基于大数据的配网运行监测研究

基于大数据的配网运行监测研究林光万磊石刚水清林摘要：为了提升配网运行的综合监测能力，提出文章配网运行在线、全量监测的方法，构建了配网运行监测功能架构及关联分析模型，研究了配网运行监测实现技术，提供了配网运行监测以及配网改造评价的新思路，有效解决了配网运行管理上缺乏在线明细数据支撑的问题。关键词：配网运行；大数据；全量监测；关联分析随着智能电网建设和信息技术的快速发展，智能电表得到了大面积的广泛应用，积累并正在产生大量的生产、经营业务明细数据，为电力大数据应用奠定了基础。但受专业条块管理影响，智能电表采集的海量数据未能实现跨部门的有效应用。配网是供电企业进行电能供应的最末端，供电质量直接影响到用户的生产生活。利用先进的信息化技术保证配电网运行的安全性、经济性，提高供电服务质量、同时依据实际情况对配网进行长期合理的规划便显得尤为重要。目前配网电能质量监测采取的方式是抽样监测，存在样本失真问题；配网运行监测缺乏在线数据支撑，10kV线路和台区公变等配网设备存在的重过载卡口、轻空载低效、功率因数低、三相负载不平衡、重复停电等异动未及时监测；配网资产运行效率未得到重视，配网建设与改造决策缺乏在线明细数据支撑。一、大数据全量监测基础（一）从抽样到全量的数据思维与传统大数据特点相比大数据有三大特点：相关关系比因果关系更重要，要全体不要抽样，要效率不要精确。大数据思维，首先要重视数据全面性，而非随机抽样性。传统的调查方式都是抽样的，抽取有限的样本进行统计，从而得出整体的趋势来，之所以选择抽样而不是统计全部数据，只有一个原因，那就是在技术条件有限情况下全部数据的数量太多，根本没法操作。抽样的核心原则就是随机性，不随机就不能反映整体趋势性。抽样随机性的道理虽浅显，但在实际操作中样本选取做到随机很难。数据储存技术、网络技术、流式计算处理等技术的迅猛发展，为大数据时代的到来准备了物质基础。技术瓶颈的突破，使基于明细、实时、全量的大数据应用成为可能。（二）“量价费损”在线监测构建企业级明细大数据库互联网以及智能电表的广泛应用为电力大数据的采集带来的新手段，云计算、海量数据处理技术为处理大数据带来了新方法。对全部数据进行统计分析，其结果当然会更加准确。“量价费损”在线监测正是在这个大的时代背景下，针对大数据管理特点，开展了公共数据交换模型SG-CIM拓展、海量数据管理、动态建模、平台集成一体化等数据集成共享、数据分析挖掘的关键技术研究，实现营销、用采、调度TMR等不同部门不同系统数据的有序集成，构建了基于明细数据的企业级统一、开放、共享平台。“量价费损”在线监测应用管理平台依托公司数据中心建设成果，盘活智能电能表海量明细数据，完成对营销、生产、调度等专业多系统数据的融合和挖掘。实现对覆盖“发购供售”全过程的线损、电量、电价和电费等重要经营指标的在线监测和分析；为各级领导及相关业务部门的管理活动与决策提供有力的数据支撑。通过数据中心海量数据平台的利用，实现发策、交易、营销、运监等多部门对關口计量数据应用的共享。从发策线损管理、营销用电稽查、配网生产运行等不同专业视角进行数据资产价值挖掘。（三）配网全量监测优势：基于明细、实时、全量的大数据的真实性、及时性优势分析配网运行监测是“量价费损”在线监测的一个重要研究应用，利用营销采集数据开展生产管理的台区重载过载以及低电压监测，将台区低电压、重过载异动信息按城网和农网划分提供给运检部和农电部，优化供电方式；将台区供电质量专题监测分析成果提供给发策部，为配网改造提供精准的数据服务，消除了配网运行监测管理的空白，提高台区供电电压合格率和供电可靠性，提升电网改造投入产出成效。