配电台区异常线损动态判断系统设计

丁 彬，戴 苏，马云龙，李 源，靳 翔

（1.国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，江苏连云港 222000；2.国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 210000）

在配电过程中，由于电网的配电范围较广且用户类型错综复杂，因此线路出现异常破损的因素十分多样化[1-2]，导致后续出现的问题越来越棘手[3]，所以在电网配电中对电力线路变化进行监测，判断每条线路的破损动态，提高配电台区线损的管理效率以及工作质量。

崔振辉[4]等人利用线损模拟设备提取线损数据特征量，并对特征量进行统一化处理，生成特定的训练集；其次在遗传算法的基础上，比较训练集数据和正常数据，完成线损数据到数字信号的转换，将线损数据转换成数字信号进行输出，实现异常线损动态判断。杨婧[5]等人在自动化系统的基础上，采集配电网数据，并依次对数据中的站、线、变以及户数据进行处理；其次在自动聚类算法的帮助下将用户用电种类进行划分；最终通过随机森林算法构建出电网中各个线损之间的关系模型，进而建立出配电台区损耗的分析以及定位模型，实现异常线损动态判断。但以上两种方法没有对系统的核心功能模块仔细分析和设计，导致核心功能不完整，线损数据更新不及时，无法及时调整电量，导致线损误差大、系统召回率低以及ROC 曲线较平缓。

为了解决上述方法中存在的问题，提出配电台区异常线损动态判断系统设计方法。

1 系统总体设计

配电台区经常出现线路破损等问题，因此需要时刻对异常线损动态进行判断[6-7]，从而对其进行细致检测。在判断异常线损过程中，必须遵守资源共享与可靠性等准则[8]，并通过电力系统管理对数据进行处理以及共享，而系统可靠性是以电力系统结果和基于电力技术为电力系统线损判断提供保障，因此在电路线损判断系统中设计出以线损管理要求为基础的多个相应功能模块。

1.1 电能质量管理模块

电能质量管理模块的主要作用是对配电台区的线损进行实时的远程监测，工作人员利用可视化窗口[9]对电路的电流数据、配电网台区的电网数据与线路电压数据进行观察，电能质量模块又可称之为设备模块，该模块可保存电力设备内的基础变量信息，并根据需要添加或删减设备模块。设备模块的属性框架如图1 所示。

图1 设备模块的属性框架图

1.2 线损基础信息管理功能模块

线损基础信息管理功能模块的主要作用是对线路、变电站以及台区中的数据进行修改和删除，工作人员经过对数据的不断更新将全新数据输入到系统中，同时系统对数据进行监测[10-11]，最终通过验证的数据被储存到数据库内。该模块更新数据流程图如图2 所示。

图2 数据更新流程图

1.3 线损异常功能模块

线损异常功能模块的主要作用是仔细分析配电台区中异常线损情况，将分析结果进行分类[12]，即筛选出超出正常指标的线损，并在线损指定指标以及线损率的基础上描述出线损的整体走势，进而为判断异常线损动态打下基础，根据该模块对配电台区异常线损动态进行分析和判断，其过程如图3 所示。

图3 配电台区异常线损动态判断过程

2 系统核心功能模块设计

通过对配电台区异常线损动态判断系统的整体分析，将系统的核心模块进行细致地分析后对核心模块进行设计，得到更为完整的系统。

2.1 线损基础信息管理功能模块

在线损基础信息管理功能模块中，不仅仅需要对各种数据进行编辑，还需对线损设置出考核单元以及考核电量。

2.1.1 变电站编辑模块

变电站编辑模块根据电网企业的制度等要求为变电站中的信息进行适当的增减以及修改等，并不断更新联动变电站，将更新后的信息传输给调度运行专业。

2.1.2 台区编辑模块

台区编辑模块同样是根据电网要求进行数据更新，将更新后的数据传输[13]给营销专业。

2.1.3 线路编辑模块

线路编辑模块在电网企业的要求下对数据进行更新，最终将更新后的数据传输给线路运行专业。

2.1.4 考核单元管理模块

考核单元管理模块是依据电网相应的制度和要求，根据配电网络的拓扑关系进行设置的[14-15]。

2.1.5 考核电量管理功能模块

考核电量管理功能模块框架图如图4 所示。

图4 考核电量管理功能模块框架图

1）电量获取

在电表中通过抄取用户所用电量获取电力数据，并利用该数据对考核单元电量进行求解。

2）供售电量调整

在电网公司的要求下生成考核单元的电量负荷调整信息，即电力调整的时间、范围以及电量等数据，根据调整的结果依次对考核单元中的电力进行相应的调整。

3）求解考核单元电量

在考核表采集电量以及用户用电量的基础上将考核单元中供电量以及用户用电量进行比较。

考核电量管理功能模块操作流程如图5 所示。

图5 考核电量管理功能模块操作流程图

2.2 线损异常功能模块

2.2.1 线损统计功能模块

线损统计功能模块的主要功能就是根据用户的用电量以及电网公司的供电计划计算出指定供电指标值与实际供电指标值之差，依靠该差值可有效分析出配电台区线损电量。最终得出电量查询统计结果，其流程如图6 所示。

