基于业务数据分析的台区线损管控系统设计

赵旻昱，徐熠彬，傅冠凯，张敏

（国网甘肃省电力公司，甘肃兰州 730030）

现有各级电力公司的电力和线损统计管理系统只有大规划管理信息系统，该系统只实现了传输和分压计算线损水平，资源数据采集、智能分析、计划评估等指标管理功能尚未实现[1]。在线损方面，由于缺乏统一的线损管理系统，目前各专业领域的相关系统均可作为辅助，但各有侧重，各自独立运行，缺乏交互系统会形成信息孤岛[2]。电网GIS 系统和SCADA 系统的重点是线路和变电站的拓扑结构一旦改变，那么规划系统重点的电力指标也将发生变化。电力数据的采集、分析、审核、报告、汇总、统计等各方面自动化程度较低，与此同时，由于客观变化如换线、换表或人工控制主观因素，电源线损指标的真实性、准确性很难保证，精益管理也很难提高。因此，设计了基于业务数据分析的线损管理控制系统。在输配和使用过程中，充分利用电力公司数据资源，整合线损发电过程中相关信息，实现电力自动采集和监测。

1 系统体系架构

在电网全业务数据分析领域，以大数据平台为基础，主要完成核心业务系统的ERP、生产、销售、调度、实时采集、分析与决策等数据提取与整理，完成对统一数据模型和主数据标准的验证以及对整个业务系统的统一数据分析[3]。

图1 所示为基于业务数据分析台区线损管控体系架构。

图1 基于业务数据分析台区线损管控体系架构

1）接入层

接入层主要通过与SG186 市场营销系统、电力用户用电信息采集系统、电能信息采集系统、EMS/SCADA 等业务系统的集成，从业务支持系统中获得线损计算数据[4-6]。数据集成界面是通过适配器数据集成模式定制的。为确保ICSP 的安全和正常运行，PGD、PGC 和VPP 编程序线必须与其他ADA 等业务电路完全隔离[7-9]。PIC18F4550 具有USB 接口，采用总线供电方式，所用电源均来自USB。其中D+和D-是四根USB 线中的两根数据线，用于USB 通信。PIC18F4550 有一个内置3.3 V 的稳压器，可提供内部收发器和内/外部上拉电路[10-11]。

2）云计算层

线损统计计算数据量大，数据存储和计算处理需要引起高度重视。使用基于OracleDB 计算平台来处理海量数据，并结合计划调度与调度管理应用数据模型[12-14]。图2 所示为OracleDB 的存储结构。

图2 OracleDB存储结构

3）应用层

云存储器提供的API 接口是一种预定义的功能，旨在向应用程序和开发人员提供访问基于特定软硬件的一组例程能力，而不需要访问源代码或了解内部工作机制的细节。采用国网统一技术平台，建立线损管理系统，并在图3 中显示了系统物理部署方案。在此基础上，基于功耗和模型的系统数据管理，能够实现线损在线同步、线损实时统计，结合线损计算结果，对具体线损波动的实际原因进行了分析，为闭环线损全周期评估提供管理环境，为减少损耗提供辅助决策支持[15]。

图3 系统物理部署

2 系统功能设计

2.1 线损管控需求分析

从系统功能的角度来看，应确定系统不同功能之间的关系，按照功能要求设计数据库。根据供电公司对线损管理的要求，结合电力市场工作环境，推导出线损管理流程，如图4 所示。

图4 线损管理工作流程

由图4 可知，对各层级的考核表进行抄表工作，需先通过专业人员向线损管理系统输入抄表数据或通过远程抄表返回系统[16]。按照数据算法对相关线损管理系统进行评估，在线损法中，专业部门负责将线损计算法的结果提交给线损管理评估部门，每个月该部门工作结束后，将初始化数据作为下个月重新开始工作的基础数据。

