基于实时可开放容量分析的电网元件柔性供电能力挖掘方法研究

国网承德供电公司 孔庆泽 张 勇 李 岩

在数字化转型时代背景下，电网对供电能力计算的实时性、灵活性、高效性、准确性以及即用性要求不断提高。随着电网企业数字化转型不断推进，基层减负增效工作部署持续推动落实，在调度运行分析、方式调整、规划建设、业扩报装等环节，对供电能力计算值的实时性、灵活性、高效性、准确性和即用性等需求不断提高。目前，在供电能力挖掘方面，仍存在着计算结果准确度不高、源端数据质量良莠不齐、计算周期不够灵活、计算结果较为单一等不足。

本文提出了一种基于实时可开放容量分析的电网元件柔性供电能力挖掘计算方法，全面分析供电能力的影响因素，缩短供电能力计算周期，提升供电能力计算精确性与实时性，客观反映电网供电瓶颈和联络薄弱点，为电网网络结构优化和负荷接入提供指导，充分挖掘和发挥电网的供电潜力。

1 研究现状

1.1 可开放容量研究现状

目前主要研究聚焦在配电网可开放容量计算指标、可开放容量计算方法以及配电网可开放容量的规划方法等方面。常用的可开放容量计算指标主要有线路限流值、线路最高负荷以及线路新能源等效出力电流等[1]。可开放容量计算方法主要可分为整体可开放容量计算、单条馈线可开放容量计算、多联络馈线可开放容量计算以及馈线可开放容量计算等方法[2-3]。进行配电网可开放容量规划通常综合考虑资源共享情况、以及设备利用率、行业使用系数差异性等因素，推动负荷资源开放共享，降低配电网建设成本[4]。

1.2 柔性供电能力挖掘方法研究现状

最大供电能力是指在一定供电区域范围内，电网在满足N-1准则并考虑到网络实际运行情况下，所具有的最大负荷供应能力。我国供电能力挖掘方法的理论研究一共经历了三个发展阶段[5]：

第一阶段主要通过变电容量来评估配电系统的供电能力，常用的供电能力评估方法主要为容载比法；第二阶段在考虑变电站变量容量的基础上也增加了变电转供的思想，主要通过负荷能力法、最大负荷倍数法以及网络最大流法等方法计算配电网的供电能力；第三阶段是在N-1准则下，同时计算变电站与网络转供能力，对配电网供电能力进行评估，常用的供电能力计算方法主要有解析法和模型法[6]。

2 数据来源及分析方法

2.1 信息数据来源

本研究选取承德地区某个供电区域的一个典型变电站为例，采集调度自动化系统变压器、线路实时运行信息，生产系统试点主变、线路、变压器载流信息及电网拓扑结构、负荷转移关系等网架信息，生产系统试点主变、线路、配变的故障信息，营销系统用户档案、与电源的对应关系信息，采集系统新能源发电上网电量、负荷数据，以及营销系统业扩报装计划、设备投退运信息等信息。

2.2 数据分析方法

描述性统计方法。通过对研究对象有关变量的相关数据进行频数分析、集中趋势分析、离散程度分析及分布等分析，并通过指标和分类、图形或计算概括性数据等形式对研究对象的变量数据特征进行描述。通常用来检验数据中的异常值、分析数据的一般水平以及数据之间的差异程度、分布状况；相关性分析方法。通过对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度，是筛选某种变化产生的影响因素的常用方法。

聚类分析。是通过数据建模简化数据的一种方法，按照一定的要求和规律将搜集到的数据或变量进行分类，一般被用来描述数据、衡量不同数据源间的相似性及将数据源分类到不同的簇中。在同一个簇中的对象具有很大的相似性，而不同簇间的对象具有很大的相异性。传统的聚类分析方法包括系统聚类法、分解法、加入法、动态聚类法、有序样品聚类、有重叠聚类和模糊聚类等，常用的聚类分析算法包括k-均值、k-中心点等，通常运用SPSS或SAS软件进行聚类分析。

3 电网元件柔性供电能力挖掘

3.1 数据特征筛选

数据导入。选取承德地区一个典型变电站，依次导入该变电站主变、线路及配电变压器运行信息、网架信息、故障信息及营销系统相关信息，通过分类、划分等级等方法进行特征因素量化，并对缺失值、异常值进行填补或替换处理。具体数据及其说明如表1所示。

表1 电网元件柔性供电能力挖掘相关数据表

特征处理。通过相关系数计算，筛选出与因变量具有强相关关系的特征变量，以此作为研究的依据。以变电站主变实时可开放容量分析为例，计算各个特征与当天最大负荷之间相关系数，根据计算的相关系数筛选出强相关特征。表2为各季节特征因素与当日最大负荷之间的相关系数。

表2 各季节特征与当日最大负荷相关系数表

3.2 电网柔性供电能力分析

电网柔性供电能力主要由变电站主变实时可开放容量、线路实时可开放容量及配电变压器实时可开放容量三部分构成。可对这三部分可开放容量进行分析计算，最终得出电网柔性供电能力挖掘结果。