二、配网运行监测技术实现方法（一）数据共享融合技术方案基于“量价费损”在线监测的配网运行监测是基于电力营销、调度等领域的海量大数据进行挖掘分析的监测类应用，其核心是采用“大数据”处理技术，打造稳定、安全的长链条数据集成通道，收集用电信息采集系统、营销业务应用系统TMR系统等业务系统的明细数据和档案数据，分别接入海量数据平台和结构化数据平台进行存储，利用海量数据平台的列存储特性、大数据压缩的能力，存储时标数据历史明细；在存储层上搭建并行处理架构，部署计算服务，建立流式计算机制，将所有基于时标数据的计算（包括96点及日频度数据计算）全部置于计算服务上执行，服务程序通过海量平台的JUAPI标准化接口批量读取明细数据，多线程并行计算后再将结果批量写入到结构化平台的数据库中，解决了海量大数据高速计算问题；通过二次计算、数据验证等技术手段，提升计算结果的准确性。此外，以SG-CIM共享数据模型为基础进行扩展，建立了统一的数据接入标准，保障了数据在传输、存储、计算、展现各环节的一致性。如图1所示。（二）数据集成方式数据接口有两种模式：模式一，抽取模式。数据流转如图2所示。由图2可以看出，数据接入程序部署在接口服务器上，海量数据平台从地市信息管理区内的电能量采集系统镜像库中读取最新时标数据，再由接口服务调用海量平台JUAPI的方式向海量平台写入。适合建立动态更新机制，按应用需求获得最新的采集数据。模式二，推送模式。数据流转如图3所示。由图3可以看出，数据接入程序部署在接口工作站上，用电信息采集系统调用海量平台JUAPI接口服务每天向海量平台推送当日96点时标数据。该模式适合数据交换需求业务固化的应用场景。（三）平台工具集成（SPSS，TABLEAU）数据装配问题：代码与名称匹配问题，数据组合问题。原有系统生成的数据结果与工具所要求的数据结构不一定匹配，需要原系统进行数据转换、数据传输等步骤。需要数据库维护人员完成；如需自动化连接，需要视具体要求做接口开发。数据分组：同比、环比分析需要额外对数据进行组装。数据分拣：指定合适数据范围才能得到有效结果。三、配网运行监测功能（一）业务功能架构基于智能电表采集的实时数据以及设备档案信息，配网运行监测功能结构如图4所示。（二）安全性监测（设备运行安全）1.台区容载比监测监测台区公变容载比，统计公变负荷在重载、过载、轻载、空载不同运行区间的分布情况及运行时长，综合投运时间等因素，监测重过载卡口异动及设备长期空载低效问题。2.台区负载率监测计算台区公变三相电流负载率，分别统计三相电流在重载、过载、轻载、空载不同运行区间的分布情况及运行时长，监测台区单相重过载及空载异动，提供台区负荷调整依据。3.线路负载率监测计算线路三相电流负载率，分别统计三相电流在重载、过载、轻载、空载不同运行区间的分布情况及运行时长，监测线路单相重过载及空载异动，优化供电方式。（三）经济性监测（资产效率）1.功率因数监测根据采集系统中的有功电量、无功电量，计算台/专变用户日、周、月、年的功率因数，统计功率因数的运行区段，监测功率因数异动提供给业务部门，制定整改措施，减少线路损耗，提高变压器的出力，提升供电质量。2.三相负载不平衡监测计算台区公变三相电流不平衡率，设定不平衡率阈值，监测三相负载不平衡异动，采取调整措施，减少零序电流，降低线损。（四）服务质量监测（供电质量）1.台区电压异常监测通过台区电压的全量监测，实现低电压台区、过电压台区监测。监测台区总表三相电压偏离额定电压-10%的低电压和+20%的过电压公变台区，统计异动持续时长、地域分布，与95598投诉进行关联分析，定位问题根因。2.重复停电监测根据每日台区总表掉电、复电信息和电流、电压、电量读数，综合判断公变台区停电情况，并统计停电次数和时长，对重复停电的台区进行预警，为检修公司合理安排停电计划，提高供电服务质量提供参考。