基于多维数据特征高损台区改造线损预测效益评估模型研究

国网张家界供电公司 吴邦飞

提高电能质量，降低电能损耗是电网企业的一项长期生产管理的重要任务，随着电力体制改革的逐步深化，“减税降费”力度进一步加大，电网企业经营压力逐步增大，如何降低台区线损率，减少电能损失，提升企业效益是一个亟须研究的课题。当前，电网企业基层单位在台区线损治理方面面临长期疑难高损台区难治理，电量损失严重；缺少有效的低压台区理论线损计算方法和分析模型指导精准分析；现有线损分析方法主要对整台区线损进行分析，缺失分相、分支进行分析；对高损台区的改造的经济效益情况缺乏有效的评估手段，无法做到精准投资改造等问题。

1 影响低压台区线损因素分析

1.1 技术因素

一是电网网架结构方面。主要影响因素为末端压降、容载比、供电半径等。其中，电压层级主要为定性影响，根据标准电压序列达标情况及非标准压使用情况，查找对网架结构的影响；容载比结合电网负荷增长速度，核查是否合理；供电半径根据供电半径限值，对超标线路占比查看线路半径合理性[1]。

二是电网设备选型方面。主要影响因素为配电线路、变压器等设备选型情况。其中，输送距离、配电线路供电半径及导线截面等维度影响配电线路损耗；空负载损耗、短路阻抗设计值及容量方面对变压器型式、台数、容量影响网络损耗。

三是电网运行方面。主要影响因素为电网负荷、三相不平衡度、功率因数等方面。负载区间运行时长对台区线路负载率合理性选取的影响；三相负荷不平衡度对变压器经济运行的影响；无功补偿装置投切是否合理直接影响着损耗的高低。

1.2 管理因素

一是线损管理机制方面。线损管理工作要求、职责分工、管理流程、沟通机制、严禁事项等内容直接关系着线损的全链条、全过程、全环节管理，线损管理的好坏根本在于有无合理、健全、完善的线损管理机制。

二是基础档案管理方面。线路图形端是否与现场一致、线变关系是否正确、模型配置是否合理、流程是否滞后、基本参数是否正确等实时影响着配电线路的日线损。

三是计量采集管理方面。计量装置错抄、漏抄、串抄、信号无法正常传输、偏远地区信号差、时钟超差、计量精度差错等，均为引起关口、用户、台变等电量计算异常，进而影响线路线损率。

四是用户窃电方面。客户以逃避缴纳电费为目的，对计量装置进行人为干预、私自接线等违法操作，导致窃电客户电量少记，线损电量突增。

五是考核激励方面。奖惩考核机制力度不大、考核不及时，考核只进行奖励不采取惩罚措施、考核范围不足、考核指标设置不合理等均为影响线损的完成。

1.3 降低线损的技术措施

采用技术措施进行线损的控制是线损管理的重要组成部分，电网企业对这项工作较为重视，拟采取的主要技术降损措施主要有以下几点。

1.3.1 对台区内电网结构进行合理调整

电网结构的设计问题将会对电网线损造成极大的影响，其主要影响电网线损的方式是由于台区配电站所规划位置，而造成的供电半径过大而引起的线路损耗过大问题，面对这样的情况，首要的降损措施就是要合理的规划供电站位置，有效地缩短供电半径以减少输电线路过长造成的线损增加[2]。

1.3.2 合理地对线路中的运行电压进行调整

为了降低线路线损而进行的电压调整是利用调相机手段对运行电压进行调整，其中控制电压与线路线损之间的互相关系如下式：

上式中，ΔP%为有功功率的损失率，a 代表着提高电压的百分比，从式子计算过程中可以看出，若a 值增加则会造成P 值的减小，那么也就意味着在合理的范围内提高线路内电压能够促进线损的降低，同时电压增高也能提高线路输电的能力，利于配电网供电半径的扩大。

1.3.3 配电网的无功补偿

对电网而言，变压器本身的存在就是一个较大的负载，在变压器运行中既会产生有功功率，也会产生无功功率。在线损的计算过程中，有功功率所消耗的电量形成对应的功能，而无功功率因为其不产生做功，就会造成线路内对应的有功损耗，同时这样的损耗也会极大地影响电能的质量，故而电网在其运营过程中一般会对变压器进行对应的无功补偿以减少这部分线损，包括：低压集中补偿、变电站集中补偿和用户端随机补偿。

2 基于多维数据特征的高损台区改造线损预测效益评估模型研究

2.1 多维数据特征指标

多维数据有多种，电气特征数据如电压、电流、功率，台区基础特征数据如线路长度、线路型号、供电半径、变压器容量、供电量、售电量、用户负荷性质等。考虑这些特征数据指标对线损影响的大小、获取的难易程度，选取功率因数、负载率和线路长度等作为台区的电气特征指标，构建了12个原始多维数据特征指标：首末端压降、上网电量占比、末端电量占比，负载率、功率因数、负荷形状系数、三相不平衡度、网架结构、供电半径、台区总用户数、供电量和售电量。

