基于大数据的配电网线损分析

文/陆巍

基于大数据的配电网线损分析

文/陆巍

从PMS、用电信息采集等电网运行管理系统中及时获取配网线损计算所依赖的出线开关、公专变等设备台帐、电网拓扑、电网运行数据；构建电网能量节点数据模型，实现各类基础数据管理、关联对照、异常诊断，提升基础数据整体质量，为线损计算与分析奠定基础；采用分布式计算技术，保障供售电量时间同步，实现动态的配网线损计算与可视化展示，使线损管理人员能够动态、准实时的掌握企业各级供用电量、线损状况，分析配电网线损的构成及原因，提出降损措施的建议，满足了线损管理日益精细化要求。

能量节点 基础数据管理 损耗成因大数据 分布式计算 分布式存储

1 引言

配网设备覆盖范围广，配网拓扑结构复杂，运行方式多变，为了更加准确的计算配网线损，需要利用多个业务系统的海量电网运行数据进行联合分析和数据挖掘，而采用传统技术在处理时存在计算速度慢、计算周期长、扩展性差等缺点。同时随着越来越多的分布式电源接入电网，使部分用户即是电能量的购买方又是供给方，加大了线损计算的难度。

随着国网公司信息化建设与应用不断深入，在多个专业领域建成并应用了多套业务系统（如营销管理系统、生产管理系统、SCADA系统、电能量采集系统、用电信息采集系统、电网GIS系统等），产生了海量的电网运行数据。国网安徽省为例，两年时间就积累了约300多亿条电网运行数据，同时还会以每天4200多万条的速度在增加。这些数据具有大数据量、多样性、速度性、高价值性的特性，这是典型的大数据特征。

随着互联网、云计算等信息化技术的快速发展，以分布式存储、分布式计算、海量数据挖掘为代表的大数据技术得到了空前的发展，并日趋成熟。大数据技术为配网线损计算与分析提供了有效的技术手段。

图1

2 原理与设计

2.1 设计原理

图2

图3

图5

利用数据抽取技术，从电能量采集、用电信息采集、SCADA、营销管理、PMS、国网GIS等电网运行管理系统中，及时获取配网线损计算所依赖的出线开关、公专变等设备台帐、电网拓扑以及电网运行数据，为线损计算与分析做好数据准备；构建电网能量节点基础数据模型，实现各类基础数据管理、关联对照、异常诊断，提升基础数据整体质量，为线损计算与分析奠定基础；采用分布式计算技术，保障供售电量时间同步，实现全面、透明和动态的配网线损计算与可视化展示，使线损管理人员能够动态、准实时的掌握企业各级供用电量、线损状况，分析配电网线损的构成及原因，提出降损措施的建议，满足了线损管理日益精细化要求，保障电网经济运行，提高企业经营效益。

2.2 业务需求

配网线损管理的业务需求主要包括基础数据管理、线损计算与分析两大部分。其中基础数据管理业务需求包括：

（1）进行出线开关、公变、专变、分布式电源等电网能量节点基础台账管理以及电网拓扑管理；

（2）进行各类基础台账和电网拓扑数据关键属性的异常分析；

（3）开展异构系统间基础设备台账的关联对照；

（4）进行出线开关、公变、专变、分布式电源等采集数据管理与采集率分析；

（5）进行源头系统数据接入服务接口的配置与管理。

配网线损计算与分析主要业务需求包括：

（6）实现主网开关、公变、专变等电网能量节点自动采集周期性电量计算；

（7）实现电网能量节点电量数据异常分析和可用率分析；

图4

（8）实现配网运行方式变化管理；

（9）实现配网线损计算、可视化展示与成因分析。

2.3 技术架构

如图1所示。

2.3.1 数据源

线损计算与分析所依赖的基础数据主要来源于PMS、电网GIS、SG186营销、电能量采集、用电信息采集以及SCADA系统。

2.3.2 数据采集层

通过Sqoop组件实现配电网各类基础台账数据、电网拓扑和自动采集数据的抽取，并将抽取内容经过清洗和转换之后，存储到Hadoop 的存储组件( 如 HBase 和 Hive) 中。

