配电网规划工作的数字化转型研究

黄晓晖

(广东电网有限责任公司佛顺德供电局，广东 顺德 528300)

目前配电网内增设了大量变通性资源，这些资源均具备节能减排的作用[1-3]，调节这些资源后改变了传统配电网潮流，由单向更换为双向，导致其运行的稳定性降低，增加了配电网规划工作的难度。在配电网中应用数字化技术[4]，可提升变通性资源的利用率和规划效率，降低投入及运行成本。配电网规划工作既要具备精准的量化能力，又要具备较高的协调能力，为提升这些能力，需要利用数字化技术[5-6]。将数字化技术应用到配电网中，作为系统的输入，这些研究均为配电网规划工作提供科学依据，云计算与大数据等技术的崛起，促进了配电网规划工作的发展。随着数字化技术的不断完善，可在不同规划业务中提取数据，应用于各大领域中[7]，但该技术的缺点是提取的数据包含部分无效异常数据，还需利用相关方法改善数据提取的精准性。

将数字化技术应用到电力企业中可提升电网和用户间的交互性，使得数字化转型成为配电网规划工作的关键技术[8]，方便规划工作人员分享规划结果，提升规划工作的高效性与科学性。近年来，国家提倡构建数字电网，以数字化转型为技术支持，达到电力企业在线管理与用户全新体验等的电网构建目的。王子阳等[9]通过研究企业数字化转型路径，完成企业的商业模式变革，提升企业经济水平。为此研究配电网规划工作的数字化转型，通过构建三维可视化的数字化转型架构，提高架构数据处理精准性，实现配电网规划工作的数字化转型，该方法不仅能够提升配电网经济水平，还能改善其供电水平。

1 配电网规划工作的数字化转型研究

1.1 中压配电网规划工作区域概况

某市共包含291条10 kV线路，总长度3 260 km，属于公用线路的有269条，总长度2 993 km，公用配电为2 959台，公用配电总容量1 569.7 MVA，开关总数1 647台；10 kV线路绝缘化率为53.99%，电缆化率为12.96%，供电可靠率RS-1与RS-3均为99.97%，综合线损率为3.32%，D类电压合格率为99.94%。某市的配电网线路装备情况见表1。

表1 配电网线路装备情况Tab.1 Distribution network circuit equipment

从表1中的数据可知，某市配电网线路装备水平较高，均符合电力公司内配电网技术的有关规定。

1.2 数据集成

数据集成属于数字化转型架构中的关键技术，配电网规划工作的数字化转型过程中包含各种来源的数据，这些数据存在异构性与海量性等特点，获取配电网工作规划相关数据是完成数字化转型的前提，相关数据描述见表2。

表2 相关数据描述Tab.2 Relevant data description

数据集成过程中的技术难点见表3。

表3 技术难点Tab.3 Technical difficulties

针对表3的技术难点做出如下处理：通过构建语义块的HTML页面结构模型对比分析语义块，识别数据值的角色，推理数据模式与抽取规则，完成数据抽取[10]。依据关联规则支持度、置信度与相关度，求解危险性数据诱发度，去掉多余数据[11-12]，通过增量式方法检验诱发因子，塑造检验索引，利用关联规则处理诱发因子数量，完成数据检验。通过深度受限玻尔兹曼机映射各种格式的异构数据，使其存入到唯一的嵌入式向量空间，完成数据融合。

1.3 数字化转型架构

配电网规划工作的数字化转型的三维可视化架构共包含6个层次，其总体架构如图1所示。该架构中通过6个层次共同协作，根据数据集成，获取配电网工作规划相关数据，利用大数据、可视化与三维数字化等方法[13-15]，完成配电网规划工作的数字化转型、数据移交接收、三维可视化展示和三维基本服务功能等操作，实现信息交互，降低出现信息孤岛概率。该配电网规划工作的数字化转型的三维可视化架构的数字化转型功能模块如图2所示。

图1 总体架构Fig.1 Overall architecture

图2 数字化转型功能模块Fig.2 Digital transformation function module

数字化转型功能模块主要可以进行配电网规划场景和数据的共享，并定位配电网规划场景和设备，实现配电网规划工作的查询和统计。该配电网规划工作的数字化转型的三维可视化架构的数据移交接收功能模块如图3所示。

图3 数据移交接收功能模块Fig.3 Data transfer and receiving function module

数据移交接收功能模块主要可以导入配电网规划数据，对其进行质量检测、入库、存储、共享以及维护等。该配电网规划工作的数字化转型的三维可视化架构的三维可视化展示功能模块如图4所示。三维可视化展示功能模块主要可以进行配电网规划场景可视化展示，并能够可视化以及检索配电网规划信息和电力要素，对配电网规划信息和资料进行查询统计。该配电网规划工作的数字化转型的三维可视化架构的三维基本服务功能模块如图5所示。