图6 线损统计查询流程图

根据上述流程判断用户认为合理的数据，得出正确的查询结果。

2.2.2 线损异常功能模块

线损异常功能模块的主要作用是将可能存在线损的电路以及台区进行判断分析，将所有超出线损规定的电路以及配电台区的线损率以及预测线损指标进行对比，描述出电力变化趋势，根据此趋势图对配电台区的异常线损动态进行判断。该模块框架图如图7 所示。

图7 线损异常功能模块框架图

通过以上对配电台区异常线损动态判断系统内的核心模块分析和设计即可保证线损检测的准确性，将其添加到系统内，从而准确判断异常线损动态。

3 实验结果与分析

为了验证配电台区异常线损动态判断系统设计方法的有效性，需对其性能进行测试，对三种方法线损误差、系统召回率以及ROC 曲线三个指标进行测试，对比三种方法的结果，测试结果如下所示[16]。

3.1 线损误差

在任意十组线路中对线损进行判断，计算各个线路中每种方法的误差，根据表1 可知，在每组实验数据中所提方法的计算误差均是最小的，其余两种方法的误差均不同程度地大于所提方法，尤其是文献[5]方法的误差，是三种方法误差最大的，所提方法可将误差降至最小，是因为在判断异常线损动态过程中，对核心模块进行细致的分析和设计，保证在判断线损过程中数据的完整性和实时性，进而确保线损判断结果更加准确，降低线损计算误差。

表1 不同方法的线损计算误差

3.2 系统召回率

召回率又称为查全率，它是指判断出的线损线路与所有线路的比值，其公式如下所示：

式中，FN 代表假阴性，TP 代表真阳性，Recall代表召回率。

三种方法的召回率如图8 所示。

图8 三种方法的召回率

三种线损判断方法的召回率均会随着检测率的变化而改变，根据实验结果可知，在检测率较低时，线路破损判断的召回率较低，且其随着检测率的增加而增大。当检测率到20%时，三种方法的召回率最低，此时所提方法的召回率为9.4%，文献[4]方法为6.8%，文献[5]方法为7.3%，而检测率达到100%时，所提方法的召回率达到了100.0%，而文献方法的召回率仅为77.1%和86.9%，三种方法相比，所提方法的召回率均高于文献方法，说明所提方法可以准确判断出线损线路与所有线路的比值，从而将线路破损范围缩小，同时保证破损线路的完整性，便于发现的破损线路。

3.3 ROC曲线

配电台区异常线损与正常线路之间分布十分不平衡，为更好地判断出配电台区线损动态，可利用真正例率与反正例率之间的相对关系，即利用ROC 曲线进行描述，ROC 曲线下的面积越大即可代表该方法判断出破损的准确率越高，其中真正例率的公式为：

式中，TPR 代表真正例率，FP 代表假阳性。

反正例率的公式为：

式中，FPR 代表反正例率，TN 代表真阴性。

三种方法的ROC 曲线如图9 所示。

图9 三种方法的ROC曲线

根据图9 可知，三种方法中，所提方法的ROC 曲线面积最大，可证明所提方法正确判断配电台区线损动态数量最多，从而得出所提方法的准确性最高，该方法的系统性能最优。

4 结束语

在电网日益壮大的同时，配电台区的配电工作量也在日益增多，各个线路电力工作量的增多导致电路更加容易破损，每个地区的用电监测也不尽相同。在用电监测过程中往往因为运行管理等问题会出现监测功能出现异常，且配电台区在管理过程中，其内容错综复杂，数据杂乱无章，不易判断目前异常线损动态，因此提出配电台区异常线损动态判断系统设计方法。该方法首先对异常线损动态判断系统进行初步设计，其次对系统中的核心功能进行细致的设计，实现异常线损动态判断，解决了线损误差大、系统召回率低以及ROC 曲线较平缓的问题，保证电力系统各线损能被及时发现并治理，目前该方法是最优判断线损程度的系统，但具体应用还需进一步探索。