线损管理系统应该提供简单易用的数据输入功能，线损管理应该提供相应的数据修改功能，修改传输过来的错误数据，这些数据随后需要通过系统批准后进行修改，而且系统中要有修改过程记录，这样可以有效避免数据被随意修改现象发生。

2.2 元件损耗分析

2.2.1 配电线路损耗

假定有功和无功通过配线是已知的，那么配线在时间t上产生的功率损耗如下：

式（1）中，Pi表示在线路i内的有功功率；P′i表示在线路i内的无功功率；Ui表示在线路i内的平均电压；Ri表示在线路i内的导线电阻；ni表示电路总段数。

2.2.2 配电变压器绕组损耗

在时间t内，如果绕组上电流保持不变，那么所产生的绕组损耗为：

式（2）中，ΔPhi表示第i台配电变压器在出现短路问题后产生的损耗功率；Ihi表示绕组电流；I′hi表示额定电流。

2.2.3 配电变压器铁芯损耗

在时间t内，铁芯损耗计算公式为：

式（3）中，ΔPOi表示第i台变压器的空载损耗功率；UOi表示第i台变压器的额定电压；U′Oi表示第i台变压器线路内的平均电压。

2.2.4 电缆线路损耗

第i条电缆线路损耗的计算公式如下：

2.3 增加无功补偿管控

电力系统通过无功功率补偿降损，无功当量用Cα表示，计算公式为：

式（5）中，ΔP1表示增加无功补偿容量前的有功损耗；ΔP2表示增加无功补偿容量后的有功损耗；Qc表示无功补偿容量；Q表示无功补偿前的无功功率；U表示运行定压；R表示串联补偿前的无功电阻。

如果串联元件只考虑上一级电压母线，则可确定无功补偿设备以前各个串联元件的无功经济当量。基于此，增加无功补偿降损电量计算公式为：

式（6）中，λ′表示介质损耗；t′表示无功补偿设备投运时间。根据上述内容实时监测线损，开展线损计算，改变当前每月线损周期，有助于尽快发现线损异常，增加处理时间。

3 实 验

针对基于业务数据分析的台区线损管控系统设计合理性，进行实验验证分析。

3.1 实施背景

在2010 年，东莞局建立了电能量自动采集系统和计量自动主站系统，对线损异常情况进行监测和分析，实现了5 000 多条配网线路和站点超过10 000 处的线损异常情况，全年无规律波动。线损率尽管每年都在下降，但下降并不明显。其主要原因是①调查范围广、用户多，现有人力不能满足其需要；②窃电行为较为集中、分工明确、方法隐蔽、不易发现；③测量仪器精度不高，测量范围过宽或接线错误；④用户资料丢失，造成统计错误。基于该背景，进行实验验证分析。

3.2 线损率管控效果分析

统计6 个区域的供电量和售电量，如表1 所示。

表1 6个区域供电量和售电量统计结果(万kWh)

在表1 数据的支持下，将传统采用的SCADA 系统、电网GIS 系统和基于业务数据分析系统的线损率管控效果进行对比分析，结果如图5 所示。

图5 3种系统线损率管控效果对比分析

由图5 可知，使用SCADA 系统的6 个供电所都与实际值出现较大误差，其中在大沙供电所处最大偏差为0.45%，与去年对比，线损下降幅度较小；使用电网GIS 系统的6 个供电所都与实际值出现误差，其中在龙甫供电所处最大偏差为0.28%，与去年对比，线损有所下降；使用基于业务数据分析系统线损率在大沙供电所、东城供电所、龙甫供电所出现一定偏差，最大误差为0.05%，其余供电所线损率实际值与分析值一致。由此可知，该系统管控效果较好。

4 结束语

通过对电压分配器、线分配器和分配器进行实时统计，提供线损管理的详细数据，确定核心业绩评价指标，保证线损率计算结果能够真实反映各个单位实际情况，由此提供与制定综合计划有关的电力销售、利润等核心业务指标的可靠依据。