基于迭代策略的三相负荷不平衡大数据分析与治理方案

李一卓，张 娟，杨德浩，鲁帅征，王 芳，张运飞

（国网河南省电力公司新野县供电公司，河南 南阳 473500）

关键字：低压配电网；三相不平衡；解决策略；用电习惯中图分类号：TM764

1 系统需求

在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中，由于用户多为单相负荷或单三相负荷混用，用户负荷大小、空间分布和用电时间不同，并且这种用电不平衡状况呈现无规律性，也无法事先预知，所以，电网中三相间的负荷不平衡是客观存在的。三相负荷不平衡会对配电网供电安全、供电质量、增加线路损耗和经济运行产生不良影响，是配电网运行薄弱环节的主要体现之一。

针对这一问题，本方案在影响配电台区三相负荷平衡的多重因素中找出关键因素，提出了“三相负荷时序上的空间多点均衡”的概念，通过建立配电台区户表定相档案、载波采集户表负荷曲线、全台区户表负荷曲线数据统一计算、同负荷性质分组、户表用电时序及空间分布特征分析、外部因素加权处理、可闭环迭代分析与治理的策略模型和管控流程，利用大数据、云计算、宽带载波等最新的前沿技术，分析用户的用电性质与用电习惯，结合权重、方差、拟合曲线等数学思维，建立计算模型，利用云服务器的计算能力，得出最优条件下的调相结果，然后现场调整用户的表计相序，最终在空间、时间维度上实现低费用解决台区三相不平衡问题。

2 方案设计

2.1 理论依据与实践依据

用户的用电性质基本固定，用电习惯短期内变化不大，具体到某户，在时间上有一定的规律性；用户在台区内的空间分布基本不变，户表所接电网的相序基本不变，时序上的用电负荷变化不大。这使得通过分析计算单位时间内的所有用户负荷在空间、时间轴上的合理分布，最终实现“三相负荷时序上的空间多点均衡”的概念具有了理论依据。

随着智能电能表的普及，通信技术和计量方法的提升，单位时间内的负荷计量数据可以达到分钟级、小时级。现有智能电能表已经存储的小时级负荷数据，可以实时获取。这是本方案的主要实践依据。

云计算、大数据分析、载波等技术日趋成熟，为本方案的实施提供了有效的技术保障。

2.2 策略模型和管控流程

本方案的策略模型和管控流程如图1所示。

图1 策略模型和管控流程

2.2.1 基础档案准备

台区户表档案，主要是通过现有电力营销系统对外提供的数据接口获取。一般是通过XLS文件导入。

2.2.2 户表定相、定位、定性

由于前期规划和后期管理的缺位等历史原因，配电台区线路复杂，户表接线零乱，不易分清相序。本方案利用载波过零耦合数字信号技术，通过核相仪主控端按相序定时下发、核相仪从端接收的方式实现快速核相，同时通过核相仪从端的红外、蓝牙接口实现户表、手机App 之间的通信，实时记录户表地址、核相结果，并与管理系统的档案匹配，最终实现户表定相。同时，利用手机的定位功能，记录表计位置，便于后期查找表计，提升工作效率。另外，现场情况比较复杂，如医院、政府单位、通信基站等，不能随意停电和换相，这一部分用户要按负荷固定处理，参与大数据分析，但按定性处理。

2.2.3 数据准备

数据准备工作主要采集全台区户表小时负荷计量数据。采集方法是通过载波方式抄读智能表内已有的小时负荷数据，存储到云服务器，形成历史负荷曲线，为大数据分析提供依据。

2.2.4 云计算、大数据分析

有了全台区的户表档案、相序档案和户表历史小时负荷计量数据，即有了用户性质、用电习惯等计算依据，结合权重、方差、拟合曲线等数学思维，设定目标不平衡率，建立计算模型，利用云服务器的计算能力，得出最优条件下的调相方案。

2.2.5 现场调相

依据大数据分析计算出的调相方案，利用App定位功能，现场人工调相，并记录调相结果，反馈到云平台。

2.2.6 调相结果核对、效果验证

现场调相后，利用现有的电力用户用电采集系统，采集台区总表的三相负荷数据，计算调相后的不平衡率，验证调相结果。如果调相结果没有达到预期，再次进行数据准备，云计算、大数据分析和现场调相，直达结果符合预期。

2.2.7 二次迭代分析治理

随着季节、用户性质、用电习惯的变化，配电台区的三相不平衡率可能超过设定值，此时，再次进行数据准备，大数据分析计算出二次调相结果，进行现场调相，效果验证，即形成二次迭代闭环治理台区三相不平衡的目标。

3 方案实现

基于以上设计方案，结合国网关于配电台区三相负荷不平衡治理“先运维管控、后技术治理”“源头预防、常态监测、科学施策、动态治理”的原则，在本方案的实现上，采用“微服务、微应用”架构，引入云计算、大数据分析、宽带载波通信、手机App、配电负荷分析仪、载波过零信号核相仪等技术与设备，设计了完整的系统逻辑架构，如图2所示。

图2 系统逻辑架构

实际使用过程中，现场作业人员在确定目标台区后，主要进行以下工作。

现场台区配变处安装配电负荷分析仪、核相仪主控端；配电负荷分析仪，通过载波通道，采集全台区每户每表最近30天存量数据，存储到云服务器。

在手机App 上下载台区用户档案，通过核相仪主控端按相序定时下发、核相仪从端接收的方式实现快速核相，同时通过核相仪从端的红外、蓝牙接口实现户表、手机App 之间的通信，实时记录户表地址、核相结果，并与管理系统的档案匹配，最终实现户表定相；利用手机的定位功能，记录表计位置，形成台区拓扑图，方便后期现场定位表计，进行调相工作；依据现场情况，确认户表的定性问题。

利用云计算快速处理能力，对全台区每户每表30天小时电量进行数据建模，结合权重、方差、拟合曲线等数学思维与算法，设定目标不平衡率（5%～25%），分析用户的用电性质与用电习惯，计算出最优条件下的调相结果。

手机App 下载目标台区的最终调相结果，依据台区拓扑图，现场调相，并确认调相结果；调相结果核对、效果验证。

再次采集：随着台区负荷的变化，三相不平衡再次超过设定值时，采集全台区每户每表最近1-30天存量数据，大数据分析计算出二次调相结果，进行现场调相，效果验证，形成闭环治理台区三相不平衡。

4 结束语

本项目提出的基于迭代策略的三相负荷不平衡大数据分析与治理方案，充分利用现有新技术和电网基础设施，无功耗损失，低成本，可操作性强，符合电力系统现有的生产技术实际情况，可有效解决台区三相负荷不平衡问题，提高日常运行维护效率和质量，实现降损增效，提高供电质量，有效提升电力公司的管控技术水平，具有直接的经济效益。

通过对配电台区三相不平衡问题的深入分析，寻找引起三相不平衡的根本因素，深入分析三相不平衡问题为安全优质供电提供了保障，对于电网和电器设备的安全和经济运行，以及人民生活的正常秩序有重要意义。同时，项目中相关的载波技术、蓝牙接口技术、软件技术以及系统设计理念的成功应用，可为其在电力行业细分领域的深入发展提供实践依据和技术支撑；项目中相关新技术的成功应用将带动周边相关配套加工制造企业的技术水平和地方经济的增长，具有不可估量的间接经济效益和深远的社会效益。