（五）综合关联分析1.以配网资产的安全、经济、优质多视角及对单个设备的异动监测为基础，按照异动类型、时间特征、地域分布、异动次数、异动时长、组织机构、用户投诉、台区户均容量、设备投运时长等多维度，利用SPSS聚类分析、Tableau关联分析进行深度综合挖掘，找出配网运行异动规律性问题。*低电压台区关联分析*重过载台区关联分析*高损线路关联分析2.建立配网运行基础库、明细数据库、异动问题库，建立统一的供电服务监测支撑体系。*配网运行基础库：通过收集配网运行大数据应用业务场景，建立配网台区基础信息档案，配网线路基础信息档案。*明细数据库：基于96采集数据的海量数据平台，构成明细数据库。*异动问题库：通过设立异动规则，采用数据关联挖掘分析技术，实现在线监测，异动结果分类形成异动问题库。3.配网改造关联分析。综合异动问题库和配网改造项目储备库，进行配网改造方案的合理性评价以及配网改造成效的后评估，为配网改造提供精准的数据服务，提高配网改造投入产出成效，提升企业精细化管理水平。四、配网运行监测应用成效配网运行在线监测技术研究实现了对电压质量从抽样监测到全量监测的提升，配网设备从安全监测到资产效率监测的拓展，配网监测精细度从容载比到电流监测的细化；同时重复停电监测的实现，填补台区供电可靠性管理空白，监测视角也从安全拓展到经济、优质的在线综合监测，有力支撑供电服务质量“最后一公里”问题的解决，取得良好的经济与社会效益。1.实现电压质量的全量监测。配电网的台区是面向千家万户的重要供电服务关口，由于生产与营销专业条块化管理，台区采集数据未得到有效利用。目前，电压质量采取抽样方式进行监测，结果不能全面真实反映供电电压质量情况；利用台区总表采集的三相电压数据，可以实现采集覆盖范围内台区供电电压的全量监测，及时发现低电压和过电压台区，为配网供电方式优化提供的数据服务。2.监测视角从安全监测拓展到资产效率监测。以往负载率管理，只关注了线路的负载率，而且只从安全运行角度，对重载、过载的线路进行了监测，也就是只考虑了线路的安全性；现在将管理的范围扩展到了台区，且对线路、台区的重载、过载、轻载、空载都进行了监测既考虑到安全性，又兼顾到了配网资产的运营效率。为配网改造投入产出分析提供了精准的数据服务。3.监测精细度从设备整体容量监测细化到单相电流监测。以往重过载管理，只关注了设备的容载比，关注台区公变供电卡口问题，未对变压器每相电流进行监测。而单相电流过载时，变压器容载比并不一定过载。容载比过载需进行变压器更换，而单相电流过载只需进行负荷调整即可解决，二者的处理方式是完全不同的。将配网重过载细化到每相电流，使问题定位更准确，配网管理更精细。4.实现重复停电监测，填补台区供电可靠性管理空白。利用营销采集的台区总表掉电、复电信息、采集中断以及恢复后表码连续性特征，分析台区停电，统计重复停电次数及时长，实现重复停电监测，填补生产对台区供电可靠性在线监测管理空白。5.监测视角拓展到安全、经济、优质的在线综合监测。以往配网运行管理，重点关注线路的负载率，只对重载、过载的线路进行监测。现在将管理的范围扩展到了台区，且对线路、台区轻载、空载都进行了监测，并开展配网功率因数监测、三相负载不平衡监测、低电压台区监测、重复停电监测，从以往月频度管理提升到日频度乃至在线监测，既考虑安全性、经济性，也考虑供电服务品质，延伸了管理范围，监测视角更全面，使问题定位更准确，提升了配网在线监测能力。五、结语电力企业提升核心竞争力，应主动拥抱电网大数据，形成一种数据思维。基于这种新的数据思维方式在对大数据全量监测理论深入剖析的基礎上，以配网运行监测为典型应用场景进行了探索实践，提出配网运行全量、在线监测方法，研究了配网运行监测实现技术，构建了配网