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基于大数据和层次分析的配电网
摘要 配电网的电压质量与日常生产和生活的关系十分密切，必须引起高度关注。当前的主要做法是通过设置电压监测点来监测电压合格率，然后采取针对性解决措施。这种方法在一定程度上改善了供电质量，但电压质量是一个多指标体系，随着精密产品的应用，人们对电压的要求不仅仅局限于其是否越限。文章基于大数据的可获取性，提出一种计算机辅助电压综治系统，该系统在综合各类生产、营销、调度等数据后，对电压问题进行精确定位，并给出辅助决策。文章的目的是为更好地提升供电质量而抛砖引玉。
关键词：大数据；层次分析；配电网；电压综治
Based on analysis of data and level of distribution network
Voltage comprehensive management system research
Liang Naifeng
(State grid electric power company in Xinjiang Department of operation and maintenance and repair 250200)
Abstract:Distribution network voltage has a close relationship with daily production and life, and must focus on. Current practices are monitored by setting the voltage monitoring the voltage, then take targeted measures. This approach to a certain extent, improve the quality of power supply and voltage quality is a multiple-indicator system with the application of sophisticated products, voltage requirements of people not just over-limit. Articles based on data availability, a new computer-aided voltage comprehensive management system, the system is integrated after various types of data such as production, marketing, scheduling, and to pinpoint the problems and give a decision. Article's purpose is to better improve the quality of power supply and draw out.
Keywords:电压质量的好坏关系到用电设备能否正常工作，关系到经济建设能否顺利实施，因此一直备受各级供电公司的高度关注。每年，各级供电公司均会下达A、B、C、D类电压合格率指标并进行月度和年度考核。可以说，目前基于电压幅值监测的做法在一定程度上改善了供电质量。但随着科技的发展，越来越多的精密设备(如变频器)投入到生产和生活中。这些设备对电压的要求是比较苛刻的，不仅仅局限于电压幅值是否合格，可能还与三相电压不平衡度、电压闪变度、谐波电压含量等有关。因此，传统的电压治理系统有必要进行变革。
另一方面，随着电力系统各模块的不断整合，大数据获取和共享变得容易实现，这就为科学判断、定位电压问题提供数据支撑。文章的目的就是基于电力大数据来构建计算机辅助决策平台，使电压综合治理更加科学、有效、经济。
1 从理论上讲，电压分析的基本方法是建立完整的电网模行后进行潮流计算。但显然，供电电压质量涉及电力系统发、输、配、变、用、调度各部门，同时也涉及变电站、中压配电网、低压台区等环节，采用以上方法的主要问题有两个：①各相关部门之间的数据共享性差，使得电网拓扑变化等配网基础信息无法及时纳入计算模型，导致计算结论不正确；②因电力系统节点繁多，计算模型会非常庞大，从而造成计算维数灾[1]。
针对第一个问题：自2009年开始，国网公司下属各公司相继开展覆盖直管用户的用电信息采集系统，覆盖输变配电资产的PMS、ERP、GIS等系统，2014年又开始营配贯通数据普查。所有这些工作产生了数以T计的信息数据，且初步实现不同部门之间的信息共享，这是建设电压综治平台的基本保障。
针对第二个问题：因关键大数据已经可以获取，因此能省去许多计算环节，而改用人工智能技术(如层次分析法、模糊综合评判法等)来挖掘数据价值，实现对电压异常的分析和定位。
因此，建立基于大数据的电压综治系统是可行的，也是必要的。
2 笔者结合多年工作经验，考虑到一定前瞻性，勾勒出如图1所示的基于大数据的电压综治平台框架。