2.3.3 数据存储层

电网设备台账等结构化数据存在HBASE中，供系统随时频繁调用；电网运行数据存放在HDFS中进行分布式存储，供数据处理程序进行分布式离线计算调用。

2.3.4 数据处理层

提供基于批量计算、内存计算的分布式计算框架，以及数据挖掘、多维度分析等数据分析算法，为构建上层的高级数据应用提供算法库。

2.3.5 业务模型层基于数据处理层

图6

为上层应用的构建提供业务模型。根据配网线损管理的业务需求，采用聚类、回归、分类、关联分析等数据挖掘算法开展线损计算与损耗成因分析。

2.3.6 应用展示层

采用B/S结构，向用户提供便捷、美观的操作页面，能够从多个角度全面、详细、深入的展现配网线损计算过程与结果。

2.4 配网分线线损计算模型

以图2中配网线路为例，设计当运行方式发生变化时配网分线线损的计算模型。

当联络开关D断开时，关联线路1的损耗电量=A1电量-（B1电量+C1电量），关联线路1的配网分线损耗模型，如图3所示。

当联络开关D合上，造成运行方式发生变化时，关联线路1的配网分线损耗模型如图4所示。

2.5 系统主要功能

如图5所示。

系统功能包括基础数据管理、线损管理和集群管理三大部分，其中基础数据管理主要包括基础台账管理、采集数据管理、采集率分析、采集异常分析与处理、台账对照；线损管理主要是指配网线损计算与分析；集群管理主要包括：集群存储、集群计算和集群日志管理。

2.5.1 基础台账管理

实现出线开关、公变、用户以及相关的拓扑和计量点台账管理。

2.5.2 采集数据管理

实现各类配电网设备采集电量指数和负荷数据的管理。

2.5.3 采集率分析

按设备分类和周期进行采集数据的采集率分析。

2.5.4 采集数据异常分析与处理

实现各类采集数据的异常分析，包括缺采、冒大数等，并针对采集数据特点开展异常数据修正，完善采集数据质量。

2.5.5 台账对照

建立设备唯一试图，实现系统间相同设备的一一对应，保障电网基础信息的唯一性。

2.5.6 配网线损计算与分析

利用电网设备台账、拓扑和采集数据，保障供售电量时间同步，开展配网分线线损计算与损耗成因分析，并按部门、班组实现线损指标的分解与考核。

2.5.7 集群存储

对数据存储节点及数据进行管理，实时显示数据容量，节点健康度，节点磁盘使用情况等。

2.5.8 集群计算

对系统计算节点及计算任务进行管理，实时显示系统计算节点负载情况，监控计算任务执行过程，同时对业务计算任务进行计划调度。

2.6 典型界面

如图6所示。

3 实验与结论

本文重点研究利用大数据相关技术开展配电网基础数据管理，支撑配网线损计算与分析，其中基础数据管理实现了配电网各类基础数据的抽取、存储与统一管理，解决了多系统间数据唯一性和准确性的难题，为配网线损计算提供了透明共享和准确的数据环境，推动了企业基础数据管理工作的不断完善。通过开展配网线损计算与分析，使线损管理人员能够动态、准实时的掌握企业各级供用电量、线损状况，满足了线损管理日益精细化要求，同时大大增强线损管理工作的协同性，大幅度减少线损工作人员在线损计算统计中的时间和精力开销，将更多的人力精力集中到线损问题分析和降损措施研究上。通过线损精细化管理保障了电网经济运行，提高了企业经营效益。

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作者单位 国网安徽省电力科学研究院 安徽省合肥市230000

陆巍（1964-），男，高级工程师，从事配电生产管理与信息化研究工作。