3.2.1 变电站主变实时可开放容量分析

变电站的主变实时可开放容量的计算过程主要包含以下步骤：

计算该变电站每一天尖、峰、平、谷时段最大负荷；计算每一天外部数据：当天最高气温、当天最低气温、当天湿度、当天降水量、当天风速、当天风向、当天最大湿度、当天最低湿度、当天是否节假日、当天星期几；使用聚类方法对上述变电站内外部特征做聚类，将近1年的变电站特征数据聚类为若干类。

对于聚类得到的每一个小类计算变电站可开放容量。可开放容量Sk的计算：Sk=αSn-max(Sh,γSzj)-Sd-γSz。式中，Sk为本变压器可开放容量；α为重载率管控阈值；Sn为本变压器额定容量；Sh为本变压器正常运行方式下该聚类类别的近一年最高负荷；γ为等效负荷系数，建议参考值为Sh/Sn；Szj为本变压器当前接入用户总容量；Sd为本变压器最高负荷时刻新能源等效出力； Sz为在途报装容量。

3.2.2 线路实时可开放容量分析

对电网线路实时可开放容量进行分析主要分为四个步骤：

计算该10kV出线每一天尖、峰、平、谷时段最大电流；计算每一天外部数据：当天最高气温、当天最低气温、当天湿度、当天降水量、当天风速、当天风向、当天最大湿度、当天最低湿度、当天是否节假日、当天星期几；使用聚类方法对10kV出线内外部特征做聚类，将近1年的10kV出线特征数据聚类为若干类。

对于聚类得到的每一个小类，计算配电线路的可开放容量。可开放容量Sk的计算：Sk=式中，Sk为本线路可开放容量，UB为本线路基准线电压，Ik为本线路可开放电流，γ为等效负荷系数，Sz为在途报装容量；本线路可开放电流Ik的计算公式为：Ik=α×Immax(Ih,γIzj)-Id。式中，Ik为本线路可开放电流，α为重载率管控阈值，Ih为本线路正常运行方式下该聚类类别的历史最高负荷电流，γ为等效负荷系数，Izj为本线路当前接入用户容量换算电流值，Id为本线路最大负荷时刻新能源发电等效电流。

3.2.3 配电变压器实时可开放容量分析

配电变压器实时可开放容量的计算过程主要包含以下步骤：

计算该配电变压器近1年每一天尖、峰、平、谷时段最大负荷；计算近1年每一天外部数据：当天最高气温、当天最低气温、当天湿度、当天降水量、当天风速、当天风向、当天最大湿度、当天最低湿度、当天是否节假日、当天星期几；拼接上述内外部数据，使用聚类方法对该公变内外部特征做聚类，将近1年的公变特征数据聚类为若干类。

对于聚类得到的每一个小类，计算公变的可开放容量。可开放容量Sk的计算：Sk=αSnmax(Sh,γSzj)-Sd+Sx-γSz。式中，Sk为本变压器可开放容量；α为重载率管控阈值；Sn为本变压器额定容量；Sh为本变压器正常运行方式下该聚类类别近一年内最高负荷；γ为等效负荷系数；Szj为本变压器当前接入用户容量；Sd为本变压器历史最高负荷日新能源发电等效出力；Sx为本变压器历史最高负荷日已申请销户用户负荷；Sz为在途报装容量。

3.3 电网运行薄弱环节分析

基于实时可开放容量分析对电网柔性供电能力进行挖掘，整合调度生产、营销等各个专业系统数据，可以有效帮助电网开展运行薄弱环节分析、设备负载情况分析，辅助电网做出更加精准有效的负荷转移调整决策。

一是通过研发台区运行薄弱环节分析功能，按时间段、设备汇总各时间段、各个设备发生的故障次数，深入分析设备故障、设备负载情况，快速定位运行薄弱环节；二是针对主变/线路/配变各个时段的最大负载率或平均最大负载率等负载情况，进行横向和纵向对比分析，得出负荷运行情况，精准定位负载水平较高设备，实施负荷转移，提升电网负荷转移措施的精确性；三是选取典型线路、配变设备，结合设备可开放容量分析计算结果及当前台区负荷运行情况，研究负荷迁移的试点方案，对转移前后的台区供电能力情况进行试测算，形成负荷转移调整辅助决策指导建议。

综上，开展基于实时可开放容量分析的电网元件柔性供电能力挖掘方法研究，能够提升配电网进行供电能力计算的精确性与及时性，客观反映电网供电瓶颈和联络薄弱点，为电网络结构优化和负荷接入提供指导，全方位提升供电能力计算应用水平，支撑相关业务的多元化数据需求，充分挖掘和发挥电网的供电潜力。本研究主要选取了供电网络中其中一类变电站进行供电能力分析，未来可针对性的开展每一类变电站、线路、变压器的可开放容量，综合展示各类设备的运行状况和相关业务信息。