（深圳供电局有限公司 广东深圳 518001）
摘要：为了更有效地提升配电网供电可靠性，本文尝试利用数据挖掘技术对电网多年与供电可靠性管理相关的数据进行建模、分析，构建了一个包括网架结构、自然环境、电气设备、运行维护、外力作用等因素的综合计算模型，通过真实数据验证该模型计算结果与实际供电可靠率较为一致，所以可以利用此模型补充和完善了传统的配电网供电可靠率的计算方法，并依此从网架结构水平、供电设备水平、运维技术水平和管理水平四个方面提出提升供电可靠性的方案，提高配网供电可靠率管理水平。
关键词：数据挖掘；数学建模；可靠性综合计算模型；提升方案
Study and Application of An Improved Algorithm of Distribution Network Reliability
Li Ying-jie
（Shenzhen Power Supply Bureau Co.Ltd；Guangdong Shenzhen 518001）
Abstract：In order to improve the level of reliability management，this paper tries to use data mining and mathematical modeling techniques to analysis and mining many years relevant data of power supply reliability management of Shenzhen power supply bureau.Built a reliability calculation model including network structure，the natural environment，electrical equipment，operation and maintenance，external force and other factors，by real data validation，the model results are more consistent with the actual power supply reliability.So we can use this model to supplement and improve the traditional distribution network power supply reliability rate calculation method，and according to this model，this paper put forward a enhancement program of the reliability of power supply from the grid structure level，the level of power supply equipment，operation and maintenance of technical and management level，Improve power grid reliability rate management level.
Keywords：data mining；mathematical modeling；reliability calculation model；enhancement program
0引 言
深圳供电局有限公司作为承接南方电网公司战略目标的子公司之一，以成为“卓越的国际先进城市电网运营商”为目标，对比公司定位和电网现状的差距，深圳供电局有限公司必将由偏重技术的外延式发展向以价值管理为核心的内涵式发展转变，更加注重价值的回报和价值创造能力的提升，同时，这些变化也促使供电可靠性管理向更深层次方向拓展和转变。
为了更好地进行供电可靠性管理，本文尝试采用数据挖掘[1]技术对深圳供电局多年与供电可靠性管理相关的数据进行建模、分析，找出蕴含在数据中深层次的规律和业务规则，将传统的配电网供电可靠率的计算方法进行补充和完善，并依此提出提升供电可靠率的实施方案。
1影响供电可靠率因素分析
供电可靠性管理是一个涉及面很广的课题，影响供电可靠率的因素多而杂，而且有部分因素并没有直接的表现，需要通过多重现场综合分析再能分析出来。同时影响供电可靠率的因素与当地地理结构、经济条件和气候环境有很大关系，所以全国各地的影响供电可靠率的因素都会各有不同。为了更有针对性地找出深圳供电可靠率的影响因素，本文需要分别从可靠性系统、营配集成系统、生产管理系统、配网GIS系统、营销系统、资产管理系统和应急指挥系统中抽取可靠性历史明细数据、电网拓扑数据、设备数据、工程项目数据、营销数据、用户数据、设备检修数据、设备缺陷数据以及天气相关的雷电、风暴等自然因素数据进行整理和探索性分析。通过主成分分析[2]、关联分析[3]和多元非线性回归[3]等统计学方法进行计算以及使用Oracle、R、Weka、Excel等先进的数据分析软件进行分析，分析结果显示深圳配电网停电事件主要为内部故障停电和预安排停电，同时内部故障停电的原因主要集中为自然因素、外力因素、设备因素、运行维护以及用户影响等五个方面，而预安排停电的原因主要有计划施工停电、计划检修停电、用户申请停电、临时停电、外部因素停电。另外，通过对深圳配电网结构分析，发现停电户数与配电网拓扑结构有很大的关系，不同的网络结构对停电范围造成的影响也是不同的。
