載率預(yù)測值則大于100%。利用配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)在對配電網(wǎng)元件進(jìn)行負(fù)載率監(jiān)測的時候，便能夠根據(jù)預(yù)測值判斷配電網(wǎng)元件處于何種負(fù)載狀態(tài)中，并對其不同時間段內(nèi)形成不同負(fù)載狀態(tài)的所有數(shù)據(jù)情況進(jìn)行具體的整合和分析，最大程度上保證了配電網(wǎng)元件運行狀態(tài)的實時把控。

4 結(jié)束語

總而言之，配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)在配電網(wǎng)運行過程中有著極其重要的應(yīng)用，其能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)設(shè)備的負(fù)載率做到實時監(jiān)測，有利于保證配電網(wǎng)設(shè)備運行過程中的穩(wěn)定性和安全性。而且基于人工智能的配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)完全地將人力解放了出來，其智能化和自動化的工作模式在保證工作質(zhì)量的同時降低了工作人員的工作壓力，可以說配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)載預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用能夠從根本上推動電力行業(yè)更加快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周明龍，程晶晶.基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)的設(shè)計[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，36（3）：361-362，349.

[2] 韓笑，王春蘅.基于大數(shù)據(jù)的智能配電網(wǎng)三相不平衡負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2020，43（7）：182-186.

[3] 楊玥，張勝軍，康琪.基于電網(wǎng)運維數(shù)據(jù)的智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2017，35（4）：20-23.

[4] 段軍鵬.電力設(shè)備載流故障智能預(yù)警信息系統(tǒng)設(shè)計[J].云南電力技術(shù)，2014，42（S1）：105-107.

[5] 易曉君.電力系統(tǒng)中的智能配網(wǎng)設(shè)計研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（12）：3498.

[6] 田樹仁.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2015，34（9）：1201-1204.

[7] 裴若辰，李敬兆，王詩兵.基于CPS的電力設(shè)備在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，37（1）：80-85.

[8] 鄭開濤，劉世洪，聶秀萍，等.稻谷質(zhì)量智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].中國糧油學(xué)報，2018，33（1）：125-130.

[9] 肖艷煒.基于大電網(wǎng)的智能調(diào)度控制系統(tǒng)智能告警設(shè)計研究[J].自動化與儀器儀表，2019（2）：29-32.

[10] 朱輝，吳建輝，王玉忠，孫浩然.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)輸配電檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2020（1）：113-117.

【通聯(lián)編輯：代影】