2.2 线损预测模型设计思路

线损预测模模型设计主要依据电网公司现有线损管控系统功能上数据深入挖掘和扩展，通过对用电采集的电能量数据进行有效分析与计算后，计算出各个台区的线损损耗。服务端应用程序将采用目前主流的JAVA 技术，SQL Server 据库进行设计，同时采用现有的电力光纤网络作为数据传输介质进行搭建数据共享的桥梁。系统整体设计采用在B/S三层架构基础上扩展的多层B/S 结构，基于J2EE开发技术架构，使用Eclipse 等工具进行开发，考虑到不同业务对不同技术架构的适用性，在系统框架中兼容多层服务架构与B/S 和C/S 混合架构，同时系统采用分层结构开发和设计，依照界面、业务逻辑、数据、接口分离的系统内部松耦合原则，将整个系统划分为界面层、业务逻辑层、数据访问层和接口层。

各个不同的功能层次负责处理相应的系统功能，各自完成整个应用系统的各层次功能，最后实现供电台区线损预测。通过理论探索与实证研究、系统分析与管理创新相结合的研究思路，对公司在线损管控方面有较强的指导意义和可操作性，有利于持续提高供电企业管理水平，改善企业经营效益，提高服务水平，完善电网结构，提高供电能力。

2.3 线损预测模型功能需求分析

本文中的基础数据模块与电气数据模块数据可以从电网公司现有的“一台区一指标”营销管理系统和用电采集系统中进行数据获取，完成数据的调用，手动导入同步到线损预测模型系统中；线损预测模型系统中新增的信息将由本系统的维护人员在系统进行维护即可完成基础数据操作，主要调用的数据如下所示。

一是关于基础数据部分：本模块的信息将引用“一台区一指标”营销管理系统和用电采集系统中的部分组织架构与台区基础信息。包含数据日期，市，县，所，首末端压降、上网电量占比、末端电量占比，负载率、功率因数、负荷形状系数、三相不平衡度、网架结构、供电半径、台区总用户数、供电量和售电量。

二是关于台区合格区间数据部分：线损预测模型系统的电气信息数据将引用用电采集系统中的曲线数据、历史数据信息。包含数据日期，供电单位，县级单位，供电所，台区，台区编码，台区标识，台区类别，台区责任人，供电量，售电量，线损电量，线损，理论线损率，数据情况，影响线损最大因子。

2.4 线损预测模型功能模块设计

线损预测模型软件由1个主模块和4个子模块组成。主模块完成软件执行的选择控制功能；子模块从主模块调用。每个子模块完成1个特定执行功能。4个子模块分别为：数据导入模块、数据查询模块、计算模块、数据库模块。模型主程序流程图如图1所示。

图1 模型主程序流程图

2.4.1 数据导入模块

数据导入功能是指，系统须针对面向非介入式负荷辨识的特征分析中所需的所有数据，提供在线和快速导入服务，将数据统一地导入到本系统中，作为数据在线分析的支持。系统的数据导入功能以EXCEL 表格文件的组织形式导入，系统需要支持对本地EXCEL 文件的上传、内容格式检查及识别，并将其保存到本系统中。

2.4.2 数据查询模块

由于本系统的元数据存储基于Access 来实现，因此查询模块必须支持以关系数据库作为元数据方案。此外，查询模块需要根据元数据信息，正确地规划和执行查询任务，并能实现结果数据的正确聚合和返回。

2.4.3 计算模块

通过对导入的台区电气数据和基础数据，探索台区电气特征指标分布及与线损率的关联关系确立模型输入。运用基于LightGBM 技术的台区线损率计算方法，揭示电气特征指标和模型参数选取对台区线损率计算精度造成的影响，从而构建线损合理区间计算模型。

2.4.4 数据库模块

Access2010数据库是Microsoft Office2010系列应用软件中一个重要的组成部分，相对于其他的应用软件，Access2010界面友好、操作相对简单、功能较全面，系统提供了大量的工具和向导。

3 典型案例对比分析

本文以某市10个高损台区在降损措施实施前后的线损率数据进行理论计算，首先导入（写入）台区实际参数信息，通过模型计算得出台区线损，再通过修改特定参数信息（如改造某分支线路线径、长度），在现有管理条件不改变，测算改造后的台区线损率，再根据高损台区改造实施后线损结果与测算值比较，进而验证台区线损测算模型精准性，不断试验修完善测算模型，并提供了对应的降损方案。

3.1 降低三相不平衡度情况

降低三相不平衡度对比线损变化情况。以台区1300343831为例，2022年3月12日的线损率为14.04%，而理论线损率应为4.2%，该台区的三相不平衡度为71.3%，通过减少10%的三相不平衡度，则模型计算的理论线损率为3.36%，在原模型计算线损率基础上降低了0.84%，同样方法对其余9个台区计算结果见表1。

表1 降低三相不平衡度对线损的影响

3.2 改变首末端压降情况

改变首末端压降对比线损变化情况。以台区1300350525为例，其2022年3月5日的实测线损率为8.92%，理论线损率应为4.4%，台区的首末端压降为6.61V，降低4V 的首末端压降后，模型计算的理论线损率为3.63%，在模型计算线损率基础上降低了0.77%，其余9个台区线损率均不同程度降低，计算结果见表2。

表2 改变首末端压降对线损的影响

4 结语

本文对某市低压电台区进行了相关研究，建立了基于多维数据特征的高损台区改造线损预测效益评估模型，通过运用线损模型预测，指导电网基层单位根据多损电量、理论线损、改造投入、经济效益等因素综合评估开展台区降损改造，以实现精准改造，精准降损，提高投资效益的精益化管理目标，为电网企业降损增效，提质增效提供有力保障。