2可靠性综合计算模型
2.1传统的可靠率模型
在评估配电网可靠性的过程中，供电可靠率是一个重要的指标[4]，在目前的可靠率研究中，使用的供电可靠率的计算公式为：
（1）
虽然供电可靠率指标可以客观地评估电网的供电可靠性，但是无法对影响配电网可靠性的因素进行分析，无法提出针对性的改进建议，更无法评估各种改进措施的效果，因此补充并完善配电网供电可靠率的计算模型势在必行。
2.2综合模型的构建
2.2.1 模型结构
为了打破传统可靠性率计算公式的束缚，本文从内部故障停电次数、预安排停电次数和网络结构三个方面构建综合计算模型。
图1 可靠率综合模型架构
Fig.1 reliability calculation model architecture
2.2.2 内部故障停电次数模型
内部故障主要由自然因素、外力因素、设备因素、运行维护、用户影响五部分因素[6]造成的，同时，将设备分为断路器、架空线路、电缆线路、配电变压器和其他五种类型。根据内部故障相关数据以及统计学的规律，分别对上述因素构建相应的数学模型，最后将这五部分合成内部故障停电次数的模型：
（2）
其中，分别表示由于内部故障、自然原因、外力因素、运行维护、用户影响和设备因素而导致停电次数；表示第类设备总数；分别表示第类设备受自然因素、外力因素、运行维护问题和用户影响因素而发生故障的概率；厂家生产第类设备总数；表示厂家生产的第类设备发生故障的概率。
2.2.3 预安排停电次数模型
通过对停电事件数据的分析，找出计划施工停电、计划检修停电、用户申请停电、临时停电、外部因素停电等构成停电相关的关联因素[7]。临时停电和外部停电存在着较多的未知因素，根据大数定律和便于计算等相关规律，故将统计数据使用时间序列外推方法[5]预测这两个变量，而其他因素根据业务规则和统计数据规律建立的模型：
（3）
其中，分别表示由于预安排、计划施工、计划检修、外部因素、临时原因和用户申请而导致的停电次数；表示工程项目数量；表示计划施工停电平均支持率；分别表示配电房、户外台架上设备、10kV线路、低压线路、配电设备的规模大小；表示第类设备的检修周期；表示计划检修执行率；表示新技术执行率。
2.2.4 网络结构模型
为了分析配电网网络结构对供电可靠性的影响，首先将深圳配电网中的网络分为八种类型[8]：单辐射一分段、单辐射二分段、单辐射三分段、单辐射四分段、多联络一分段、多联络二分段、多联络三分段和多联络四分段，然后分别计算每种网络结构的时户数和每种网络在全网中所占的比例，最后便可计算出全网每次停电的平均时户数。下面详细介绍多联络三分段结构模型，其余模型类似。
多联络三分段结构（见图2）即将线路分为三段，段间使用断路器连接，每段线路分别与对应配电变压器相连，同时每段线路与其他电源有联络，之间通过联络开关相连。
图 2 多联络三分段模型
Fig.2 Multi-Contact trisection model
在这个模型中，存在着断路器、线路和配电变压器，其中线路又分为电缆和架空线两种，所以为了求得此模型停电时户数，又将分为四个大部分，分别为架空线故障停电的时户数（）、电缆故障停电的时户数（）、断路器故障停电的时户数（）和配变故障停电的时户数（）。对于此三分段模型，又将和按照分段数量分为几个小部分和，分别表示架空线或电缆第i段线路发生故障停电的时户数。根据内部故障发生的统计规律和内部故障发生在四种元件上的比例，得到此结构停电时户数的模型：
（5）
其中，（i=1，2，）分别表示内部故障发生在架空线路、电缆、断路器和配变上比例，（i=1，2，）分别为架空线路、电缆、断路器、配变和联络开关的故障排除时间，、分别为架空和电缆线路故障查找时间，和分别为统计出的架空线和电缆在线路故障中所占的比例。
通过配电网的八种网络结构可以确定各种结构的综合停电时户数，为了得到内部故障的总时户数，还需要得到内部故障发生在不同网络结构上的比例，由于内部故障的发生是随机的，不针对某一种网络类型，所以此比例可以用各种网络结构在配电网中所占的比例替代。
2.2.5综合模型
综合上述内部故障停电次数、预安排停电次数以及网络结构三种模型，形成供电可靠性的综合模型：
（5）
其中，为配电网中第种网络结构所占的比例，为第种网络结构在一定时间内的停电时户数，为预安排停电的平均时户数，为统计时长，为电网总用户数。按照此公式计算得到供电可靠率可以观察到不同因素对停电可靠率的影响，继而为提高配电可靠性提供客观评价标准。
3模型的分析与应用
为了校验综合模型的正确性和准确性，本文采用2014年深圳配电网运行数据，利用内部故障停电次数模型和预安排停电次数模型，可以得到各种主要停电因素导致的停电次数（见表1）。
4供电可靠率的提升方案