相关阐述：①系统总体愿景。将ERP、PMS、EMS、用电信息、GIS等系统的数据和供电电压信息(各监测表计提供)通过数据总线进入平台，在平台预设模型的作用下，将大数据进行归类并标准化，然后系统自动分析各区域的电压正常水平，最后在一定人机交互支撑下，由计算机辅助形成治理措施。②系统分两步实施。先期主要基于用电信息采集的数据和电压监测点数据构建电压问题分析模型，并具备问题定位能力，使电压治理有的放矢。后期则要实现电网建模自动化(融合GIS、PMS等数据)，并在此基础上计算电网的供电能力、调压能力、补偿能力等指标，使计算机自动给出的治理方案更具经济性和科学性。
鉴于该系统的复杂性和文章篇幅限制，文章仅就系统实施第一步进行详细研究，关于系统实施第二步则做前瞻性探析。
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3.1 层次分析法介绍
层次分析法(AHP)创立于20世纪70年代，是一种定性与定量分析相结合的多目标决策方法。该方法的实质是试图使人的思维条理化、层次化。它充分利用人的经验和判断，并给予量化，进而对决策方案优劣进行分层排序，形成一个有序递阶结构。
层次分析法的流程依次为[2]：①建立阶梯层次结构模型；②构造两两比较判断矩阵；③构造一致性矩阵；④求权重值。
层次递阶结构通常可以划分为目标层、指标层和方案层[3]。目标层表示层次分析的预期总目标，指标层表示要得出方案的参考依据，方案层表示分析结果。
3.2 层次分析法用于电压分析
层次分析法用于电压分析的过程为：
⑴对影响电压质量的指标进行分类，然后构造各指标之间相互错杂的层次结构模型，见图2所示。
⑵根据层次结构图确定各指标重要性权重。
⑶计算出方案层各方案的相对权重，据此判断被评价区域电压质量的好坏。
假设图(2)中的指标自左到右依次标定为，其对应权重为，将这些权重两两比较，构成一个6×6的判断矩阵。
(1)
左乘权重向量，得到
(2)
即，其中为单位矩阵。显然，是的特征向量，是的特征值。当未知时，可根据决策者对指标的两两比对作比值判断。
⑷进行层次单排序、一致性检验。
⑸进行层次总排序、一致性检验。
3.3 实例应用
以新疆某地6个点2014年6月实测数据为例(见表1所示)进行上文所建模型的核算。
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⑴根据专家意见，各项指标的重要程度依次为：电压暂降>谐波电压>电压波动=电压闪变>电压偏差>三相不平衡。因此，利用方根法求取权重向量为 ⑵按“3.2”所建模型，建立两两判断矩阵，得到各个区域的电压质量判断结果，见表2所示。
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根据表2结果，对区域1、5进行检查，发现以下问题，见表3所示。
区域
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存在问题
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1
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400V主干线线径小，线路老化接头多，配变档位一直没调整，部分无功补偿装置故障，接户线线径过小
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5
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400V主干线供电半径过长，无功补偿装置的投切开关已损坏，线路老化接头多，配变档位一直没调整
小结：层次分析法与电网大数据相结合，能准确分析出特定区域的电压质量状况，使电压整治具有针对性和效能性。
4 文章第三节仅依靠用电信息数据即实现对一个区域的无功电压水平的综合评价，在电压综治平台引入EMS、GIS、ERP、PM等系统数据后，将能实现以下功能：
⑴通过平台快速定位存在电压问题的区域，并自动分析最有可能的原因(因平台已掌握各区域的设备参数，通过将问题区域的设备配置与标准配置比对，找出薄弱点)。
⑵能通过计算，得到电网在供电能力、调压能力、补偿能力、运行管理等方面的指标，进而为深度挖潜提供支撑，以尽量减少电压治理资金的投入。
⑶形成辅助决策，即平台一方面提出治理方案，另一方面辅助人工选择标准化典设图集和ERP系统中标准化物料，并对方案进行经济效益分析，以此作为电网“低电压”问题大修和技改等项目立项的分析工具，提高投资的科学性。
5 无功电压管理指标的提升是供电公司生产经营工作的综合反映。电压质量问题不但与网架有关，还与无功设备的运维、调度等各环节的工作紧密相关，只有通过基于大数据的分析计算平台的帮助，才能有效解决配电网的电压问题。文章成功地运用层次分析法进行电压质量的综合判断。在今后的研究中，还将构建更多实用化模型，以提升大数据潜力挖掘的能力，帮助供电公司提升无功电压管理，提高投资决策的科学性，早日实现“一强三优”的战略目标。
[1] 赵 宪. 改进的层次分析法在含分布式电源系统电能质量综合评估中的应用[J]. 北京: 中国电力. 2014: 47（12）：17-20.
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