图4 三维可视化展示功能模块Fig.4 Three dimensional visualization display function module

图5 三维基本服务功能模块Fig.5 Three dimensional basic service function module

三维基本服务功能模块主要可以实现配电网规划场景浏览、查询定位以及分析量化，并对配电网规划图层进行控制，展示配电网规划专题信息并进行标注。

2 实验分析

为提升配电网供电水平与经济效益，以某市区域配电网为例，利用所提方法对区域配电网规划工作开展数字化转型研究。

配电网规划工作在数字化转型过程中会产生大量数据，数据抽取与融合效果直接影响数字化转型效果，针对不同数据来源，所提方法数据抽取的有效性测试结果见表4。

表4 数据抽取的有效性测试结果Tab.4 Effectiveness test results of data extraction

分析表4可知，所提方法能够抽取各数据来源中的全部数据项，且最高数据抽取误差仅达0.014。由此可知，所提方法可精准抽取数字化转型过程中的数据，利于提升后续配电网规划工作的高效性与经济性。

在数据融合过程中，会出现部分无效异常数据，在其不同发生概率时，所提方法数据融合的均方误差如图6所示。

图6 数据融合的均方误差Fig.6 Mean square error of data fusion

分析图6可知，概率与数据融合的均方误差成正比，在概率为30%时，均方误差趋于稳定，稳定在0.034左右。由此可知，所提方法具备较优的数据融合效果。

该区域配电网包含A-G共7个负荷节点，b-i为分支节点，数字化转型前后该区域配电网规划方案如图7和图8所示。

图7 数字化转型前的配电网规划方案Fig.7 Distribution network planning before digital transformation

图8 数字化转型后的配电网规划方案Fig.8 Distribution network planning after digital transformation

图7和图8中，实线代表可能架设的线路，虚线代表实际架设线路。2种配电网规划方案的经济指标见表5。综合分析图7、图8与表5可知，2种方案的规划路径不一样，但路径总长度一致。因此，2种方案的投入成本一致；数字化转型前比数字化转型后的运行成本低，但剩余成本高于数字化转型后，维修、故障、废弃成本代表配电网运行的可靠性，说明数字化转型后的配电网规划方案可靠性较高，数字化转型后的总成本低于数字化转型前的总成本。由此可知，数字化转型后可提升配电网的整体经济效益，利于配电网的长远发展。

表5 数字化转型前后配电网规划方案的经济指标Tab.5 Economic indicators of distribution network planning before and after digital transformation

应用数字化转型后的配电网规划方案1年后，该区域配电网的环保效益测量结果见表6。

表6 环保效益测量结果Tab.6 Environmental benefit measurement results

分析表6可知，数字化转型后配电网规划方案可有效减排SO2、NOx、CO2排放量，且减排数值较高，针对环保情况年节约成本高达842.51万元，数字化转型后的配电网规划工作具备三维可视化操作特点，可及时发现SO2、NOx、CO2排放量高的燃煤电厂，并将其更换为可再生利用资源率高且污染小的发电设备，提升配电网的环保效益。

数字化转型前与数字化转型后2种配电网规划方案分别应用一年后，2种方案的配电网线路装备变化情况见表7。分析表7可知，在网架结构方面，转型后的配电网规划指标中，线路联络率显著提高，说明配电网的可靠性得到提升；在供电能力方面，转型后指标中仅有容载比与平均负载率变化幅度较小，其余指标均有显著提升，说明配电网的供电能力得到提升；在供电质量方面，转型后的综合电压合格率有所提升，高达100%；在装备水平方面，转型后的绝缘化率未发生改变，与转型前一致，均可达100%，但电缆化率有所增长，说明装备水平有所改善；在经济运行水平方面，综合线损率有所下降，代表电能损耗呈下降趋势，即经济运行水平呈上升趋势；在智能化水平方面，配电网自动化覆盖率与新能源消纳率均有所增长，均可达100%，说明数字化转型可提升配电网规划的智能化水平。

表7 2种方案的配电网规划指标变化情况Tab.7 Distribution network planning index changes of two schemes

应用数字化转型后的配电网规划方案1年后，该区域的配电网问题得到改善，改善程度见表8。

表8 配电网问题改善程度Tab.8 Problems improvement degree of distribution network

分析表8可知，数字化转型后的配电网规划方案可有效改善数字化转型前配电网规划中出现的问题，其中负载较重与干线线规不统一问题均已完美解决，其余问题的平均改善程度可达96.25%，说明数字化转型可改善配电网规划中出现的一系列问题，利于配电网规划工作的长远发展。

3 结论

在大数据背景下，互联网的发展速度飞快，为配电网规划工作带来一定的冲击性，电力企业在确保配电网运行安全性的同时，还要增强规划的创新性，提高科学水平，降低运行及投入成本，配电网规划工作的转型是必然趋势，为此研究配电网规划工作的数字化转型，提升配电网的可靠性、供电水平，节约总成本，为电力企业创造更多的商业价值。