上文已分析出影响供电可靠率的因素并对其进行了划分，同时也在此基础上结合实际运行数据的综合分析建模，构建了供电可靠率综合计算模型。在模型的推广使用中，我们可以更有针对性地提出提升供电可靠率的措施，提高公司的供电可靠性管理水平。结合综合计算模型应用的结果和国际上先进供电企业的经验，本文分别从网架结构、供电设备、技术水平和管理水平四个方面提出多种可靠率提升方案，并利用综合计算模型测算出对我公司供电可靠率的提升效果，来指导可靠性管理及投资规划，以达到最大的投资收益比[9]。表3为本文从网架结构、供电设备、技术水平和管理水平四个方面提出的多种可靠率提升措施。
本文以“网格结构”中“合理规划网络使线路基本都能满足可转供要求”为例，提出“对用户较多的线路，应多装设线路分段设备，并增加线路联络”的具体措施[10]。现本文对增加50个、100个和150个分段开关将线路分段所投入的资金和实施后所达到的个网络模型比例进行分析如表4所示。
将提升后的网络结构比例代入综合计算模型中可以计算得到提升后的供电网可靠率RS-1=99.9382%，可以看出，与原可靠率为99.9361%相比，增加线路分段数和提高联络比例确实可以提升供电可靠性。
5结论
本文前期通过主成份分析等方法对深圳与可靠性相关的数据进行降维处理，这种处理不仅可以真正挖掘影响配电网可靠性的主干因素，实现关键因素的选取，而且有效地降低了运算量，避免了无效数据对计算结果的影响。同时借助数据挖掘技术从三个方面构建了供电可靠率综合计算模型，结合该模型应用的结果和国际上先进供电企业的经验，本文从网架结构、供电设备、技术水平和管理水平四个方面给出针对性建议用于提高配电网的供电可靠性，并可利用该模型对提升措施进行测算，分析实施建议后供电可靠率的实际效果。应用证明该模型的使用为改进配电网供电可靠性提供了改进思路，为评价每种方案的改进效果提供了客观的数据支持。
参考文献：
[1] 张德然.可靠性统计与数据挖掘[J].西华师范大学学报：自然科学版，2005，26（3）：334-337.
[1] Zhang De-ran.Reliability statistics and data mining [J] Journal of China West Normal University：Natural Science Edition，2005，26（3）：334-337.
[2] 王静龙.多元统计分析[M].科学出版社，2008，287-294.
[3] 拉罗斯.数据挖掘方法与模型[M].北京：高等教育出版社，2011：246-247.
[4] 国家电网公司.用户供电可靠性管理工作手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2009：49-50.
[5] 杨云霞.时间序列预测模型及其应用[J].太原师范学院学报：自然科学版，2005（4）：4-7.
[5] Yang Yun-xia.Prediction model and Application of Temporal Sequence [J] Journal of Taiyuan Normal University：Natural Science Edition，2005（4）：4-7.
[6] 张海全.10kV配网故障停电原因分析及解决对策研究[J].中国高新技术企业，2012（26）：85-88.
[6] Zhang Hai-quan.10kV Distribution network power failure Cause Analysis and Countermeasures [J] China High Technology Enterprises，2012（26）：85-88.
[7] 郇嘉嘉，王钢，李海锋，等.电网停电综合管理与分析决策系统的研究与开发[J].电力系统保护与控制，2012，40（8）：140-146.
[7] Huan Jia-jia，Wang Gang，Li Hai-feng，et al.Study and development of outage comprehensive management and analysis decision system for power grids [J].Power System Protection and Control，2012，40（8）：140-146.
[8] 田鹏.城市电网规划设计的关键技术问题研究[D].华中科技大学，2008.
[9] 马乙歌.配电网可靠性经济规划及预控[D].华南理工大学，2012.
[10] 孙现梅.强化管理优化结构提高电力可靠性管理水平[J].中国标准导报，2013（9）：56-59.
[10] Sun Xianmei.Strengthen management structure optimization to improve power reliability management level[J].China Standards Review，2013（9）：56-59.
论文作者:李颖杰
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/10
标签：模型论文; 可靠性论文; 因素论文; 可靠论文; 故障论文; 结构论文; 数据论文; 《电力设备》2016年第17期论文;